CN102508511A - 基于功率扰动的光伏逆变器mppt控制方法 - Google Patents

基于功率扰动的光伏逆变器mppt控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于功率扰动的光伏逆变器MPPT控制方法。本发明通过在MPPT步长内增加给定输出电流，判断实际输出电流是否能跟踪上给定输出电流，从而可知PVPanel是工作在最大功率点的左侧还是右侧，即如果给定输出电流代表的功率小于PVPanel所能提供的最大功率，那么实际输出电流能追踪上给定输出电流，如果给定输出电流代表的功率超出了PVPanel所提供的最大功率，那么减小扰动电流并修改控制逻辑，使PVPanel工作在最大功率点。本发明只需扰动、采样DC/DC级的输出功率即可找到PVPanel的最大功率点，并实现最大功率跟踪。

Description

基于功率扰动的光伏逆变器MPPT控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于功率扰动的光伏逆变器MPPT控制方法。
背景技术
传统光伏逆变器架构为两级拓扑，前级DC/DC电路控制输入Panel电压，使Panel以最大功率输出，实现了最大功率跟踪；后级inverter bridge部分输出与电网电压同频的电流，可同相也可存在一定相位差（无功补偿）。
最大功率跟踪（以下简称MPPT，Maxim power point tracking）传统的方式是扰动观察法，即扰动PV Panel输出电压，使Panel工作在不同工作点上，采样其输出电压、输出电流，可找到最大功率时的工作点，然后通过DC/DC控制Panel工作在最大功率处。
为了能够稳定工作且得到稳定的输出电流，光伏逆变器前级、后级中间的母线电压需保持恒定，PV Panel输出电压低于母线电压时，DC/DC需把逆变器的输入电压升高至母线电压；PV Panel输出电压高于母线电压时，DC/DC需能够被bypass，使用Boost拓扑作为光伏逆变器DC/DC级可满足此要求。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种只需扰动、采样DC/DC级的输出功率即可找到Panel的最大功率点，并实现最大功率跟踪的基于功率扰动的光伏逆变器MPPT控制方法。
为解决上述的技术问题，本发明采取的技术方案：
一种基于功率扰动的光伏逆变器MPPT控制方法，其特征在于：通过在MPPT步长内增加给定输出电流，判断实际输出电流是否能跟踪上给定输出电流，从而可知PV Panel是工作在最大功率点的左侧还是右侧，即如果给定输出电流代表的功率小于PV Panel所能提供的最大功率，那么实际输出电流能追踪上给定输出电流，如果给定输出电流代表的功率超出了PV Panel所提供的最大功率，那么减小扰动电流并修改控制逻辑，使PV Panel工作在最大功率点。
上述的基于功率扰动的光伏逆变器MPPT控制方法的具体步骤如下：
（1）、根据当前占空比与上一周期占空比之差和当前输出电流                                                
Figure 2011103438476100002DEST_PATH_IMAGE001
与上一周期输出电流
Figure 560513DEST_PATH_IMAGE002
之差
Figure 2011103438476100002DEST_PATH_IMAGE003
，判断当前的给定输出电流代表的功率即给定功率处于PV Panel的最大功率点的左侧还是右侧：
若，>0，>0，
则，当前处于最大功率点右侧；
若，>0，<0，
则，当前处于最大功率点左侧；
若，
Figure 71128DEST_PATH_IMAGE004
<0，
Figure 116445DEST_PATH_IMAGE003
>0，
则，当前处于最大功率点左侧；
若，<0，
Figure 167446DEST_PATH_IMAGE003
<0，
则，当前处于最大功率点右侧；
（2）、若，当前处于最大功率点右侧，
则，控制环中current regulator的输入电流为
Figure 2011103438476100002DEST_PATH_IMAGE005
，称之为正逻辑；
若，当前处于最大功率点左侧，
则，控制环中current regulator的输入电流为
Figure 919502DEST_PATH_IMAGE006
，称之为负逻辑；
式中的
Figure 2011103438476100002DEST_PATH_IMAGE007
为输出电流的给定值；       
（3）若，当前处于最大功率点右侧，
则，
Figure 920126DEST_PATH_IMAGE008
；
若，当前处于最大功率点左侧，
则，
Figure 2011103438476100002DEST_PATH_IMAGE009
。  
式中，
Figure 921580DEST_PATH_IMAGE010
为处于最大功率点右侧时电流给定值的扰动量，用来寻找最大功率；
Figure 2011103438476100002DEST_PATH_IMAGE011
为处于最大功率点左侧时电流给定值的扰动量，用来使工作点退回到最大功率点右侧以避免控制环崩溃，故
Figure 307431DEST_PATH_IMAGE012
取值比稍大即可，
Figure 641777DEST_PATH_IMAGE012
为当前的输出电流的给定值，
Figure 51899DEST_PATH_IMAGE002
为上一周期的实际电流；
（4）、通过上述3个步骤，即可得到电流环控制器的给定值、扰动值、方向，电流环控制器产生的占空比信号
Figure 2011103438476100002DEST_PATH_IMAGE013
送去控制MPPT电路的开关管，实现MPPT的功能。
上述的步骤中
Figure 257752DEST_PATH_IMAGE010
的取值要稍大以加快MPPT速度，取值为最大功率所对应电流的2%。
上述的步骤在数字控制下，
Figure 436930DEST_PATH_IMAGE011
取10-15即可。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明只需扰动、采样DC/DC级的输出功率即可找到PV Panel的最大功率点，并实现最大功率跟踪。
由于遮挡等外部因素，PV Panel功率曲线可能呈现双峰值甚至多峰值情况，本发明提出的方法以输出功率为参考，工作时一直向PV Panel索要功率，直至PV Panel再也不能提供所需的功率，因此对具有双峰值甚至多峰值的PV Panel也具有良好的追踪性能。  
附图说明
图1为本发明采用BOOST电路的硬件示意图；
图2为PV Panel典型功率-电压曲线对应图；
图3为本发明采用BOOST电路时当工作点在最大功率点右侧的电路图；
图4为本发明采用BOOST电路时当工作点在最大功率点左侧的电路图；
图5为具有多峰值的PV Panel的功率-电压曲线对应图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明通过在MPPT步长内增加给定输出电流，判断实际输出电流是否能跟踪上给定输出电流，从而可知PV Panel是工作在最大功率点的左侧还是右侧，即如果给定输出电流代表的功率小于PV Panel所能提供的最大功率，那么实际输出电流总能追踪上给定输出电流，如果给定输出电流代表的功率超出了PV Panel所提供的最大功率，那么减小扰动电流并修改控制逻辑，使PV Panel工作在最大功率点。
上述的基于功率扰动的光伏逆变器MPPT控制方法的具体步骤如下：
（1）、根据当前占空比与上一周期占空比之差和当前输出电流与上一周期输出电流之差，判断当前的给定输出电流代表的功率即给定功率处于PV Panel的最大功率点的左侧还是右侧：
若，>0，>0，
则，当前处于最大功率点右侧；
若，>0，<0，
则，当前处于最大功率点左侧；
若，<0，>0，
则，当前处于最大功率点左侧；
若，<0，<0，
则，当前处于最大功率点右侧；
（2）、若，当前处于最大功率点右侧，
则，控制环中current regulator的输入电流为，称之为正逻辑；
若，当前处于最大功率点左侧，
则，控制环中current regulator的输入电流为，称之为负逻辑；
式中的为输出电流的给定值；  
（3）若，当前处于最大功率点右侧，
则，；
若，当前处于最大功率点左侧，
则，
Figure 70036DEST_PATH_IMAGE009
。  
式中，
Figure 46083DEST_PATH_IMAGE010
为处于最大功率点右侧时电流给定值的扰动量，用来寻找最大功率，所以的取值要稍大以加快MPPT速度。建议取值为最大功率所对应电流的2%，
Figure 951295DEST_PATH_IMAGE012
为当前的输出电流的给定值，
Figure 83199DEST_PATH_IMAGE002
为上一周期的实际电流；
Figure 264651DEST_PATH_IMAGE014
为处于最大功率点左侧时电流给定值的扰动量，用来使工作点退回到最大功率点右侧以避免控制环崩溃，所以
Figure 484411DEST_PATH_IMAGE012
取值比
Figure 434918DEST_PATH_IMAGE002
稍大即可。如果是数字控制，则
Figure 144248DEST_PATH_IMAGE011
取10-15即可。
（4）、通过上述3个步骤，即可得到电流环控制器的关键信息（给定值、扰动值、方向），电流环控制器产生的占空比信号
Figure 626045DEST_PATH_IMAGE013
送去控制MPPT电路的开关管，实现MPPT的功能。
参见图1、2，以 Boost电路为例解释所提出MPPT方法的工作过程。
Boost电路输入电压、输出电压的关系为
                        
Figure 167272DEST_PATH_IMAGE016
                   （1） 
当工作点在最大功率点右侧时，控制逻辑为正逻辑，参见图3，
给定输出电流在一个MPPT步长内增加时，则占空比随之增加，由于式（1）中保持恒定，则PV Panel输出电压随之降低，根据图2的功率-电压曲线，PV Panel的输出功率增加，直到跟踪上，即实际输出功率跟踪上给定输出功率。
当工作点在最大功率点左侧时，控制逻辑为反逻辑，参见图4，
给定输出电流在一个MPPT步长内增加时，则占空比相应减小，PV Panel输出电压随之增加，根据图2的功率-电压曲线，PV Panel的输出功率会增加，直到跟踪上，即实际输出功率跟踪上给定输出功率。
在最大功率点附近，工作点会在MPP左右来回波动，则控制逻辑需根据工作点所处位置相应切换，以实现MPPT。
参见图5，由于该方法的给定量为输出电流（也即输出功率），所以对具有双峰值甚至多峰值的PV Panel具有很好的追踪效果，在给定输出功率大于第一个峰值点（工作点2）功率时，控制环会自动把工作点移到满足给定输出功率的工作点（如工作点4），直到控制环所要求的功率超过PV Panel所能提供的最大功率（工作点5所示），控制逻辑转为反逻辑，这样MPPT电路就找到了多峰值PV Panel的最大功率点。

Claims (4)

1.一种基于功率扰动的光伏逆变器MPPT控制方法，其特征在于：通过在MPPT步长内增加给定输出电流，判断实际输出电流是否能跟踪上给定输出电流，从而可知PV Panel是工作在最大功率点的左侧还是右侧，即如果给定输出电流代表的功率小于PV Panel所能提供的最大功率，那么实际输出电流能追踪上给定输出电流，如果给定输出电流代表的功率超出了PV Panel所提供的最大功率，那么减小扰动电流并修改控制逻辑，使PV Panel工作在最大功率点。
2.根据权利要求1所述的一种基于功率扰动的光伏逆变器MPPT控制方法，其特征在于：所述的基于功率扰动的光伏逆变器MPPT控制方法的具体步骤如下：
（1）、根据当前占空比                                               
Figure 2011103438476100001DEST_PATH_IMAGE002
与上一周期占空比
Figure 2011103438476100001DEST_PATH_IMAGE004
之差
Figure 2011103438476100001DEST_PATH_IMAGE006
和当前输出电流
Figure 2011103438476100001DEST_PATH_IMAGE008
与上一周期输出电流之差
Figure 2011103438476100001DEST_PATH_IMAGE012
，判断当前的给定输出电流代表的功率即给定功率处于PV Panel的最大功率点的左侧还是右侧：
若，
Figure 893673DEST_PATH_IMAGE006
>0，>0，
则，当前处于最大功率点右侧；
若，
Figure 528234DEST_PATH_IMAGE006
>0，
Figure 923443DEST_PATH_IMAGE012
<0，
则，当前处于最大功率点左侧；
若，
Figure 939414DEST_PATH_IMAGE006
<0，
Figure 699560DEST_PATH_IMAGE012
>0，
则，当前处于最大功率点左侧；
若，
Figure 153544DEST_PATH_IMAGE006
<0，
Figure 352444DEST_PATH_IMAGE012
<0，
则，当前处于最大功率点右侧；
（2）、若，当前处于最大功率点右侧，
则，控制环中current regulator的输入电流为
Figure 2011103438476100001DEST_PATH_IMAGE014
，称之为正逻辑；
若，当前处于最大功率点左侧，
则，控制环中current regulator的输入电流为
Figure 2011103438476100001DEST_PATH_IMAGE016
，称之为负逻辑；
式中的
Figure 2011103438476100001DEST_PATH_IMAGE018
为输出电流的给定值；       
（3）若，当前处于最大功率点右侧，
则，
Figure 2011103438476100001DEST_PATH_IMAGE020
；
若，当前处于最大功率点左侧，
则，
Figure 2011103438476100001DEST_PATH_IMAGE022
；
式中，
Figure 2011103438476100001DEST_PATH_IMAGE024
为处于最大功率点右侧时电流给定值的扰动量，用来寻找最大功率；
Figure 2011103438476100001DEST_PATH_IMAGE026
为处于最大功率点左侧时电流给定值的扰动量，用来使工作点退回到最大功率点右侧以避免控制环崩溃，故
Figure 2011103438476100001DEST_PATH_IMAGE028
取值比稍大即可，为当前的输出电流的给定值，
Figure 453835DEST_PATH_IMAGE030
为上一周期的实际电流；
（4）、通过上述3个步骤，即可得到电流环控制器的给定值、扰动值、方向，电流环控制器产生的占空比信号
Figure 395115DEST_PATH_IMAGE002
送去控制MPPT电路的开关管，实现MPPT的功能。
3.根据权利要求2所述的一种基于功率扰动的光伏逆变器MPPT控制方法，其特征在于：所述的步骤中的取值要稍大以加快MPPT速度，取值为最大功率所对应电流的2%。
4.根据权利要求2所述的一种基于功率扰动的光伏逆变器MPPT控制方法，其特征在于：所述的步骤在数字控制下，
Figure 780146DEST_PATH_IMAGE026
取10-15即可。
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