CN102622036B - 一种基于pv模块的多谐振荡式mpp自动跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PV模块的多谐振荡式MPP自动跟踪方法。首先将PV模块的电压-电流v-i特性划分为三个工作区，分别为恒压区、最大输出功率区和恒流区，其中：所述恒压区的电流变化率远大于电压的变化率；所述最大输出功率区的电流和电压的变化率近似相等，并定义稳态工作系数；所述恒流区的电压变化率远大于电流的变化率；基于所述稳态工作系数建立稳态工作电路及其图解法，通过所述稳态工作电路实现光照度稳定情况下的多谐振荡式MPP自动跟踪，以及光照度缓慢变化过程下的MPP自动跟踪。该方法使用通用的中规模集成IC实现，成本低廉，并具有高效、可靠和简单的特点。

Description

一种基于PV模块的多谐振荡式MPP自动跟踪方法

技术领域

本发明涉及电器技术领域，尤其涉及一种基于PV模块的多谐振荡式MPP自动跟踪方法。

背景技术

目前，在现有技术中，多谐振荡式跟踪MPPT(MPPT，maximum power point tracker)的主要方案有：定电压跟踪法、扰动观察法，电导增量法等。定电压跟踪法的基本假设是在忽略温度和环境影响的条件下，MP(maximum power)点所对应电压近似等于一个常数，该常数约等于0.79倍的开路电压。所以使用开路电压的数值可以直接获取MP点对应的电压，该定电压跟踪法的缺点在于忽略了温度和环境的影响，使得精度较差，工业界难以接受。

扰动观察法的基本原理是每隔一定的时间间隔，增加或减少模块的输出电压，并观察变动后的功率变化方向确定下一步控制信号是增加或减少输出功率，这种方案简单易行，但相应速度太慢且会在MP点出现振荡；电导增量法的基本原理是基于在MP点功率对电压的导数等于零得出如下结论，在MP点，PV模块输出电导的变化率等于直流输出电导的负值，因此电导增量法是通过比较电导的变化率与直流电导来改变控制信号的，其缺点是对硬件的要求特别是传感器的要求比较苛刻，难以在现场使用。

从上述现有技术的方案中可知，现有技术方案中的多谐振荡式MPP自动跟踪方法实现成本高、精度低，且对硬件要求高，难以在现场使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于PV模块的多谐振荡式MPP自动跟踪方法，该方法使用通用的中规模集成IC实现，成本低廉，并具有高效、可靠和简单的特点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种基于PV模块的多谐振荡式MPP自动跟踪方法，所述方法包括：

将光伏模块PV的电压-电流v-i特性划分为三个工作区，分别为恒压区、最大输出功率区和恒流区，其中：所述恒压区的电流变化率远大于电压的变化率；所述最大输出功率区的电流和电压的变化率近似相等，并定义稳态工作系数；所述恒流区的电压变化率远大于电流的变化率；

基于所述稳态工作系数建立稳态工作电路，通过所述稳态工作电路实现光照度稳定情况下的多谐振荡式MPP自动跟踪，以及光照度缓慢变化过程下的MPP自动跟踪。

所述方法包括：

基于所述恒压区的电流和电压变化规律，实现启动过程的MPP自动跟踪，并实现了由所述恒压区到所述最大输出功率区的自动过渡，其中所述启动过程分为大步长和变步长启动。

所述方法还包括：

通过所述稳态工作电路实现光照度增强情况下的MPP跟踪技术，所述光照度增强情况具体包含光照度突增和光照度缓增两种情况，所述光照度突增等价为启动过程，所述光照度缓增等价为稳态加扰动过程。

所述方法还包括，

通过所述稳态工作电路实现光照度减弱情况下的MPP跟踪技术，所述光照度减弱情况包含光照度突减和光照度缓减两种情况。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，首先将PV模块的电压-电流v-i特性划分为三个工作区，分别为恒压区、最大输出功率区和恒流区，其中：所述恒压区的电流变化率远大于电压的变化率；所述最大输出功率区的电流和电压的变化率近似相等，并定义稳态工作系数；所述恒流区的电压变化率远大于电流的变化率；基于所述稳态工作系数建立稳态工作电路及其图解法，通过所述稳态工作电路实现光照度稳定情况下的多谐振荡式MPP自动跟踪，以及光照度缓慢变化过程下的MPP自动跟踪。该方法使用通用的中规模集成IC实现，成本低廉，并具有高效、可靠和简单的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例所述PV模块的v-i特性曲线示意图；

图2为本发明实施例所述针对PV模块的电路结构图；

图3为本发明实施例所述针对PV模块的的图解法示意图；

图4为本发明实施例所述稳态工作的电路原理示意图；

图5为本发明实施例所述启动过程的电路示意图；

图6为本发明实施例所述大步长启动过程工作原理波形示意图；

图7为本发明实施例所述日光照度突增工况自动跟踪MPP的原理图解法示意图；

图8为本发明实施例所述光照缓增工况MPP自动跟踪原理图解示意图；

图9为本发明实施例所述光照度缓慢减弱跟踪原理图解示意图；

图10为本发明实施例所述光照度突减弱电路结构示意图；

图11为本发明实施例所述光照照度突减弱工况自动跟踪MPP的时序示意图；

图12为本发明实施例所述光照照度突减弱工况自动跟踪MPP原理图解示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，本发明实施例提供了一种基于PV模块的多谐振荡式MPP(Maximum Power Point，最大功率点)自动跟踪方法，所述方法具体为：

将光伏模块(PV，Photovoltaic module)的电压-电流v-i特性划分为三个工作区，分别为恒压区、最大输出功率区和恒流区，并对这三个区域的特点进行定义：所述恒压区的电流变化率远大于电压的变化率；所述最大输出功率区的电流和电压的变化率近似相等，并定义稳态工作系数；所述恒流区的电压变化率远大于电流的变化率。

如图1所示为本发明实施例所述PV模块的v-i特性曲线图，图1中：将这个v-i特性曲线划分为三个工作区域，分别为恒压区、最大输出功率区和恒流区，其相应的符号表示为C-V-A，MOP-A和C-I-A。

其中，在C-V-A区域：0＜I＜Ib，Vb＜V＜Voc，其中Voc是开路电压；在MOP-A区域：Ib＜I＜Ia，Va＜V＜Vb；在C-I-A区域：Ia＜I＜Io，0＜V＜Va，其中Io是短路电流。

具体实现中，为进一步研究不同工作区域的特点，本发明采用了如图2所示的电路，在图2中：Boost开关变换器直接与PV模块的输出端相连接，即PV模块的输出是Boost电路的输入，因此PV模块的输出电压等于Boost电路的输入电压，PV模块的输出电流等于Boost电路电感电流。因此Boost电路的输入电压和电流的运动轨迹就是PV模块输出特性曲线；方波发生器(square-wave generator)用来提供方波驱动信号。假定这个电路在低频工作，可以采用如图3所示的图解法来研究三个不同工作区域的特点，由图3可以得到三个区域的主要特征为：

(1).C-V-A区域：PV模块的输出电流大范围变化，而相对应输出电压几乎不变，因此电流的变化率远大于电压的变化率；

(2).MOP-A区域：PV模块的输出电压和电流的变化范围近似相等，即二者的变化率近似相等。图3所示的PV模块伏安特性上，Pmpp点输出功率最大点。Ib和Ia分别是以最大功率Pmpp点为中心允许的电流波动的最大值和最小值；Ub和Ua分别是允许的电压波动的最大值和最小值。当PV工作在Pmpp点附加，其输出电压和电流的波动范围基本一致，因此有下面重要的关系式，

$\frac{U_b}{U_a}\≈\frac{I_b}{I_a}=k=0.7~0.8$

式中，常数k称之为稳态工作系数。

(3).C-I-A区域：PV模块的输出电压大范围变化，而相对应输出电流几乎不变，因此电压的变化率远大于电流的变换率。

基于上述三个区域电流、电压的波动范围和变化率，通过所述稳态工作系数k建立稳态工作电路及其图解法，该稳态工作电路实现光照度稳定情况下的多谐振荡式MPP自动跟踪，以及光照度缓慢变化过程下的MPP自动跟踪。

举例来说，当光照度处于稳定状态，不同照度对应着不同的伏安特性曲线。稳态工作的电路原理图如图4所示，在图4中：VPV和iL是PV模块的输出电压和输出电流，也是Boost电路的输入电压和输入电流；RI是电流采样电阻，将流过电感的电流转换为电压信号Vi；k是0.7∽0.8之间比例因子，即稳态工作系数；S/H是电压采样器。

电压采样器在触发器R信号的控制下将电流输入信号iL的最大值存放在电容c1上。Comp1是电流信号反相滞回比较器(简写为比较器1，同时Comp2简写为比较器2)。比较器1有两个输入端，反相端是输入电流的瞬时值，同相端的输入信号为(在一个开关周期内)k倍的电流信号的最大值。

比较器1的工作原理如下：当输入电压信号到达设定的最小值时，即电流信号到达最大值，比较器2输出一个窄脉冲(即R＝1)，R＝1使得S/H1进行瞬态采样，并将k倍的电流最大值存储在c1上。当电流信号的瞬时值下降至c1的数值，比较器1输出一个高脉冲(即S＝1)。RS触发器提供一个高频脉冲序列，经过Gate-driver驱动开关。Gate-driver是一个脉冲功率放大器，提供足够的输出功率驱动开关管。

下面基于稳态工作电路的PV模块的v-i特性曲线以及输出电压和电流的瞬态波形图，并结合图4中所示的RS触发器、Boost电路等来研究Boost电路的稳态工作过程以及工作点在PV模块v-i特性曲线上的运动轨迹：

当RS触发器的输出电压Q＝1，功率开关s闭合，电感上的电流开始增加，且PV模块输出电压开始下降，工作点沿在PV模块的v-i曲线上为上行运动。反之，当RS触发器的输出Q＝0，功率开关s断开，由于Boost电路输出电压大于输入电压，电感上的电流开始下降，且PV模块输出电压开始上升，工作点沿在PV模块的v-i曲线上为下行运动。

to、t2、t4等时刻比较器1的翻转原理：在t1时刻应该考虑下面三个因素：①电感上电流达到最大值，即Vi＝Vimax；②R＝1(在t1时刻)，S/H1工作并将电流的最大值存储在电容c1上作为比较器1的参考电压；③由于分压电阻网路的存在，c1上存储的电压实际值为kVimax＝Vimin；在[t1，t2]时区，电感电流下降，即Vi下降。在t2时刻，Vi＝kVimax，比较器1翻转，s＝1，使得RS触发器翻转Q＝1，整个进行上行运动。

t1、t3和t5时刻比较器2的翻转原理：在t2时刻同样也应该考虑下面三个因素：①PV模块的输出电压达到最大值，即Vpv＝Vmax；②s＝1，S/H2工作并将电压的最大值存储在电容c2上作为比较器1的参考电压；③由于分压电阻网路的存在，c2上存储的电压实际值为kVmax＝Vmin；在[t0，t1]时区，PV模块的输出下降，即Vpv下降。在t1时刻，Vpv＝kVmax，比较器2翻转，R＝1，使得触发器输出Q＝0，整个电路进入上行运动。

整个电路的稳态工作原理为：假设在to时刻，比较器1输出为高电平，即S＝1，RS触发器翻转，输出高电平Q＝1，功率开关s闭合，电感上的电流开始增加，同时PV模块的输出电压开始下降，工作点沿在PV模块的v-i曲线上为上行运动。S＝1的另一个功能是S/H2的开关瞬间闭合，将PV模块输出电压的最大值Vmax存储在电容c2上。由于分压电阻网路的作用，c2上实际存储的电压值为kVmax＝Vmin。

在[to，t1]时区，由于电路处在上行运动，因PV模块的输出电流增加而输出电压下降。在t1时刻比较器2翻转。R＝1，导致Q＝0，功率开关s断开。因为Boost电路的输出电压大于输入电压，电感上的电流开始下降，同时PV模块的输出电压开始上升，工作点沿在PV模块的v-i曲线上为下行运动。R＝1的另一个功能是S/H1的开关瞬间闭合，将电感电流的最大值Vimax存储在电容c1上。由于分压电阻网路的作用，c1上实际存储的电压值为kVimax＝Vimin。

在[t1，t2]时区，由于电路处在下行运动，因PV模块的输出电流增加而输出电压下降。在t2时刻，比较器1输出为高电平。注意to和t2时刻电路的状态完全一样。因此这个电路实质是自激多谐振荡器，即为多谐振荡式MPP自动跟踪技术。

另外，在具体实现过程中，基于所述恒压区的电流和电压变化规律，还可实现启动过程的MPP自动跟踪，并实现了由所述恒压区到所述最大输出功率区的自动过渡，其中所述启动过程分为大步长和变步长启动。大步长启动的优点是，①启动速度快，②启动阶段和稳态工作阶段使用同一个系数k。因此实现电路简单，但存在如下风险。其一，系统在恒压区和恒流区振荡而无法进入最大输出功率区；其二，由于电感上的储能太多而导致输出电容上电压上升的过高，损毁整个系统。变步长启动技术可以克服上述缺点。

举例来说，启动过程是指在控制电路的供电源开始向控制电路供电，且控制电路已进入稳定工作状态，但主电路(功率变换部分)各储能元件由零初态储能到稳态储能的工作过程。

在图1中PV模块的v-i特性曲线上，启动过程是工作点由恒压区向最大输出功率区过渡的过程，启动过程的电路图如图5所示。比较图4的电路，这个电路特殊之处在于RS触发器的s信号是由振荡器(oscillation)产生的。在启动阶段，s信号是由振荡器发出。当工作点进入v-i特性曲线的MOP-A，s信号是由比较器1(如图稳1所示电路)发出。本发明提出的启动过程分为大步长和变步长两种方法。

具体来说，大步长启动过程工作原理波形如图6所示：首先对大步长进行解释，在v-i特性曲线中，开路电压Voc和最大输出功率点的电压Vmpp之比仍然近似等于稳态工作系数k，k＝Voc/Vm＝Ub/Ua＝Ia/Ib＝0.7～0.8。大步长是指在to时刻，Vpv＝Voc，经过电阻分压网路的输出电压为kVoc。此时s＝1，使得S/H2中的开关闭合，c2上存储的是kVoc.如果取k＝0.7～0.8，则称之为大步长启动过程。大步长的实际含义是在第一个开关周期内，PV模块的输出电压由Voc下降到其最大值Vmpp(＝kVoc)，进入MOP-A。

启动阶段的工作原理：在to时刻振荡器发出一个窄脉冲信号s，即s＝1；RS触发器输出Q＝1。经过驱动电路，使得功率开关s闭合，电感上的电流由零开始增加，同时PV模块的输出电压值由Vo开始下降。s＝1的另一个重要功能是令S/H2工作并将kVoc存储在电容c2上。在t1时刻，Vpv由Voc下降到k Vpv(t0)＝kVoc，比较器2翻转，R＝1，Q＝0，功率开关s断开。电感上的能量部分传递到输出电容上，使得输出电压增加及电感电流下降。由于电容的初态为零，所以电感上的电流下降很少。即电感上的电流处于上升阶段，IL(to)＜IL(t2)。

在t2时刻，振荡器发出一个s信号，即s＝1，Q＝1，功率开关s再次闭合，电感上的电流由IL(t2)开始上升，同时PV模块输出电压开始下降。在t3时刻，比较器2翻转，R＝1，Q＝0，功率开关s断开，电感开始下降，PV模块的输出电压开始下降。在启动阶段的一个开关周期内，电感上的终止大于其初值，PV模块输出电压的终值小于其初值。因此经过若干周期后，电路进入稳态。当系统进入稳态后，s信号是由比较器产生的。

上述大步长启动的优点是：①启动速度快，②启动阶段和稳态工作阶段使用同一个系数k。即k＝0.7～0.8.因此电阻分压网路固定不变。但大步长启动存在如下问题甚至是风险：①由于大步太大，有可能是系统在恒压区和恒流区振荡而无法进入最大输出功率区；②由于开始工作时，PV模块的输出电压最高，功率开关导通时间也较长，电感上的储能太多，如果这个电路的负载(一般为逆变器)没有工作，当功率开关s断开后，输出电容上电压上升的过快，损毁整个系统。

因此本发明实施例还提出了变步长启动的方法，变步长启动的主要思路是改变系数k。例如，令k的初值为0.1，随着电感电流的平均值增加，k逐步增加，其最大值定义为0.8.实现变步长启动的实现方法是很简单的。实现的方法是将图5中所示的电阻分压网路变为图7中所示的流控分压网路，在图5中电阻分压网路的分压系数

在图7中流控分压网路的分压系数

其中三极管CE的等效电阻R_eq的阻值反比于电感电流I_L；当I_L增加增加，R_eq下降，因此在启动阶段，电感电流的平均值一直在下降，故k.从0.1到0.8的变化。随着电感电流平均值的不断增加，系数k是不断增加的，其变化范围为0.1～0.8。

另外，在具体实现中，所述方法包括，

通过所述稳态工作电路实现光照度增强情况下的MPP跟踪技术，所述光照度增强情况具体包含光照度突增和光照度缓增两种情况，所述光照度突增等价为启动过程，所述光照度缓增等价为稳态加扰动过程。

举例来说，在中午时分，PV模块突然被云彩遮蔽，随后云彩又迅速离开，这种情况可以定义为光照突增。在光照突增工况，图5所示的启动过程电路具有在光照突增工况自动跟踪MPP的功能。如图7所示为本发明所述日光照度突增工况自动跟踪MPP的原理图解法示意图，因为PV模块的v-i特性曲线描述了PV模块的静态电气特性，如果其负载--开关变换器工作在低频工况，可以使用图解法直观的了解MPP自动跟踪的原理。下面基于图7并结合图5所示的启动过程电路，研究光照突增工况MPP自动跟踪过程：

在[to，t1]时区，日光照度为0.75kW/m2，PV模块的伏安特性曲线如图7中曲线①所示，且系统已进入稳态。假设在t1时刻，日光照度突然由0.75kW/m2剧烈增强到1.25kW/m2，即v-i特性曲线由①变为②，工作点由a1点变为a2点。a1和a2点对应的PV模块的输出电压约为V(a1)(＝26V)以及V(a2)(＝35V)；ΔV＝35-26＝9V。在t1点，由于图5所示启动阶段电路的工作原理可知，RS触发器的输出Q由1变为0，因此功率开关关断。电感电流下降，其数学表达式如下：

$\begin{array}{cc}{i}_L\left(t\right)=I_L\left(t_1\right)+\frac{V_0-V\left(a\right)}{L}t& [t_1,t_2]\end{array}$

式中，I_L(t₁)是电感在t1时刻的瞬态值，即最大值；V_o是Boost电路的输出电压，通常认为是一个常数；L是Boost电路电感的电感量；V(a)是在v-i特性曲线a点处对应的电压值。工作在曲线(1)和(2)时，分别为V(a1)＝26V和V(a2)＝35V.因此工作在曲线(2)时，电感电流下降的速率要慢的多，所以在[t1，t2]时区电感电流仅下降很小一部分。

在t2时刻，振荡器输出一个高电平作为RS触发器的s信号，使得Q＝1，功率开关导通。电感电流开始增加，PV模块的输出电压由b1点开始下降。与工作在曲线①相比，由于PV模块输出电压的幅值增加且b1点处在v-i曲线②的恒压区。因此在[t2，t3]时区，PV的输出电压下降的速率很慢而输出电流的增加速率较快。因此，在这个时区内，电感电流有较大的增长量。

简而言之，与工作在曲线①相比，工作在②的b1点附近的系统具有如下特点：

(1)在[t0，t1]时区，系统工作在v-i曲线的最大输出功率区，最大输出功率区的特点是电压和电流下降的斜率近似相等；由于在t1时刻光照度突增，在[t1，t2]时区存在着如下两个最为显著的特点，系统工作在v-i曲线②的恒压区且PV模块的输出电压有较大的增加；

(2)PV模块的输出电压有较大的增加决定了在功率开关断开时区，电感电流的减少量较小；

(3)恒压区的特点是电压下降的速率远小于电流增加的速率，因此工作在v-i曲线②的恒流区的系统在电压下降量相同的条件下，电流有较大的增长(即，电流增加量大电压减少量的小，所以平均电流在不断增加)。所以这个系统具有光照度突增工况自动跟踪MPP的功能。

在t5时刻，电路进入新的稳态并工作在v-i曲线②最大输出功率区。工作在最大输出功率区的PV模块具有电压下降斜率近似等于电流下降斜率的特点，所以系统进入稳态控制。对照曲线①和曲线②，我们发现另外一个特点，电压工作区域区域近似相同，而电流工作范围差异极大。

在另一种情况下，当日出后，太阳光是逐渐增强。在日光照度逐步增强工况，图4所示稳态工作电路具有自动跟踪MPP的功能，其跟踪原理图解示意图如图8所示，下面基于图8所示的图解法并结合图4所示稳态工作电路，研究光照缓增工况MPP自动跟踪过程：

在[to，t1]时区，日光照度为0.75kW/m2，PV模块的伏安特性曲线如图8所示的曲线①所示，且系统已进入稳态。假设在t1时刻，日光照度由0.75kW/m2缓慢增强到1.00kW/m2，即v-i特性曲线由①变为②，在t1时刻，工作点由a1点变为a2点。a1点和a2点对应的PV模块的输出电压约为V(a1)(＝26V)以及V(a2)(＝32V)，ΔV＝32-26＝6V；在[t1，t2]时区，功率开关s处在断开状态。由于PV模块的输出电压增加和Boost电压输出电压恒定，电流的下降速率较为缓慢，但应注意到电感电流最大值出现在t1时刻，未发生变化，所以电容c1上存储的电压值没有改变。在这个时区，由于曲线有①变为②，所以PV模块的输出电压有了较大幅度的增长。

在t2时刻，图稳态1中的比较器1翻转，s＝1，Q＝1，功率开关s闭合。与曲线①相比较，PV模块的输出电压有了较大的增加，即Boost电路的输入电压有较大的增长，所以在[t2，t3]时区电感电流会有较大的增加。在t3时刻，图4中的比较器2翻转，R＝1，Q＝0，功率开关s断开。同样由于PV模块的输出电压有了较大的增加，在[t3，t4]时区电感电流会有较小的减少量。因此，在[t2，t4]周期内，电感电流的终值(t4点电流值)远大于其初始值(t2点电流值)，即电感电流在一个高频周期内处于上升状态。故图4所示的电路能够在光照缓慢增工况实现自动跟踪MPP；在t4时刻以后，系统进入新的稳态。

另外，在具体实现过程中，通过所述稳态工作电路实现光照度减弱情况下的MPP跟踪技术，所述光照度减弱情况包含光照度突减和光照度缓减两种情况。光照度突减MPP自动跟踪的实质是实现由恒流区到最大输出功率区的自动过渡。

举例来说，光照度减弱的情况是指由于太阳光逐渐减弱而导致PV模块产生的电能逐渐减少的过程，图4所示的稳态工作电路能够适应这一工况完成自动跟踪MPP的功能，其跟踪原理图解示意图如图9所示，下面基于图9所示的图解法并结合图4所示稳态工作电路，研究光照度缓慢减弱过程：

在[to，t1]时区，光照度为0.75kW/m2，PV模块的伏安特性曲线如图9所示的曲线①。假设在t1时刻，光照度由0.75kW/m2减少到0.73kW/m2，所对应为v-i特性曲线②，工作点由a1点变为a2点。a1点和a2点对应的PV模块的输出电压约为V(a1)(＝26V)以及V(a2)(＝18V)，ΔV＝18-26＝-8V。

在[t1，t2]时区，功率开关s处在断开状态。由于PV模块的输出电压有了较大幅度的减少和Boost电压输出电压恒定，电流将以较快的速率的下降。但应注意到电感电流最大值出现在t1时刻，所以电容c1上存储的电压值没有改变。在这个时区，工作点沿曲线②有a2点向b2点移动。在t2时刻，b2点对应的输出点电压小于b1点所对应的电压值。在t2时刻，图4中的比较器1翻转，s＝1，Q＝1，功率开关s闭合，电感电流开始增加。与曲线①相比较，PV模块的输出电压有所减少，所以在[t2，t3]时区电感电流有所下降。

在t3时刻，图4中的比较器2翻转，R＝1，Q＝0，功率开关s断开。与曲线①相比较，PV模块的输出电压有所减少，所以在[t3，t4]时区电感电流会有较大的减少量。因此，在[t2，t4]周期内，电感电流的终值(t4点电流值)小于其初始值(t2点电流值)，即电感电流在一个高频周期内的保持下降趋势。故图4所示的电路能够在光照缓慢减弱过程实现自动跟踪MPP的功能，在t4时刻以后，系统进入新的稳态。

另一种情况下，在中午时分，PV模块突然被云彩遮蔽其发电量突然减少，这种工况定义为光照度突减。如图10所示为本发明实施例所述光照度突减弱电路结构图，图10中：振荡器发出序列窄脉冲作为RS触发器的R信号。如图11所示为本发明实施例所述光照照度突减弱工况自动跟踪MPP的时序图，而图12给出了所述光照照度突减弱工况自动跟踪MPP原理图解示意图，下面基于图光照度突减10，11和12来说明光照度突减工况MPP自动跟踪原理与过程：

在to-时刻之前，日光照度为1.25kW/m2且系统已进入稳态，PV模块的伏安特性曲线如图12的曲线①所示。假设在时刻to+，日光照度突然由1.25kW/m2剧烈减弱到0.75kW/m2，即v-i特性曲线由①变为②。

因为在to-时刻之前系统已进入稳态，所以必然有下面两个结果：其一，比较器2在此时刻发出一个高脉冲信号，即R＝1和Q＝0，功率开关s断开，电感的电流开始下降；其二，R＝1使得S/H1的开关闭合，所以电容c1上存储的是to-时刻电感电流的最大值的对应值。在[to-，t1]时区，功率开关s断开，电感的电流下降。在t1时刻，比较器1翻转，S＝1，RS触发器输出Q＝1，功率开关s闭合。由图12可知，当电感电流等于Ib1且0.75kW/m2对应着v-i曲线②，PV模块输出电压对应值等于零，因此电感电流在[t1，t2]期间保持不变。

在[to，t2]时区，电感电流的初始值为Ia1下降到Ib1，因此电感电流是下降趋势。在t2时刻振荡器发出一个窄脉冲R＝1信号。R＝1导致Q＝0，功率开关s断开，电感电流下降；同时电容c1存储着t2时刻电感电流的对应值。[t2，t3]时区的工作原理等同于[t1，t2]时区的工作原理。同时，[t3，t4]时区的工作原理等同于[t1，t2]时区的工作原理。这一个周期内，电感电流仍然保持下降趋势。在[t4，t5]时区，电感电流继续下降。

同时应该注意到在这一时区内，电感电流的数值已经由v-i曲线②的恒流区向最大输出功率区移动。在t5时刻，电感电流已进入最大输出功率区。因此在t5时刻，令振荡器停止工作，控制系统转为稳态工作模式。根据光照度减弱工况1的工作原理，系统能过进入新的稳态，并确保工作在PV模块的最大功率输出区。

综上所述，本发明实施例所提供的方法使用通用的中规模集成IC实现，成本低廉，并具有高效、可靠和简单的特点，并且针对不同的光照情况均能实现多谐振荡式MPP自动跟踪，提高了性能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于PV模块的多谐振荡式MPP自动跟踪方法，其特征在于，所述方法包括：

将光伏模块PV的电压-电流v-i特性划分为三个工作区，分别为恒压区、最大输出功率区和恒流区，其中：所述恒压区的电流变化率远大于电压的变化率；所述最大输出功率区的电流和电压的变化率近似相等，并定义稳态工作系数；所述恒流区的电压变化率远大于电流的变化率；

其中，所述稳态工作系数的定义过程具体为：

Ib和Ia分别是以最大功率Pmpp点为中心允许的电流波动最大值和最小值；Ub和Ua分别是允许的电压波动的最大值和最小值；当所述光伏模块PV工作在所述最大功率Pmpp点附近时，其输出电压和电流的波动范围基本一致，因此具有如下关系式，

$\frac{U_b}{U_a}\≈\frac{I_b}{I_a}=k=0.7~0.8$

其中，常数k称之为稳态工作系数；

基于所述三个工作区电流、电压的波动范围和变化率，通过所述稳态工作系数k建立稳态工作电路及其图解法，并通过所述稳态工作电路实现光照度稳定情况下的多谐振荡式MPP自动跟踪，以及光照度缓慢变化过程下的MPP自动跟踪；

所述方法还包括：

基于所述恒压区的电流和电压变化规律，实现启动过程的MPP自动跟踪，并实现了由所述恒压区到所述最大输出功率区的自动过渡，其中所述启动过程分为大步长和变步长启动。

2.如权利要求1所述的基于PV模块的多谐振荡式MPP自动跟踪方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过所述稳态工作电路实现光照度增强情况下的MPP跟踪技术，所述光照度增强情况具体包含光照度突增和光照度缓增两种情况，所述光照度突增等价为启动过程，所述光照度缓增等价为稳态加扰动过程。

3.如权利要求1所述的基于PV模块的多谐振荡式MPP自动跟踪方法，其特征在于，所述方法还包括，

通过所述稳态工作电路实现光照度减弱情况下的MPP跟踪技术，所述光照度减弱情况包含光照度突减和光照度缓减两种情况。

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