CN102880222A - 一种基于虚拟电阻控制的光伏系统最大功率跟踪方法 - Google Patents

一种基于虚拟电阻控制的光伏系统最大功率跟踪方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于虚拟电阻控制的光伏系统最大功率跟踪方法，根据系统工作点为光伏阵列IV曲线与负载匹配电阻特性相交这一特征，通过虚拟电阻控制算法变化光伏阵列的负载匹配电阻特性，改变阵列输出功率，采用爬山法和二分法相结合，判断搜索光伏阵列的最大功率点，实现快速光伏阵列最大功率跟踪控制。本发明方法适用于光伏阵列各种特性曲线的最大功率跟踪。

Description

一种基于虚拟电阻控制的光伏系统最大功率跟踪方法
技术领域
    本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种基于虚拟电阻控制的光伏系统最大功率跟踪方法。
背景技术
光伏阵列的输出功率具有强烈的非线性，而且和日照强度、环境温度等气象条件密切相关。在某一环境温度、不同日照强度下，光伏阵列的电流－电压(I－V)和功率－电压(P－V)特性曲线如图1(a)和图1(b)所示。由图1(b)可以看出，在一定的日照强度和环境温度下，光伏阵列只有运行在某一电压时（对应的某一电阻值），光伏阵列的输出功率才能达到最大值，此时的光伏阵列工作点就达到输出P－V曲线的最高点，称之为最大功率点(Maximum Power Point, MPP)。
在光伏并网发电系统中，要使系统处于比较理想的工况，而且对于任何日照，为了使并网发电系统在运行中能够从光伏阵列中获取最大功率输出，必须采用最大功率跟踪技术。
现有成熟的最大功率跟踪技术主要是基于光伏阵列的工作电压移动来扰动功率输出，进而判断最大功率搜索方向，最终获得最大功率工作点。这种主动扰动方式适用于如图4（a）所示的光伏阵列特性曲线，但如果太阳能电池填充因子较大时，例如光伏阵列输出特性越趋近于1，如图4（b）所示接近矩形，该方法将会产生电压震荡，不能达到较好的跟踪效果。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种适用于各种光伏阵列特性的基于虚拟电阻控制的光伏系统最大功率跟踪方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于虚拟电阻控制的光伏系统最大功率跟踪方法，包括以下步骤：
（1）改变光伏阵列工作点输出电流和输出电压的值，输出电压与电流的比值即为光伏阵列工作点输出等效电阻值，即虚拟电阻值，实时计算输出等效电阻值，闭环跟踪指令虚拟电阻值，当系统稳定时，负载的等效电阻值即为虚拟电阻指令值；
（2）通过改变虚拟电阻指令值，改变光伏阵列工作点输出功率，根据光伏阵列输出功率随虚拟电阻变化的趋势，比较判断虚拟电阻指令值的变化方向（是增加还是减小）；
（3）保持虚拟电阻指令值的变化方向不变，即由大到小改变虚拟电阻指令值，光伏阵列的输出功率逐步增加，当光伏阵列的输出功率在虚拟电阻指令值由一个值增加到另一个值时有减小的趋势，则最大功率点在这两个虚拟电阻指令值之间。
本发明的优点是：本发明采用了爬山法和二分法相结合，判断搜索光伏阵列的最大功率点，实现快速光伏阵列最大功率跟踪控制，且适用于光伏阵列各种特性曲线的最大功率跟踪。
附图说明
图1为本发明光伏阵列特性曲线。其中图1（a）为光伏阵列的I-V电压电流特性曲线图，图1（b）为光伏阵列的P-V功率电压特性曲线图。
图2为本发明BUCK电路控制结构图。
图3为本发明光伏并网逆变系统控制结构图。
图4为本发明针对光伏阵列不同特性曲线下的虚拟电阻与输出功率关系图。
具体实施方式
一种基于虚拟电阻控制的光伏系统最大功率跟踪方法，包括以下步骤：
（1）改变光伏阵列工作点输出电流和输出电压的值，输出电压与电流的比值即为光伏阵列工作点输出等效电阻值，即虚拟电阻值，实时计算输出等效电阻值，闭环跟踪指令虚拟电阻值，当系统稳定时，负载的等效电阻值即为虚拟电阻指令值；
（2）通过改变虚拟电阻指令值，改变光伏阵列工作点输出功率，根据光伏阵列输出功率随虚拟电阻变化的趋势，比较判断虚拟电阻指令值的变化方向（是增加还是减小）；
（3）保持虚拟电阻指令值的变化方向不变，即由大到小改变虚拟电阻指令值，光伏阵列的输出功率逐步增加，当光伏阵列的输出功率在虚拟电阻指令值由一个值增加到另一个值时有减小的趋势，则最大功率点在这两个虚拟电阻指令值之间。
如图2所示，BUCK电路控制原理结构图，光伏阵列电压正极输出接入BUCK电路，在光伏阵列输出端接入电容C1用以滤波和稳压，由功率MOSFET晶体管和二极管组成BUCK降压斩波电路，控制部分使用数字信号处理芯片，通过扰动光伏阵列虚拟电阻指令值，采样光伏阵列的输出电压电流值，计算并判断光伏阵列功率的大小与变化方向。
如图3所示，光伏并网逆变电路控制原理结构图，光伏阵列电压正极输出接入DC/AC逆变电路直流母线，在逆变电路直流侧接入电容C1用以滤波和稳压。DC/AC电路可以是由MOSFET或IGBT组成的单相或三相逆变桥。逆变器输出经过电抗器L滤波后连接到电网。控制部分使用数字信号处理芯片，通过扰动光伏阵列虚拟电阻指令值，采样光伏阵列的输出电压电流值，计算并判断光伏阵列功率的大小与变化方向。
如图4所示，光伏阵列虚拟电阻与输出功率关系图。光伏阵列的特性曲线如图4（a）所示，如果太阳能电池填充因子较大，光伏阵列输出特性越趋近于1，如图4（b）所示矩形。虽然光伏阵列输出特性不同，但是负载的虚拟电阻与输出功率的关系如下描述：系统稳定时，Ra为初始的虚拟电阻指令值并计算初始功率Pa，在下一周期，减小虚拟电阻，以Rc为虚拟电阻指令值（Rc<Ra），计算采样周期的最大瞬时功率Pmax与初始功率Pa比较，如果Pmax>Pa，则在下一周期以Ra1为虚拟电阻指令值（Ra1<Rc），计算其最大功率Pa1与Pmax比较，此时Pa1<Pmax，则判断最大功率点的虚拟电阻值与指令虚拟电阻值Rc是重叠的。如果温度、日照强度发生变化，虚拟电阻指令值Rc对应的功率点发生偏移，光伏阵列功率与最大功率点不重叠，则再次扰动虚拟电阻。
根据以上描述，在系统最大功率跟踪时，通过扰动系统的虚拟电阻指令值，判断搜索光伏阵列的最大功率点。

Claims (1)

1.一种基于虚拟电阻控制的光伏系统最大功率跟踪方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）改变光伏阵列工作点输出电流和输出电压的值，输出电压与电流的比值即为光伏阵列工作点输出等效电阻值，即虚拟电阻值，实时计算输出等效电阻值，闭环跟踪指令虚拟电阻值，当系统稳定时，负载的等效电阻值即为虚拟电阻指令值；
（2）通过改变虚拟电阻指令值，改变光伏阵列工作点输出功率，根据光伏阵列输出功率随虚拟电阻变化的趋势，比较判断虚拟电阻指令值的变化方向（是增加还是减小）；
（3）保持虚拟电阻指令值的变化方向不变，即由大到小改变虚拟电阻指令值，光伏阵列的输出功率逐步增加，当光伏阵列的输出功率在虚拟电阻指令值由一个值增加到另一个值时有减小的趋势，则最大功率点在这两个虚拟电阻指令值之间。
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