CN103427687A - 光伏逆变器在恒压源输入时的最大功率跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光伏逆变器在恒压源输入时的最大功率跟踪方法。通常的跟踪算法是当光伏并网逆变器的输入为CV源时候，光伏逆变器的工作功率点就不能确定。光伏逆变器在恒压源输入时的最大功率跟踪方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将CV源的电压设定为预定的工作电压Vdc，输出功率Pmax设置限流值流Idcmax=Pmax/Vdc；（2）将输入电流从零开始增加；（3）持续检测输入的直流电压值，当输入电压下降了deltV时，记录电流参考值Iref，将Iref-Istep作为最终的输入电流给定。本发明使用恒压源来实现让光伏逆变器工作在想要的功率点上，缓解设备压力。

Description

光伏逆变器在恒压源输入时的最大功率跟踪方法

技术领域

本发明涉及光伏并网逆变器在恒压源输入时的最大工作功率跟踪方法。

背景技术

在单相光伏并网逆变器的测试过程、或者是认证过程中，测试现场经常会由于条件有限而缺乏具有光伏特性的输入源（也叫PV模拟器），其输出功率与电压关系曲线参见图1。为了节省测试成本这时候可用具有恒压特性的直流源来代替（以下叫CV源），CV源的输出特性是在输出功率允许的范围内维持恒压特性输出。通常光伏逆变器的最大功率跟踪算法是基于输入源为具有光伏特性的，所以当光伏并网逆变器的输入为CV源时候，光伏逆变器的工作功率点就不能确定，不利于测试工作进行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种对光伏逆变器在恒压源输入时对最大功率进行跟踪的方法，克服了现有技术中光伏逆变器的工作功率点不能确定的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：光伏逆变器在恒压源输入时的最大功率跟踪方法，其特别之处在于：包括以下步骤：

（1）将CV源的电压设定为预定的工作电压Vdc，并根据具体现场需要的输出功率Pmax设置限流值流Idcmax = Pmax/Vdc；

（2）将输入电流从零开始增加，每隔时间Tstep，电流增加量Istep；

（3）持续检测输入的直流电压值，由于输入电流增加超过限幅值，输入电压会下降，当输入电压下降了deltV时，停止增加输入电流，并记录此时的电流参考值Iref，将Iref -Istep作为最终的输入电流给定， CV源当前的输出功率为Vdc *（Iref -Istep），CV源的最大功率为Vdc * Idcmax ，则CV源当前输出功率Po>（Vdc * Idcmax）-（Vdc * Istep）；

上述步骤（2）的Tstep为200ms，Istep的大小由每一步期望增加的功率Pstep和恒压源输出的电压Vdc决定，Istep=Pstep/Vdc。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明可以在没有PV模拟器的测试现场方便的使用恒压源来实现让光伏逆变器工作在想要的功率点上，给测试带来方便，缓解设备压力。

附图说明

以下结合附图和实施方式详细说明本发明：

图1为PV模拟器的功率与电压曲线示意图；

图2为并网光伏逆变器的系统框图；

图3为boost电感电流的PI调节器控制框图。

具体实施方式

光伏逆变器在恒压源输入时的最大功率跟踪方法，CV源在使用的时候必须人为设置其允许的最大输出电流Idcmax，也就是说允许从CV源中取出的最大电流，这个允许的最大电流便决定了CV源可以输出的最大功率，当从CV源中抽出的电流超过最大电流Idcmax时候，CV源输出的电压便不再恒定，恒压源将变成一个恒流源，输出电压Vdc会随着期望抽出电流的增大而下降，不能维持恒压特性输出。基于恒压源的这一特性，当检测到CV源的输出电压有所下降的时候，便是其最接近允许输出的最大功率的点，记录此时CV源的输出电流，然后将略小于此电流的值作为光伏并网逆变器的输入电流给定，则可以让光伏并网逆变器工作在CV源的当前可输出最大功率之处。这样便可通过设定CV源的电压值和限流值，让待测的光伏并网逆变器工作在期望的功率值。

具体通过以下步骤实现：

（1）将CV源的电压设定为预定的工作电压Vdc，并根据期望的功率Pmax设置限流值流Idcmax = Pmax/Vdc；

（2）将输入电流从零开始慢慢增加，每隔Tstep时间将电流参考值增加Istep，Tstep的长度可以根据电流控制环的速度决定，一般要远大于电流环的相应速度，在单相光伏并网逆变器中输出的电流为交流电流，在本发明中取Tstep为10个工频周期，即200ms，Istep的大小由每一步期望增加的功率Pstep和恒压源输出的电压Vdc决定，Istep=Pstep/Vdc；

（3）持续检测输入的直流电压值，由于输入电流增加超过限幅值，输入电压会下降，当输入电压下降了deltV时，说明参考电流Iref大于了Idcmax，停止增加输入电流，并记录此时的电流参考值Iref，将Iref -Istep作为最终的输入电流给定，由于直流源的输出电压恒定为Vdc，那么 CV源当前的输出功率为Vdc *（Iref -Istep），而CV源的最大功率为Vdc * Idcmax ，将上述综合可以得到CV源当前输出功率Po>（Vdc * Idcmax）-（Vdc * Istep）。

在上述所述步骤中，见图2，光伏并网系统的结构框图中，其中Vdc为恒压源，Vbus为前级的DC/DC电路（通常是boost电路）与后级的逆变电路的能量交换点，其电压Vbus通常是由后面的逆变器来控制的，正常工作时，逆变电路将其稳定在一个高于电网电压峰值的电压点，所以对于前面的boost电路来说，后面Vbus可以看做一个恒压源。如果将boost的开关s的驱动占空比记为D，当boost的输入电感电流连续的时候，输入Vdc与输出Vbus之间存在关系为：

Vdc = Vbus * ( 1 - D )                        (1)

      式(1)中Vdc为电压源的输入，前面分析Vbus在稳定工作时也可看做一个动态平衡的电压源，所以当系统稳定工作时，占空比D是一个固定的值。

      从控制环的系统框图中可以看出，参见图3，当boost电路的输入电流参考值iref增加到输入电压源的限流值Idcmax以后，如果继续增加电流的参考给定，由于CV源被限流不能输出更大的电流，则iref与iL之间存在差，则稳态工作的占空比就会在PI调节器的作用下增大，此时由于Vbus由后级逆变控制，所以仍然保持不动，根据公式(1)可知，则输入电压便会下降。

      在数字控制的电路中PI调节器的表达式为:

                 y(n) = y(n-1) + k₁* e(n) – k₂ * e(n-1)           (2)

      其中y(n)为PI调节器的当前输出量，e(n)为当前的输入误差量，y(n-1)为上一个计算周期的PI调机器的输出，e(n-1)为上一个计算周期的输入误差量；k₁ 和k₂调节器的参数，是两个已知的常量，由调节器的设计过程中决定。

      在图3中，占空比D为PI调节器的输出Vc经过一个三角载波Vtri比较环节得到，所以可以将D看做是式(2)中的y(n), 记为D(n)，图3中的ie看做式(2)中的e(n)，记为ie(n)；从图3中可以看出，

ie(n) = iref – iL                               (3)

      所以当电流参考给定iref大于Idcmax之后，

      D(n) = D(n-1) + k1 * ie(n) – k2 * ie(n-1)            (4)

      根据公式(1)可知，新的CV源输出电压

Vdc(n) = Vbus * ( 1 – D (n) )                     (5)

      在电压Vdc下降之前的Vdc(n-1) = Vdc，所以将公式(3)、(4)代入公式(5)中，并用式(1) - (5)可以得到输出的Vdc下降的值

      deltV = Vbus * k1 * ( iref - iL)               (6)

所以在前述发明内容的具体步骤的第（3）步过程中，检测到输出电压下降了式(6)中所示计算结果deltV的时候，即停止增加iref，并将（iref – deltI）做为最终的电流给定值，为了不让Vdc处在下降的边缘地带，可以将deltI选为2*Istep，即将iref的值减小2步。

Claims (2)

1.光伏逆变器在恒压源输入时的最大功率跟踪方法，其特征在于：包括以下步骤： 

(1)将CV源的电压设定为预定的工作电压Vdc，并根据具体现场需要的输出功率Pmax设置限流值流Idcmax＝Pmax/Vdc； 

(2)将输入电流从零开始增加，每隔时间Tstep，电流增加量Istep； 

(3)持续检测输入的直流电压值，由于输入电流增加超过限幅值，输入电压会下降，当输入电压下降了deltV时，停止增加输入电流，并记录此时的电流参考值Iref，将Iref-Istep作为最终的输入电流给定，CV源当前的输出功率为Vdc*(Iref-Istep)，CV源的最大功率为Vdc*Idcmax，则CV源当前输出功率Po＞(Vdc*Idcmax)-(Vdc*Istep)。 

2.根据权利要求1所述的光伏逆变器在恒压源输入时的最大功率跟踪方法，其特征在于：所述步骤(2)的Tstep为200ms，Istep的大小由每一步期望增加的功率Pstep和恒压源输出的电压Vdc决定，Istep＝Pstep/Vdc。 

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