CN102904474A - 光伏逆变器最大功率点跟踪的自调节跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的光伏逆变器最大功率点跟踪的自调节跟踪方法，是以P-I变化率dP/dI为调节变量构造逆变电流调节给定控制律一般式：

该逆变电流调节给定控制律采取比例函数具体形式的离散时域表达式为I_o[k]＝I_o[k-1]+ΔI_o[k]，其中，k是交流正弦波周期的序数或脉宽调制周期的序数，I₀为给定电流，ΔP为离散时间的光伏电池或组件串的输出功率微分或变化，ΔI为离散时间的光伏电池或组件串的输出电流微分或变化，λ_k为P-I变化率反馈作用的强度系数。本发明可实行完全由自然规律进行调节的高性能光伏逆变器最大功率点跟踪。并且因P-I变化率非对称性特点，可进一步提高最大功率点的跟踪性能。

Description

光伏逆变器最大功率点跟踪的自调节跟踪方法

技术领域

本发明涉及可再生能源光伏发电系统技术领域，特别涉及一种适用于并网型和离网型光伏逆变器的光伏逆变器最大功率点跟踪的自调节跟踪方法。

背景技术

光伏并网逆变器各项性能中，最大功率点跟踪(MPPT)的静态与动态精度是衡量逆变器工作的重要技术指标，很大程度上决定了同等条件下逆变器传递光伏功率的日发电量或年发电量。光伏发电最大功率点跟踪的常见方法包括恒压跟踪(CVT)、扰动观测(P&O)和电导增量(IC)等，以及这些方法的衍生或与其它方法的综合。其中使用最普遍的是扰动观测法，该方法又称为搜索法或爬山法。这些方法的算法实现中还要引入固定步长和变步长等控制因素，控制参数多。它们的特点是需要较复杂的计算和判断过程，而且难以兼顾快速和缓慢光照变化的跟踪性能，因此跟踪精度和动态响应不易提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对光伏发电最大功率点跟踪的方法所存在的诸多问题而提供一种光伏逆变器最大功率点跟踪的自调节跟踪方法。

本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：

光伏逆变器最大功率点跟踪的自调节跟踪方法，其特征在于，以P-I变化率dP/dI为调节变量构造逆变电流调节给定控制律，其一般函数形式为：

${\mathrm{dI}}_o=f\left(\frac{\mathrm{dP}}{\mathrm{dI}}\right).$

在本发明上述控制律具体实例中，该逆变电流调节给定控制律采取比例函数具体形式的离散时域表达式为

I_o[k]＝I_o[k-1]+ΔI_o[k]， ${\mathrm{\ΔI}}_o\left[k\right]={\mathrm{\λ}}_k\·\frac{\mathrm{\ΔP}[k-1]}{\mathrm{\ΔI}[k-1]}$

其中，k是交流正弦波周期的序数或脉宽调制周期的序数，I₀为给定电流，ΔP为离散时间的光伏电池或组件串的输出功率微分或变化，ΔI为离散时间的光伏电池或组件串的输出电流微分或变化，λ_k为P-I变化率反馈作用的强度系数，λ_k通常取值范围为0-1000。

在本发明上述控制律具体实例中，在光伏电池或组件串的最大功率点左侧给定电流I₀随输入电流I增加而增加，而在最大功率点右侧给定电流I₀随输入电流I增加而减小。

在本发明上述控制律具体实例中，当光伏电池或组件串的工作点由左向右进入最大功率点右侧时，给定电流I₀以致输入电流I会减小；而当工作点由右向左进入最大功率点左侧时，给定电流I₀以致输入电流I则会增加。

在本发明上述控制律具体实例中，由于受到扰动当工作点从左向右进入最大功率点右侧区间，则不论输入电流I处于上升还是下降，给定电流I₀保持递减，输入电流I的变化趋势是下降的，工作点总是向左趋向最大功率点；或在扰动下当工作点从右向左进入最大功率点左侧区间，则不论输入电流I处于上升还是下降，给定电流I₀保持递增，输入电流I的变化趋势是上升的，工作点总是向右趋向最大功率点。

由于采用了上述技术方案，本发明可实行完全由自然规律进行调节的高性能光伏逆变器最大功率点跟踪。并且P-I变化率的非对称性特点，可进一步提高最大功率点的跟踪性能。这种跟踪原理方法与常见的恒压法(CVT)、扰动观测法或搜索法(P&O)及电导增量法(IC或InC)等基本方法的本质区别于，它不需要许多复杂的中间计算和不完整分析的程序判断，而直接根据赋予自然性质的P-I变化率进行调节。这可避免因程序分析可能导致的不利结果，使光伏逆变器的最大功率点跟踪的静态精度和动态响应大幅提高。

附图说明

图1光伏电池或组件串的P-I特性曲线和P-I变化率曲线。

图2光伏逆变器电路拓扑图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

根据附图1所示P-I特性的单调、唯一和极性等基本性质，构造逆变电流调节给定控制电流调节给定控制律一般函数形式如下

${\mathrm{dI}}_o=f\left(\frac{\mathrm{dP}}{\mathrm{dI}}\right)---\left(1\right)$

该调节律控制函数的采取简单的比例函数

$f\left(\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{di}}\right)=\mathrm{\λ}\·\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{di}}---\left(2\right)$

该控制律采取比例函数具体形式的离散时域数值控制表达式为

I_o[k]＝I_o[k-1]+ΔI_o[k]， ${\mathrm{\ΔI}}_o\left[k\right]={\mathrm{\λ}}_k\·\frac{\mathrm{\ΔP}[k-1]}{\mathrm{\ΔI}[k-1]}---\left(3\right)$

式中k是交流正弦波周期的序数或脉宽调制周期的序数。I₀为给定电流，ΔP为离散时间的光伏电池或组件串的输出功率微分或变化，ΔI为离散时间的光伏电池或组件串的输出电流微分或变化，λ_k为P-I变化率反馈作用的强度系数，λ_k通常取值范围为0-1000。

基于式(3)模型的逆变电流给定调节律具有以下最大功率点的自调节特性：

(1)分段单调性。若逆变器工作在最大功率点MPP左侧(0，I_m)区间，当输入电流I上升则输入功率P也上升，P-I变化率ΔP/ΔI＞0，所述控制律调节输出的给定电流I₀具有上升趋势，使输入电流I和功率P增加，工作点从左向右趋向最大功率点MPP；而在最大功率点MPP右侧(I_m，I_sc)区间，当I上升但P下降，ΔP/ΔI＜0，所述控制律调节输出的给定I₀具有下降趋势，使I减小但P增加，工作点从右向左趋向最大功率点MPP。

(2)回调性。若工作点向右迁移越过最大功率点MPP进入右侧(I_m，I_sc)区间，如输入电流I继续上升，根据上述分段单调性，P-I变化率ΔP/ΔI＜0，所述控制律调节输出的给定I₀具有下降趋势，使输入电流I减小但功率P增加，工作点向回迁移趋向最大功率点；而若工作点向左迁移越过最大功率点MPP进入左侧(0，I_m)区间，如输入电流I继续下降，由分段单调性，P-I变化率ΔP/ΔI＞0，所述控制律调节输出的给定I₀具有上升趋势，使输入电流I增加且功率P增加。

(3)鲁棒性。受扰动情况下如果给定调节下逆变器工作点向右迁移越过最大功率点MPP，则不论输入电流I是上升还是下降，始终有P-I变化率ΔP/ΔI＜0，所述控制律调节输出的给定电流I₀保持递减，使输入电流I趋向减小而功率P趋向增加，工作点趋向最大功率点MPP；而扰动下如果工作点向左迁移越过最大功率点MPP，也不论I上升或下降，始终有P-I变化率ΔP/ΔI＞0，所述控制律调节输出的I₀保持递增，使输入电流I趋向增加且功率P趋向增加，工作点仍趋向最大功率点MPP。

在上述控制律(3)调节逆变给定电流过程中，并不出现任何复杂的中间计算和各种分析的程序判断，它直接按控制律的自然特性或自调节特性进行工作，调节逆变电流给定，简便、可靠且由自然规律得到的调节分析判断具有必要充分性。

在光照变化情况下，光伏电池或组件串的P-I特性表现为多簇P-I曲线，在短暂的时段上表现为相对稳定的单簇P-I曲线。由于调节律(3)在每簇P-I特性上实现自调节跟踪控制，则在多簇P-I曲线间切换改变的情况下，调节律(3)实现多簇P-I特性或光照变化下的自调节跟踪控制。

此外，P-I变化率ΔP/ΔI关于最大功率点MPP是不对称的，电流增长越过最大功率点MPP时其负极性幅值急剧上升，这有利于工作点越过最大功率点时的快速回复调节。在调节律(3)下，逆变器给定输出具有稳定可靠趋向最大功率点MPP的调节性。改变反馈系数λ_k的大小，可得到不同的跟踪精度和瞬态响应速度。

本行业的技术人员应该了解，本发明所述控制律不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，例如控制律的函数形式可取PID(比例-微分-积分)控制：

${\mathrm{\ΔI}}_o\left[k\right]={\mathrm{\λ}}_k\mathrm{\Δ}\left[k\right]+{\mathrm{\σ}}_k\underset{j=k-l}{\overset{l}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}[j-1]+{\mathrm{\δ}}_k{\mathrm{\Δ}}^{\′}\left[k\right]$

或P-I变化率的一阶与二阶线形组合控制：

ΔI_o[k]＝α_kΔ[k]+β_kΔ²[k]

这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (5)

1.光伏逆变器最大功率点跟踪的自调节跟踪方法，其特征在于，以P-I变化率为调节变量构造逆变电流调节给定控制律，所述逆变电流调节给定控制律一般形式为：

${\mathrm{dI}}_o=f\left(\frac{\mathrm{dP}}{\mathrm{dI}}\right)$

2.如权利要求1所述的光伏逆变器最大功率点跟踪的自调节跟踪方法，其特征在于，所述逆变电流调节给定控制律采取比例函数具体形式的离散时域表达式为：

I_o[k]＝I_o[k-1]+ΔI_o[k]， ${\mathrm{\ΔI}}_o\left[k\right]={\mathrm{\λ}}_k\·\frac{\mathrm{\ΔP}[k-1]}{\mathrm{\ΔI}[k-1]}$

其中，k是交流正弦波周期的序数或脉宽调制周期的序数，I₀为给定电流，ΔP为离散时间的光伏电池或组件串的输出功率微分或变化，ΔI为离散时间的光伏电池或组件串的输出电流微分或变化，λ_k为P-I变化率反馈作用的强度系数，系数λ_k通常取值范围为0-1000。

3.如权利要求1或2所述的光伏逆变器最大功率点跟踪的自调节跟踪方法，其特征在于，在光伏电池或组件串的最大功率点左侧给定电流I₀随输入电流I增加而增加，而在最大功率点右侧I₀随I增加而减小。

4.如权利要求1或2所述的光伏逆变器最大功率点跟踪的自调节跟踪方法，其特征在于，当工作点由左向右进入最大功率点右侧时，给定电流I₀以致输入电流I会减小；而当工作点由右向左进入最大功率点左侧时，给定电流I₀以致输入电流I则会增加。

5.如权利要求1或2所述的光伏逆变器最大功率点跟踪的自调节跟踪方法，其特征在于，由于受到扰动当工作点从左向右进入最大功率点右侧区间，则不论输入电流I处于上升还是下降，给定电流I₀保持递减，输入电流I的变化趋势是下降的，工作点总是向左趋向最大功率点；或在扰动下当工作点从右向左进入最大功率点左侧区间，则不论输入电流I处于上升还是下降，给定电流I₀保持递增，输入电流I的变化趋势是上升的，工作点总是向右趋向最大功率点。

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