基于回測和曲線擬合的光伏最大功率追蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光伏最大功率追蹤方法，特別是涉及一種基于回測和曲線擬合的 光伏最大功率追蹤方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)的部署，光伏發(fā)電系統(tǒng)也漸漸暴露出了許多問 題。光伏電池板價(jià)格依然偏高，這使光伏發(fā)電系統(tǒng)的投資成本較高；光伏電池工作效率偏 低，光伏電池不能完全的發(fā)揮其效能。
[0003] 現(xiàn)有條件下光伏電池的價(jià)格無法大幅的下降，只能盡可能的提高光伏電池的工作 效率來充分利用太陽能，這需要良好的控制算法，特別是光伏最大功率跟蹤控制算法。通過 光伏最大功率跟蹤控制算法能使光伏電池一直工作在最大功率點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)功率的最大輸出， 提升整個(gè)系統(tǒng)的效率。
[0004] 最先被人們應(yīng)用來做光伏最大功率跟蹤控制的算法是固定電壓法(CVT)，即固定 光伏陣列的輸出電壓不變，該電壓是依據(jù)光伏電池的輸出P-U曲線來確定的。固定電壓法控 制最為簡單，容易實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行也穩(wěn)定可靠，當(dāng)前仍有一些系統(tǒng)采用該算法。但固定電壓法動(dòng) 態(tài)特性不好，不能應(yīng)對(duì)外界環(huán)境的變化，如環(huán)境溫度、光照強(qiáng)度的變化等，這會(huì)使光伏陣列 損失一定的能量。
[0005] 為了應(yīng)對(duì)外界環(huán)境的不斷變化，做到真正的跟蹤控制，人們又研究出了擾動(dòng)觀察 法(P&0)，俗稱爬山法。該算法基于光伏電池的輸出P-V曲線，定時(shí)的給光伏陣列增加擾動(dòng)， 增加或減小輸出電壓，并觀察擾動(dòng)前后輸出功率的變化，根據(jù)比較結(jié)果決定下一次擾動(dòng)的 方向，從而尋找到最大功率工作點(diǎn)。該算法真正實(shí)現(xiàn)了光伏陣列最大功率的動(dòng)態(tài)跟蹤，同時(shí) 對(duì)檢測電路的要求較低，是現(xiàn)在應(yīng)用最為廣泛的最大功率跟蹤控制算法之一。但擾動(dòng)觀察 法也有自身的不足，如跟蹤到最大功率點(diǎn)后會(huì)在其附近來回振蕩，損失掉部分能量。
[0006] 在擾動(dòng)觀察法被不斷應(yīng)用的同時(shí)，為了適應(yīng)更加快速的環(huán)境變化，實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng) 對(duì)最大功率點(diǎn)的快速跟蹤，有學(xué)者提出了電導(dǎo)增量法(INC)。電導(dǎo)增量法通過分析光伏電池 輸出P-V曲線，提出通過計(jì)算輸出電導(dǎo)增量的方法來決定跟蹤方向。該算法通過計(jì)算的方法 實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤，其反應(yīng)速度快，容易實(shí)現(xiàn)快速跟蹤控制，比較適合于外界環(huán)境變化較快 的區(qū)域使用，但同時(shí)電導(dǎo)增量法也有其缺點(diǎn)，如要求的檢測電路精度高，控制器運(yùn)算速度要 求快等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明之一目的在于提供一種基于回測和曲線 擬合的光伏最大功率追蹤方法，其采用回測并結(jié)合插值法擬合光伏電池的P-U曲線，通過計(jì) 算的方式來確定MPP(最大功率點(diǎn)），減小了在MPP附近的來回?cái)_動(dòng)，大幅降低了由此帶來的 效率損耗。
[0008] 本發(fā)明之另一目的在于提供一種基于回測和曲線擬合的光伏最大功率追蹤方法， 其對(duì)于光照突變的場合能夠快速識(shí)別響應(yīng)，而且在MPP附近擾動(dòng)較少，適合大功率光伏組件 的MPPT場合。
[0009] 為達(dá)上述及其它目的，本發(fā)明提出一種基于回測和曲線擬合的光伏最大功率追蹤 方法，包括如下步驟：
[0010] 步驟一，通過回測的方式，保證同一時(shí)刻MPPT控制器至少獲得3個(gè)光伏組件的工作 占.
[0011] 步驟二，利用以回測方式獲得的光伏組件的三個(gè)工作點(diǎn)，根據(jù)預(yù)設(shè)的MPPT追蹤方 向判斷依據(jù)，判斷當(dāng)前光伏組件工作點(diǎn)和最大功率點(diǎn)之間的位置關(guān)系，并判斷是否出現(xiàn)光 照突變；
[0012] 步驟三，于出現(xiàn)光照突變情況時(shí)，根據(jù)最新測得的數(shù)據(jù)，重新以最小擾動(dòng)尋找最大 功率點(diǎn)；
[0013] 步驟四，當(dāng)測得的光伏組件的工作點(diǎn)接近最大功率點(diǎn)時(shí)，通過回測得到的光伏電 池 P-U曲線上的三個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，使用拉格朗日插值方式來擬合光伏組件的近似P-U曲線。
[0014] 進(jìn)一步地，步驟一包括：
[0015] 步驟1.1，控制系統(tǒng)在開機(jī)的時(shí)候檢測光伏電池組件開路電壓，設(shè)定光伏電池輸出 電壓初始參考值為，測量此時(shí)的電池組件輸出電壓和輸出功率，記錄為(U b，Pb);
[0016] 步驟1.2,給MPP電路一個(gè)擾動(dòng)電壓Δ Uref，通過擾動(dòng)光伏電池組件的輸出電壓記錄 另外兩個(gè)工作點(diǎn)，該兩個(gè)工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電池組件輸出電壓U a = Ub- Δ Uref，Uc = Ub+ Δ Uref，記 錄對(duì)應(yīng)的工作點(diǎn)(Ua，Pa)，（UhP。），根據(jù)P a，Pb，P。關(guān)系確定下一步追蹤方向，并確定下一步的 擾動(dòng)電壓幅度AUref;
[0017]步驟1.3，以步驟1.2中最接近最大功率點(diǎn)的工作點(diǎn)的電壓作為新的電壓起點(diǎn)，以 經(jīng)過PI環(huán)節(jié)得到新的擾動(dòng)電壓AUref為擾動(dòng)步長，繼續(xù)回測的方法，再測兩個(gè)點(diǎn)，并記錄對(duì) 應(yīng)的功率，再通過步驟1.2的方式判斷下一步的擾動(dòng)方向和步長大小。
[0018] 進(jìn)一步地，于步驟1.1中，控制系統(tǒng)在開機(jī)的時(shí)候檢測光伏電池組件開路電壓U。。， 設(shè)定光伏電池輸出電壓初始參考值為0.8U。。。
[0019] 進(jìn)一步地，于步驟1.2中，AUref = O.01U。。。
[0020] 進(jìn)一步地，于步驟四之前，還包括：
[0021 ]增加追蹤停止判據(jù)，以根據(jù)該追蹤停止判據(jù)停止對(duì)光伏組件最大功率的追蹤。 [0022] 進(jìn)一步地，該追蹤停止判據(jù)為max{ I Pb-Pa I，I Pb-Pc I } <ε，當(dāng)符合此判據(jù)時(shí)，判斷光 伏組件輸出功率已達(dá)到最大功率點(diǎn)，停止對(duì)光伏組件最大功率的追蹤。
[0023] 進(jìn)一步地，于步驟1.2中，確定好追蹤方向后，根據(jù)當(dāng)前功率相對(duì)電壓的變化率ei， 通過一個(gè)PI控制器決定下一步的擾動(dòng)電壓幅度△ Uref。
[0024] 進(jìn)一步地，在遠(yuǎn)離最大功率點(diǎn)時(shí)以較大步長逼近，接近最大功率點(diǎn)時(shí)以較小擾動(dòng) 進(jìn)行。
[0025] 進(jìn)一步地，于步驟1.3中，采取最新測得的光伏電池輸出工作點(diǎn)作為最新的基準(zhǔn)工 作點(diǎn)，再根據(jù)本發(fā)明提出的最小擾動(dòng)步長A Urrf = O.01U。。和回測方式來決定下一步的追蹤 方向。
[0026] 進(jìn)一步地，于步驟四之后，還包括：
[0027]在該光伏組件的近似P-U曲線被擬合出來后，通過數(shù)學(xué)計(jì)算的方式得到曲線的最 大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光伏組件電壓，再通過控制器設(shè)定電池組件的參考工作電壓為此計(jì)算得到 的電壓值。
[0028] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種基于回測和曲線擬合的光伏最大功率追蹤方法基于 回測的方式，保證MPPT控制器可以通過光伏組件的3個(gè)工作點(diǎn)來判斷當(dāng)前光伏組件工作點(diǎn) 和最大功率點(diǎn)之間位置關(guān)系，而且可以避免光照突變時(shí)算法失效，在接近最大功率點(diǎn)時(shí)，回 測得到的3個(gè)工作點(diǎn)可以被用來擬合光伏組件的P-U曲線，采用數(shù)學(xué)計(jì)算的方法來尋找最優(yōu) 解，可以減少硬件上的效率損失，能夠最大程度提高光伏組件的效率。
【附圖說明】
[0029] 圖1為本發(fā)明一種基于回測和曲線擬合的光伏最大功率追蹤方法的步驟流程圖；
[0030] 圖2為本發(fā)明光伏電池輸出功率與電壓關(guān)系曲線示意圖；
[0031] 圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例之基于回測和曲線擬合的光伏最大功率追蹤方法流程 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 以下通過特定的具體實(shí)例并結(jié)合【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可 由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明亦可通過其它不同 的具體實(shí)例加以施行或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)亦可基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在不背離 本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾與變更。
[0033] 圖1為本發(fā)明一種基于回測和曲線擬合的光伏最大功率追蹤方法的步驟流程圖。 如圖1所示，本發(fā)明一種基于回測和曲線擬合的光伏最大功率追蹤方法，包括如下步驟：<