CN102611135A - 一种开环与闭环相结合的mppt控制方法 - Google Patents

Abstract

一种开环与闭环相结合的MPPT控制方法，包括以下步骤：步骤1.1：利用光伏并网发电系统的光伏器件输出最大功率时工作电压Umpp与开路电压Uoc存在近似的比例关系的特性进行控制，即Umpp≈k*Uoc，其中，系数k的取值取决于光伏电池的特性；使工作点电压快速接近最大功率点电压；步骤1.2：使用电导增量法(INC)进行最大功率点跟踪；步骤1.3：控制当前光伏并网发电系统按照步骤1.2获得的最大功率点进行输出。本发明能提高光伏电池的转换效率，以提高整个光伏发电并网系统的效率。

Description

一种开环与闭环相结合的MPPT控制方法

技术领域

本发明涉及光伏并网发电系统领域，利用MPPT方法提高光伏发电过程中光伏电池的效率，使光能以最大效率转化为电能输出。

技术背景

在光伏发电系统中，光伏电池的利用率除了与光伏电池的内部特性有关外，还受使用环境如辐照度、负载和温度等因素的影响。在不同的外界条件下，光伏电池可运行在不同且唯一的最大功率点(Maximum Power Point，MPP)上。因此，对光伏发电系统来说，应当寻求光伏电池的最优工作状态，以最大限度地将光能转化为电能。利用控制方法实现光伏电池最大功率输出运行的技术被称为最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)技术。

MPPT技术是提高光电池转换效率的最有效途径。目前已有很多成熟的MPPT技术应用于生产、生活。如定电压跟踪法(ConstantVoltage Tracking，CVT)(申请号：200810052443)，CVT法是一种近似最大功率跟踪方法，有较大的功率损失。但是在温度变化时，CVT跟踪效率不高，因此该控制技术带来了较为严重的功率损失。又如带有分布式MPPT单元的光伏发电系统(申请号：CN201120114633.7)中，只是在整个光伏发电系统中给出了一个MPPT单元，并未说明其具体的算法控制程序。单级式光伏逆变MPPT方法(申请号：9CN201010131934.0)中给出的是功率电压法(DPDVM)实现最大功率点跟踪(MPPT)但该算法会在启动过程中在远离最大功率点区域进行搜索，造成较大的功率损耗，并且在进行MPPT定位所需时间较长。

发明内容

为了克服现有MPPT技术中存在的跟踪效率不高并且功率损耗较大的问题，本发明提出了一种开环和闭环MPPT相结合的控制方法，提高光伏电池的转换效率，以提高整个光伏发电并网系统的效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种开环与闭环相结合的MPPT控制方法，所述MPPT控制方法包括以下步骤：

步骤1.1：利用光伏并网发电系统的光伏器件输出最大功率时工作电压Umpp与开路电压Uoc存在近似的比例关系的特性进行控制，即Umpp≈k*Uoc，其中，系数k的取值取决于光伏电池的特性；使工作点电压快速接近最大功率点电压；

步骤1.2：利用

的方向进行最大功率点跟踪控制；将公式P＝IU两边对光伏电池的输出电压U求导，则

当

时，光伏电池的输出功率达到最大，则推导出工作点位于最大功率点时需满足一下关系：以近似代替

则使用电导增量法(INC)进行最大功率点跟踪时判据如下：

1)工作电压点位于最大功率点左边，此时需要增加参考工作电压Uref；

2)工作电压点位于最大功率点，此时参考工作电压Uref即为最大功率点；

3)

工作电压点位于最大功率点右边，此时需要减少参考工作电压Uref；

步骤1.3：控制当前光伏并网发电系统按照步骤1.2获得的最大功率点进行输出。

本发明的技术构思为：该控制方法先用定电压跟踪法(CVT)，使工作点电压快速接近最大功率点电压，再用电导增量法(IncrementalConductance，INC)对最大功率点进行准确的定位。其目标是使光伏电池总运行在不同且唯一的最大功率点。

本发明的有益效果主要表现在：(1)先通过开环MPPT技术即恒定电压跟踪法(CVT)可以使工作点电压快速接近最大功率点电压，控制简单并且快速；(2)在使用开环MPPT技术之后再使用闭环MPPT技术即电导增量法(CVT)，可以准确实现MPPT；(3)该两者的结合，既实现了准确定位最大功率点的功能，又有效降低了启动过程中在远离最大功率点区域进行搜索造成的功率损耗，从而节约了MPPT的时间。

附图说明：

图1是整个控制系统的工作流程图；

图2是定电压跟踪法(CVT)程序流程图；

图3是电导增量法(INC)程序流程图。

具体实施方案：

下面结合附图，对本发明做进一步说明。

参照图1～图3，一种开环与闭环相结合的MPPT控制方法，所述开环与闭环相结合的MPPT控制技术包括：(1)开环MPPT算法控制；(2)闭环MPPT算法控制。

所述开环MPPT控制算法即是定电压跟踪法(CVT)。虽然定电压跟踪法(CVT)不能实现准确的MPP定位，但其具有控制简单并快速接近最大功率点的优点，这样该算法就能实现使工作点电压快速接近最大功率点电压的功能。

进一步，所述闭环MPPT算法即是电导增量法(INC)。该算法可以在开环MPPT算法即定电压跟踪法(CVT)的基础上进行准确又快速的MPP定位。

图1整个控制系统的工作流程图。整个MPPT控制系统首先由开环MPPT即定电压跟踪法(VCT)使工作电压快速接近最大功率点电压，再由闭环MPPT即电导增量法(INC)对MPPT进行进一步准确定位。

图2是定电压跟踪法(CVT)的程序流程图。由相同温度而不同辐照度条件下光伏电池特曲线可知，在辐照度大于一定值并且温度变化不大时，光伏电池的输出P-U曲线上的最大功率点几乎分布于一条垂直直线的两侧附近。因此，若能将光伏电池输出电压控制在其最大功率点附近的某一定电压处，光伏电池将获得近似的最大功率输出，这种MPPT控制称为定电压跟踪法。

进一步研究发现，光伏电池的最大功率点电压Umpp与光伏电池的开路电压Uoc之间存在近似的线性关系，即Umpp≈k*Uoc。其中，系数k的取值取决于光伏电池的特性，一般k的取值大约在0.8左右。

虽然定电压跟踪法(CVT)不能准确实现MPPT，但其具有控制简单并且快速接近最大功率点的优点，因此其与后续的闭环MPPT控制方法组合使用，可以实现准确快速的MPPT定位。

图3为定步长电导增量法流程图。其中ΔU＊为每次系统调整工作点时固定的电压改变值(步长)，Uref为下一工作点电压。从图中可以看出计算出ΔU之后，对其是否为零进行判定，使流程图出现两支分支，其中，左分支与上述分析吻合，而右分支则主要是为抑制当外部辐照度发生突变时的误判而设置的。

根据光伏电池P-U特性的

变化特征。即在光强一定的情况下仅存在一个最大功率点，且在最大功率点两边

符号相异，而在最大功率点处

显然，通过对

的定量分析，P＝IU，将其两边对光伏电池的输出电压U求导，则

当时，光伏电池的输出功率达到最大，则可以推导出工作点位于最大功率点时需满足一下关系：

实际中以近似代替

则使用电导增量法(INC)进行最大功率点跟踪时判据如下：

1)

最大功率点左边；

2)

最大功率点；

3)

最大功率点右边；

将此发明提出的开环和闭环相结合的MPPT控制方法运用于光伏并网发电系统中，可以提高光伏发电过程中光伏电池的效率，使光能以最大效率转化为电能输出。

本实施例所述内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (1)

1.一种开环与闭环相结合的MPPT控制方法，其特征在于：所述MPPT控制方法包括以下步骤：

步骤1.1：利用光伏并网发电系统的光伏器件输出最大功率时工作电压Umpp与开路电压Uoc存在近似的比例关系的特性进行控制，即Umpp≈k*Uoc，其中，系数k的取值取决于光伏电池的特性；使工作点电压快速接近最大功率点电压；

步骤1.2：利用

的方向进行最大功率点跟踪控制；将公式P＝IU两边对光伏电池的输出电压U求导，则

当时，光伏电池的输出功率达到最大，则推导出工作点位于最大功率点时需满足一下关系：

以

近似代替

则使用电导增量法进行最大功率点跟踪时判据如下：

1)

工作电压点位于最大功率点左边，此时需要增加参考工作电压Uref；

2)

工作电压点位于最大功率点，此时参考工作电压Uref即为最大功率点；

3)

工作电压点位于最大功率点右边，此时需要减少参考工作电压Uref；

步骤1.3：控制当前光伏并网发电系统按照步骤1.2获得的最大功率点进行输出。

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