CN102136734B - 一种光伏微型并网逆变器最大功率点跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光伏微型并网逆变器最大功率点跟踪方法，当光伏电池输出功率较高时采用传统连续工作模式及最大功率点跟踪方法；当光伏电池输出功率较低时采用间歇工作模式，即以设定功率连续工作若干周期，然后停止一段时间给电容储能，同时利用储能周期的电压变化率进行最大功率点跟踪，使光伏电池工作在最大功率点电压。本发明可以有效解决光照强度较低时传统逆变器效率较低及并网电流谐波较大等问题。

Description

一种光伏微型并网逆变器最大功率点跟踪方法

技术领域

本发明涉及一种光伏微型并网逆变器最大功率点跟踪方法，属于新能源发电控制系统的技术领域。

背景技术

微型光伏并网逆变器在每块光伏组件背面安装一个集成各种保护及控制功能的微型逆变器，由微型逆变器将电能变换成交流电后直接并入电网，若干相同模块与电网并联构成光伏并网发电系统。相比于传统的集中式光伏并网发电系统，微型光伏并网逆变器每个模块进行最大功率点跟踪，可以降低组件不匹配或局部阴影造成的功率损耗，提高系统的效率。

当环境的光照强度比较低时，光伏电池工作在低功率状态，此时传统微型并网逆变器以小功率连续并网，导致逆变器效率处于低点并且并网电流的谐波比较大，这对整体系统效率非常不利。因此，为了提高微型光伏并网逆变器的综合指标，有必要在光伏电池处于低功率状态时进行一种特殊的控制模式。本发明采用高功率时连续工作模式，低功率时间歇工作模式，可以有效解决光照强度较低时逆变器效率较低及并网电流谐波较大的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于光伏微型并网逆变器的最大功率点跟踪方法，当光伏电池输出功率较高时采用传统连续工作模式及最大功率点跟踪方法；当光伏电池输出功率较低时采用间歇工作模式，即以设定功率连续工作若干周期，然后停止一段时间给电容储能，同时利用储能周期的电压变化率进行最大功率点跟踪，使光伏电池工作在最大功率点电压。

根据上诉的发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种光伏微型并网逆变器最大功率点跟踪方法，其控制步骤如下：

(1)运行连续工作模式，进行最大功率点跟踪控制；

(2)采样光伏电池电流i_pv和电压u_pv，计算光伏电池功率P_pv＝u_pv*i_pv；

(3)比较P_pv和功率阈值P_set的大小，如果P_pv＞P_set，则执行步骤(1)，否则执行步骤(4)，其中P_set根据逆变器额定功率设定，一般取值为额定功率的30％；

(4)计算间歇工作模式下的并网周期N_on和储能周期N_off，运行间歇工作模式；

(5)若当前为并网周期，则执行间歇工作模式下的并网周期；否则执行步骤(6)；

(6)采样t₁、t₂、t₃时刻逆变器输入电容端电压u₁、u₂和u₃，分别计算储能周期内前半段时间(t₁，t₂)和后半段时间(t₂，t₃)的输入能量W₁和W₂；

(7)根据W₁和W₂进行间歇工作模式时的最大功率点跟踪计算，获得最大功率点参考电压u_ref；

(8)控制并网逆变器功率，使光伏电池电压u_pv等于最大功率点参考电压u_ref。

上述的一种光伏微型并网逆变器最大功率点跟踪方法，所述的步骤(1)中连续工作模式时的最大功率点跟踪方法采用恒定电压法、或扰动观测法、或导纳增量法、或滞环比较法、或间歇扫描法、或最优梯度法、或模糊控制法、或神经网络预测法。

上述的一种光伏微型并网逆变器最大功率点跟踪方法，所述的步骤(4)中并网周期N_on和储能周期N_off为电网周期的整数倍，一般以电网过零点为起始时刻，并且根据光伏电池功率P_pv计算得到：当P_pv＜P_set/2时，N_on＝1，N_off＝P_set/P_pv-1，并取整数；当P_set＞P_pv＞P_set/2时，N_off＝1，N_on＝P_pv/(P_set-P_pv)，并取整数。所述的间歇工作模式为逆变器以设定功率连续并网工作N_on周期，此周期为并网周期，然后逆变器停止N_off周期，此周期为储能周期。

上述的一种光伏微型并网逆变器最大功率点跟踪方法，所述的步骤(6)中的t₁、t₂、t₃分别为储能周期开始时刻、储能周期中间时刻和储能周期结束时刻。所述的 $W_1=\frac{1}{2}*C_{\mathrm{cap}}*(u_2^2-u_1^2),$ $W_2=\frac{1}{2}*C_{\mathrm{cap}}*(u_3^2-u_2^2).$

上述的一种光伏微型并网逆变器最大功率点跟踪方法，所述的步骤(7)中最大功率点参考电压u_ref由W₂和W₁的差值经PID调节器调节得到。

上述的一种光伏微型并网逆变器最大功率点跟踪方法，所述的步骤(8)通过调节逆变器的并网电流，使光伏电池电压u_pv接近最大功率点参考电压u_ref：当u_pv＜u_ref时，减小并网电流；当u_pv＞u_ref时，增大并网电流。

本发明具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：本发明在光伏电池输出功率较低时采用间歇工作模式，即储能几个电网周期再并网工作几个电网周期，并且按照光伏电池的实际功率灵活的调整间歇工作模式下储能和并网的周期数，同时利用储能周期电容电压的变化率进行最大功率点跟踪，可以减小光伏电池电压波动，确保光伏电池始终工作在最大功率点电压。本发明可以在光伏电池低功率状态下有效地提高系统效率，改善系统的谐波，提高系统的整体指标。

附图说明

图1是本发明的光伏微型并网逆变器最大功率点跟踪方法。

图2是间歇工作模式下储能周期电压u₁，u₂和u₃采样示意图。

图3是光伏电池电压-功率曲线图。

图4是光伏电池功率曲线在不同状态下的示意图。

图5是间歇工作模式最大功率点跟踪和并网功率调节控制器。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

光伏微型并网逆变器最大功率点跟踪方法，其控制步骤如下：

(1)运行连续工作模式，进行最大功率点跟踪控制；

(2)采样光伏电池电流i_pv和电压u_pv，计算光伏电池功率P_pv＝u_pv*i_pv；

(3)比较P_pv和功率阈值P_set的大小，如果P_pv＞P_set，则执行步骤(1)，否则执行步骤(4)，其中P_set根据逆变器额定功率设定，一般取值为额定功率的30％；

(4)计算间歇工作模式下的并网周期N_on和储能周期N_off，运行间歇工作模式；

(5)若当前为并网周期，则执行间歇工作模式下的并网周期；否则执行步骤(6)；

(6)采样t₁、t₂、t₃时刻逆变器输入电容端电压u₁、u₂和u₃，分别计算储能周期内前半段时间(t₁，t₂)和后半段时间(t₂，t₃)的输入能量W₁和W₂；

(7)根据W₁和W₂进行间歇工作模式时的最大功率点跟踪计算，获得最大功率点参考电压u_ref；

(8)控制并网逆变器功率，使光伏电池电压u_pv等于最大功率点参考电压u_ref。

上述的一种光伏微型并网逆变器最大功率点跟踪方法，所述的步骤(1)中连续工作模式时的最大功率点跟踪方法采用恒定电压法、或扰动观测法、或导纳增量法、或滞环比较法、或间歇扫描法、或最优梯度法、或模糊控制法、或神经网络预测法。

上述的一种光伏微型并网逆变器最大功率点跟踪方法，所述的步骤(4)中并网周期N_on和储能周期N_off为电网周期的整数倍，一般以电网过零点为起始时刻，并且根据光伏电池功率P_pv计算得到：当P_pv＜P_set/2时，N_on＝1，N_off＝P_set/P_pv-1，并取整数；当P_set＞P_pv＞P_set/2时，N_off＝1，N_on＝P_pv/(P_set-P_pv)，并取整数。所述的间歇工作模式为逆变器以设定功率连续并网工作N_on周期，此周期为并网周期，然后逆变器停止N_off周期，此周期为储能周期。

上述的一种光伏微型并网逆变器最大功率点跟踪方法，所述的步骤(6)中的t₁、t₂、t₃分别为储能周期开始时刻、储能周期中间时刻和储能周期结束时刻。所述的 $W_1=\frac{1}{2}*C_{\mathrm{cap}}*(u_2^2-u_1^2),$ $W_2=\frac{1}{2}*C_{\mathrm{cap}}*(u_3^2-u_2^2).$

上述的一种光伏微型并网逆变器最大功率点跟踪方法，所述的步骤(7)中最大功率点参考电压u_ref由W₂和W₁的差值经PID调节器调节得到。

应当理解的是，对本发明所在领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其构思进行相应的等同改变或替换，而所有这些改变或替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

本发明的间歇工作模式下的最大功率点跟踪的原理简述如下：

根据图2，当系统处于间歇工作模式中的储能周期时，采样储能周期开始时刻T₁的光伏电池电压u₁，储能周期中间时刻T₂的光伏电池电压u₂以及储能周期结束时刻T₃的光伏电池电压u₃，其中T₂-T₁＝T₃-T₂＝ΔT，ΔT为储能周期的一半。假设逆变器输入端电容容量为C_cap，在储能周期逆变器停止向电网输出功率，因此，T₁至T₂周期中光伏电池产生的能量全部储存在电容C_cap中，使电容C_cap电压不断上升，此能量为

同理，在T₂至T₃周期中光伏电池产生的能量为由图3光伏电池电压-功率曲线可知：当光伏电池的工作电压在最大功率点(Maximum Power Point，MPP)的左边时，随着电压的上升，输出功率上升；当光伏电池的工作电压在MPP的右边时，随着电压的上升，输出功率下降，利用这一特性，通过比较W₁和W₂能够进行最大功率点跟踪。图4中根据工作电压所处位置分为三种状态：状态I，u₁、u₂和u₃均在MPP的左边，此时p₁＜p₂＜P₃；状态II，u₁在MPP的右边，u₃在MPP的左边且u₂在MPP附近，此时p₂＞p₁，且p₂＞p₁；状态III，u₁、u₂和u₃均在MPP的右边，此时p₁＞p₂＞P₃。由图4中容易看出，在状态I时，W₁＜W₂；在状态III时，W₁＞W₂；在状态II时，W₁≈W₂。根据上述特性可知，通过采样电压u₁、u₂和u₃并计算得到W₁和W₂，将W₂和W₁的差值ΔW作为PI调节器的输入可以得到MPPT的参考电压u_ref，从而实现间歇工作模式时最大功率点跟踪。光伏电池工作电压由逆变器通过调节并网功率实现，将当前光伏电池电压u_pv.pre和参考电压u_ref的差值经过PI调节器后控制并网逆变器的电流，从而使光伏电池工作电压趋近最大功率点参考电压。

Claims (3)

1.一种光伏微型并网逆变器最大功率点跟踪方法，其特征在于，其控制步骤如下：

(1)运行连续工作模式，进行最大功率点跟踪控制；

(2)采样光伏电池电流i_pv和电压u_pv，计算光伏电池功率P_pv＝u_pv*i_pv；

(3)比较P_pv和功率阈值P_set的大小，如果P_pv＞P_set，则执行步骤(1)，否则执行步骤(4)，其中P_set根据逆变器额定功率设定，一般取值为额定功率的30％；

(4)计算间歇工作模式下的并网周期N_on和储能周期N_off，运行间歇工作模式，其中并网周期N_on和储能周期N_off为电网周期的整数倍，一般以电网过零点为起始时刻，并且根据光伏电池功率P_pv计算得到：当P_pv＜P_set/2时，N_on＝1，N_off＝P_set/P_pv-1，并取整数；当P_set＞P_pv＞P_set/2时，N_off＝1，N_on＝P_pv/(P_set-P_pv)，并取整数，所述的间歇工作模式为逆变器以设定功率连续并网工作N_on周期，此周期为并网周期，然后逆变器停止N_off周期，此周期为储能周期；

(5)若当前为并网周期，则执行间歇工作模式下的并网周期，否则执行步骤(6)；

(6)采样t₁、t₂、t₃时刻逆变器输入电容端电压u₁、u₂和u₃，分别计算储能周期内前半段时间(t₁，t₂)和后半段时间(t₂，t₃)的输入能量W₁和W₂，其中t₁、t₂、t₃分别为储能周期开始时刻、储能周期中间时刻和储能周期结束时刻，所述的 $W_1=\frac{1}{2}*C_{\mathrm{cap}}*(u_2^2-u_1^2),$ $W_2=\frac{1}{2}*C_{\mathrm{cap}}*(u_3^2-u_2^2),$ C_cap为逆变器输入端电容容量；

(7)根据W₁和W₂进行间歇工作模式时的最大功率点跟踪计算，获得最大功率点参考电压u_ref，其中最大功率点参考电压u_ref由W₂和W₁的差值经PID调节器调节得到；

(8)控制并网逆变器功率，使光伏电池电压u_pv等于最大功率点参考电压u_ref。

2.根据权利要求1所述的一种光伏微型并网逆变器最大功率点跟踪方法，其特征在于，所述的步骤(1)中连续工作模式时的最大功率点跟踪方法采用恒定电压法、或扰动观测法、或导纳增量法、或滞环比较法、或间歇扫描法、或最优梯度法、或模糊控制法、或神经网络预测法。

3.根据权利要求1所述的一种光伏微型并网逆变器最大功率点跟踪方法，其特征在于，所述的步骤(8)通过调节逆变器的并网电流，使光伏电池电压u_pv趋近最大功率点参考电压u_ref：当u_pv＜u_ref时，减小并网电流；当u_pv＞u_ref时，增大并网电流。

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