CN101958557B - 太阳能电池最大输出功率跟踪方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能电池最大输出功率跟踪方法及系统。根据本发明，首先由太阳能电池电压电流采样及最大最小值筛选模块以第一时间间隔采样太阳能电池的输出电压US和相应的输出电流IS，筛选得到一个功率变化周期内太阳能电池的最大输出电压值Umax、最小输出电压值Umin和相应的电流值I1、I2；然后由功率差值计算模块计算太阳能电池相应于最大输出电压的功率P1以及相应于最小输出电压的功率P2，并计算其功率差值ΔP＝P1-P2；最后由控制器对ΔP进行比例积分控制或模糊控制，使ΔP＝0，得到太阳能电池相应于其最大输出功率的工作电压值Ug，将Ug作为太阳能电池的工作电压。本发明可以快速跟踪最大输出功率点，提高太阳能电池的能量转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏并网发电领域，尤其涉及一种太阳能电池最大输出功率跟踪方法及系统。
背景技术
光伏并网发电是一种绿色的新能源发电技术，它利用光生伏特效应原理把太阳光的能量通过太阳能电池转换成直流电能，再通过逆变器转换成与电网同频同相的交流电能馈入电网进行发电。由于太阳能电池的非线性，在太阳能电池的工作范围内，存在一个最大输出功率点，太阳能电池在这个工作点上运行，能量转换效率达到最高。现有技术中的太阳能电池最大输出功率跟踪方法，如：爬坡法、电导法等，要求始终在太阳能最大输出功率点附近前后移动，进行比较，以保证太阳能电池能工作在最大输出功率点附近。现有技术的主要缺点为：跟踪速度慢，跟踪过程中有一定的转换效率的损失。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种跟踪速度较快的太阳能电池最大输出功率跟踪方法及系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
根据一个方面，一种太阳能电池最大输出功率跟踪方法，包括以下步骤：
S1.以第一时间间隔采样太阳能电池的输出电压US和相应的输出电流IS，筛选得到一个功率变化周期内太阳能电池的最大输出电压值Umax和相应的电流值I1以及太阳能电池的最小输出电压值Umin和相应的电流值I2；
S2.计算太阳能电池相应于所述最大输出电压的功率P1以及相应于所述最小输出电压的功率P2，并计算其功率差值ΔP＝P1-P2；
S3.对ΔP进行比例积分控制或模糊控制，使ΔP＝0，得到太阳能电池相应于其最大输出功率的工作电压值Ug，将Ug作为太阳能电池的工作电压。
本发明太阳能电池最大输出功率跟踪方法中，步骤S1中，所述第一时间间隔为一个正弦脉宽调制斩波周期。
本发明太阳能电池最大输出功率跟踪方法中，步骤S2中，根据公式P＝UI和步骤S1中得到的Umax、I1计算P1，以及根据公式P＝UI和步骤S1中得到的Umin、I2计算P2。
本发明太阳能电池最大输出功率跟踪方法中，所述太阳能电池最大输出功率跟踪方法用于单相并网时，所述一个功率变化周期为1/100秒。
本发明太阳能电池最大输出功率跟踪方法中，所述太阳能电池最大输出功率跟踪方法用于三相并网时，所述一个功率变化周期为1/300秒。
根据一个方面，一种太阳能电池最大输出功率跟踪系统，包括：
太阳能电池电压电流采样及最大最小值筛选模块，用于以第一时间间隔采样太阳能电池的输出电压US和相应的输出电流IS，以及用于筛选得到一个功率变化周期内太阳能电池的最大输出电压值Umax和相应的电流值I1以及太阳能电池的最小输出电压值Umin和相应的电流值I2；
功率差值计算模块，用于计算太阳能电池相应于所述最大输出电压的功率P1以及相应于所述最小输出电压的功率P2，并计算其功率差值ΔP＝P1-P2；
控制器，用于控制ΔP，使ΔP＝0，以得到太阳能电池相应于其最大输出功率的工作电压值Ug，并用于控制太阳能电池工作在工作电压为Ug的工作点。
本发明太阳能电池最大输出功率跟踪系统中，所述控制器是比例积分控制器。
本发明太阳能电池最大输出功率跟踪系统中，所述控制器是模糊控制器。
本发明太阳能电池最大输出功率跟踪方法及系统的有益效果为：采用零静差的比例积分控制器或高增益的模糊控制器，提高了最大功率跟踪系统的跟踪速度以及太阳能电池的能量转换效率。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的太阳能电池最大输出功率跟踪方法的流程图；
图2是本发明实施例的太阳能电池最大输出功率跟踪系统的框图。
具体实施方式
图1是本发明实施例的太阳能电池最大输出功率跟踪方法的流程图。在本实施例中，太阳能电池最大输出功率跟踪方法开始于步骤S1。在步骤S1中，首先在一个功率变化周期内以第一时间间隔采样太阳能电池的输出电压US和相应的输出电流IS。第一时间间隔可以是一个正弦脉宽调制斩波周期，光伏并网系统在一个功率变化周期内含有数十到数百个正弦脉宽调制(SPWM)斩波周期。然后在每个功率变化周期内筛选出该周期内太阳能电池的最大输出电压值Umax和相应的电流值I1以及太阳能电池的最小输出电压值Umin和相应的电流值I2。太阳能电池最大输出功率跟踪方法用于单相并网时，一个功率变化周期为1/100秒。太阳能电池最大输出功率跟踪方法用于三相并网时，一个功率变化周期为1/300秒。
在步骤S2中，根据公式P＝UI和步骤S1中得到的Umax、I1计算太阳能电池相应于其最大输出电压的功率P1，以及根据公式P＝UI和步骤S1中得到的Umin、I2计算太阳能电池相应于其最小输出电压的功率P2。比较P1和P2，当P1＞P2时，太阳能电池的平均工作电压向增大方向移动；当P1＜P2时，太阳能电池的平均工作电压向减小方向移动；当P1＝P2时，太阳能电池的平均工作电压不变。本领域技术人员应当理解，当P1＝P2时，太阳能电池的最大输出功率点的电压US必定在Umin和Umax之间。为了找出这个最大输出功率点，计算功率差值ΔP＝P1-P2，以便对ΔP进行控制。
在步骤S3中，对ΔP进行比例积分控制或模糊控制，使ΔP＝0，得到太阳能电池相应于其最大输出功率的工作电压值Ug，控制太阳能电池使其工作点向工作电压为Ug的工作点移动，保证太阳能电池输出的周期平均功率始终工作在最大功率点附近。
图2是本发明实施例的太阳能电池最大输出功率跟踪系统的框图。在本实施例中，太阳能电池最大输出功率跟踪系统包括太阳能电池电压电流采样及最大最小值筛选模块、功率差值计算模块和控制器。
太阳能电池电压电流采样及最大最小值筛选模块用于以第一时间间隔采样太阳能电池的输出电压US和相应的输出电流IS，以及用于筛选得到一个功率变化周期内太阳能电池的最大输出电压值Umax和相应的电流值I1以及太阳能电池的最小输出电压值Umin和相应的电流值I2。第一时间间隔可以是一个正弦脉宽调制斩波周期，光伏并网系统在一个功率变化周期内含有数十到数百个正弦脉宽调制斩波周期。太阳能电池最大输出功率跟踪方法用于单相并网时，一个功率变化周期为1/100秒。太阳能电池最大输出功率跟踪方法用于三相并网时，一个功率变化周期为1/300秒。
功率差值计算模块用于计算太阳能电池相应于最大输出电压的功率P1以及相应于所述最小输出电压的功率P2，并计算其功率差值ΔP＝P1-P2。在本发明的一个实施例中，功率差值计算模块可以包括乘法器和加法器，乘法器用于计算功率，加法器用于计算差值。在本发明的另一个实施例中，功率差值计算模块还可以包括计算单元和存储单元，存储单元用于存储功率计算公式P＝UI和差值计算公式ΔP＝P1-P2，计算单元用于根据相应参数从存储单元中提取相应公式进行相应计算。相应参数包括步骤S1中筛选得到的太阳能电池的最大输出电压值Umax和相应的电流值I1、太阳能电池的最小输出电压值Umin和相应的电流值I2以及根据这些值计算得到的P1、P2。
控制器用于控制ΔP，使ΔP＝0，以得到太阳能电池相应于其最大输出功率的工作电压值Ug，并用于控制太阳能电池工作在工作电压为Ug的工作点。控制器可以包括比例积分控制器或模糊控制器。
虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或材料，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。
Claims (8)
1.一种太阳能电池最大输出功率跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.以第一时间间隔采样太阳能电池的输出电压US和相应的输出电流IS，筛选得到一个功率变化周期内太阳能电池的最大输出电压值Umax和相应的电流值I1以及太阳能电池的最小输出电压值Umin和相应的电流值I2；
S2.计算太阳能电池相应于所述最大输出电压的功率P1以及相应于所述最小输出电压的功率P2，并计算其功率差值ΔP＝P1-P2；
S3.对ΔP进行比例积分控制或模糊控制，使ΔP＝0，得到太阳能电池相应于其最大输出功率的工作电压值Ug，将Ug作为太阳能电池的工作电压。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池最大输出功率跟踪方法，其特征在于，步骤S1中，所述第一时间间隔为一个正弦脉宽调制斩波周期。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池最大输出功率跟踪方法，其特征在于，步骤S2中，根据公式P＝UI和步骤S1中得到的Umax、I1计算P1，以及根据公式P＝UI和步骤S1中得到的Umin、I2计算P2。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池最大输出功率跟踪方法，其特征在于，所述太阳能电池最大输出功率跟踪方法用于单相并网时，所述一个功率变化周期为1/100秒。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池最大输出功率跟踪方法，其特征在于，所述太阳能电池最大输出功率跟踪方法用于三相并网时，所述一个功率变化周期为1/300秒。
6.一种太阳能电池最大输出功率跟踪系统，其特征在于，包括：
太阳能电池电压电流采样及最大最小值筛选模块，用于以第一时间间隔采样太阳能电池的输出电压US和相应的输出电流IS，以及用于筛选得到一个功率变化周期内太阳能电池的最大输出电压值Umax和相应的电流值I1以及太阳能电池的最小输出电压值Umin和相应的电流值I2；
功率差值计算模块，用于计算太阳能电池相应于所述最大输出电压的功率P1以及相应于所述最小输出电压的功率P2，并计算其功率差值ΔP＝P1-P2；
控制器，用于控制ΔP，使ΔP＝0，以得到太阳能电池相应于其最大输出功率的工作电压值Ug，并用于控制太阳能电池工作在工作电压为Ug的工作点。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池最大输出功率跟踪系统，其特征在于，所述控制器是比例积分控制器。
8.根据权利要求6所述的太阳能电池最大输出功率跟踪系统，其特征在于，所述控制器是模糊控制器。
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