CN103631308B - 基于无直流电流传感器微型光伏并网逆变器的跟踪算法 - Google Patents

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Abstract

基于无直流电流传感器微型光伏并网逆变器的跟踪算法，包括应用于设置在电网上的任意个微型光伏并网逆变器、并对所述微型光伏并网逆变器工作在采样周期的电流、电压参数变量进行捕捉采样，通过微型光伏并网逆变器的输出交流电流瞬时值和输出交流电压瞬时值，计算出太阳能电池板的功率也就是微型光伏并网逆变器的输入功率，而不需要直接采集直流电流值；本发明采用扰动观察法的同时，结合最大值滞环观察法，在尽量减少最大功率跟踪率损失的情况下，尽可能的使最大功率跟踪算法稳定；对于250W级别的微型光伏并网逆变器，可以实现静态最大功率跟踪率≥99.5%；并通过先进的软件方法，减少了微型光伏并网逆变器的硬件，提高了微型光伏并网逆变器的性价比。

Description

基于无直流电流传感器微型光伏并网逆变器的跟踪算法
技术领域
本发明涉及太阳能光伏并网发电领域，尤其涉及一种微型光伏并网逆变器的最大功率跟踪算法。
背景技术
太阳能作为一种取之不尽，用之不竭的新能源，正在产生越来越多的经济和社会效益，而光伏并网逆变器正是利用太阳能发电的重要工具之一，正在朝多种拓扑结构和多种工业等级的方向发展。由于传统的基于光伏组件串、并联的光伏并网系统，其结构缺乏系统的扩充性，且无法实现每块组件的最大功率点运行，若任一组件损坏，将会影响整个系统的正常工作，而且由于较高的直流电压还存在安全性和绝缘性的问题。单级式的微型光伏并网逆变器的出现则可以克服这些问题。微型光伏并网逆变器采用模块化技术，采用每一块光伏组件配一个逆变器的模式来组站，容易扩容，可以实现每块光伏组件的最大功率跟踪，而且一块光伏组件损坏或者是一个逆变器损坏，不会对电站的其它发电组件造成影响。
但是微型光伏并网逆变器也有自身的缺点，主要体现在相对成本较高，因此降低成本将是提高微型光伏并网逆变器性价比的重要因素所在，这也能大大提高微型光伏并网逆变器的应用场合，进一步推进其发展。采用本发明提供的最大功率算法，可以在不影响效率的前提下，减少微型光伏并网逆变器的元器件，这样即降低了成本也减少了产品的故障点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于无直流电流传感器微型光伏并网逆变器的最大功率跟踪算法，针对现有微型光伏并网逆变器的需要，在不影响转换效率的情况下，降低微型光伏并网逆变器的构造成本，从而提高微型光伏并网逆变器的性价比。
这实现上述目的所采用的技术方案如下：
提供一种基于无直流电流传感器微型光伏并网逆变器的算法，包括应用于设置在电网上的任意个微型光伏并网逆变器、并对所述微型光伏并网逆变器工作在采样周期的电流、电压参数变量进行捕捉采样，其特征在于：
它由以下步骤组成：
第一步：每个采样周期获取微型光伏并网逆变器的输出交流电流的瞬时值Io和输出交流电压的瞬时值Uo，然后得到输出的瞬时功率值Po=Io·Uo，并计算出输出的瞬时功率的平方值Po2=Po·Po；
第二步：计算输出的瞬时功率的平方值的累加和Po2SUM=Po2SUM+Po2，同时采样计数值ADCOUNT自增1；
第三步：在捕捉到每个电网的上升沿过零点时，此时采样正好过了一个电网周期，然后计算微型光伏并网逆变器的输出功率的有效值：
令Po2SUM=0，ADCOUNT=0；
第四步：在每个周期内，太阳能电池板功率等于交流输出功率加上微型光伏并网逆变器的损耗功率，即Pin=Pov+Ps，其中Pin为太阳能电池板功率即微型光伏并网逆变器的输入功率，Ps为微型光伏并网逆变器的转换损耗功率，该损耗功率主要与微型光伏并网逆变器的拓扑结构有关，对于反激单级式拓扑结构，其转换损耗功率一般为输入功率的5%左右，为了更准确的反应该关系，引入一个损耗参数Ks，即有Pin=Pov+Ks*Pin，得到：
由于在同一个电网周期内，在其他条件不变的情况下，功率损耗是几乎不变的，因此可以通过测量的方法，测量出不同输出功率范围下，微型光伏并网逆变器的损耗功率，即以Pov为横坐标，Ks为纵坐标绘制曲线关系图，然后采用多段拟合形成曲线关系，就可以在知道Pov的情况下，很容易计算出Ks，从而计算出Pin；
第五步：计算出Pin后，采用扰动观察法进行最大功率跟踪计算；
第六步：在第五步的计算过程中，如果采样的Pin大于当前的最大输入功率值PiMAX，那么就把本次采样的Pin值赋给PiMAX，然后采用最大值滞环观察法稳定最大功率跟踪，即：当PiMAX在一定时间内变化值小于Pi1，那么就认为MPPT已趋于稳定，此时记录下PiMAX对应的直流输入电压值UiMAX，并以此值作为后续控制的预设值，用公式表示如下：当?PiMAX<?Pi1时，UiSET=UiMAX；如果当Pin超出了所述?PiMAX<?Pi1范围，那么就回到第五步进行重新计算。
本发明具有如下特征和技术效果：
1、通过微型光伏并网逆变器的输出交流电流瞬时值和输出交流电压瞬时值，以一定的算法计算出太阳能电池板的功率也就是微型光伏并网逆变器的输入功率，而不需要直接采集直流电流值；
2、采用扰动观察法的同时，结合最大值滞环观察法，在尽量减少最大功率跟踪率损失的情况下，尽可能的使最大功率跟踪(MPPT)算法稳定。
3、对于250W级别的微型光伏并网逆变器，可以实现静态最大功率跟踪率≥99.5%。
本发明通过先进的软件方法，减少了微型光伏并网逆变器的硬件，但是对性能没有影响，从而达到了提高微型光伏并网逆变器性价比的目的，有利于微型光伏并网逆变器的市场推广。
附图说明
图1为本发明的最大功率跟踪MPPT算法流程示意图；
图2为本发明中Ks参数曲线图。
具体实施方式
下面结合附图描述本发明的实施例，显而易见，本发明并不限于以下实施例：
　　参见图1所示，提供一实施例，该实施例采用图1所示步骤运行，并适用于一款采用单级反激式拓扑结构的微型光伏并网逆变器，该逆变器最大输入功率为250W，硬件设计中没有采用直流电流传感器；
如图2所示，通过分段描点的方法，得出了Ks与该微型光伏并网逆变器输出功率的关系图，该图以逆变器输出功率的10%为分段，得出每一段的曲线计算公式，然后用插值法计算出任意输出功率点所对应的Ks值。
图1中符号注释如下:
Io为微型光伏并网逆变器输出交流电流瞬时值；Uo为微型光伏并网逆变器输出交流电压瞬时值；Po为微型光伏并网逆变器输出交流功率瞬时值；Po2为微型光伏并网逆变器输出交流功率瞬时值平方值；Po2SUM为微型光伏并网逆变器输出交流功率瞬时值一个周期内的平方和；ADCOUNT为一个周期内的采样次数；Pov为微型光伏并网逆变器输出交流功率的有效值；Ks为损耗系数；Flag1为最大功率跟踪稳定标志位；Pi为微型光伏并网逆变器直流输入功率；PiMAX为最大输入功率值；UiMAX为最大功率点对应的直流电压值；PiMAXPre为上一次的最大输入功率值；?PiMAX为最大输入功率变化值；?Pi1为最大值滞环值；Uiset为最大功率点对应直流电压设定值；
在周期采样中断里，每次都要采样Io和Uo，然后计算出瞬时功率值Po和微型光伏并网逆变器输出交流电压瞬时值一个周期内的平方和Po2SUM，同时ADCOUNT计数值加1,接着在每个电网周期中断里，计算微型光伏并网逆变器输出交流功率的有效值Pov，同时清零平方和Po2SUM以及计数值ADCOUNT，计算出Pin后，就可以采用扰动观察法进行最大功率跟踪计算了；如果采样的Pin大于当前的最大输入功率值PiMAX，那么就把本次采样的Pin值赋给PiMAX，然后采用最大值滞环观察法稳定最大功率跟踪，即：当PiMAX在一定时间内变化值小于Pi1，那么就认为MPPT已趋于稳定，此时记录下PiMAX对应的直流输入电压值UiMAX，并以此值作为后续控制的预设值；
Pi1的选择尤为主要，它既要保证最大功率跟踪的稳定性，又不能损失跟踪率，以本实施例为例，最大输入功率为250W，那么要想使最大功率跟踪率不小于99.5%，那么Pi1<250·0.005=1.25，所以这里选择Pi1等于1W；
Flag1标识是表示最大功率跟踪已趋于稳定了，因为当处于最大功率跟踪点时，最大功率点对应直流电压设定值Uiset的变化引起的最大功率变化值影响很小，对于微型光伏并网逆变器的功率来说更是小之又小，因此当最大功率跟踪处于稳定滞环区时，本实施案例忽略这种变化，令Flag1=1，Uiset=UiMAX不变，直到最大功率变化超出滞环区，再令Flag1=0，重新开始扰动观察法找到新的最大功率稳定区。
以上实施例虽然描述了本发明的技术方案和达到的技术效果，但本领域的技术人员在不改变本发明实质的基础上，也可对其变量测定的步骤或方式进行适应性修改，显而易见，具有本发明所述技术特征的基于无直流电流传感器微型光伏并网逆变器的跟踪算法均落入本专利保护范围。

Claims (4)

1.一种基于无直流电流传感器微型光伏并网逆变器的跟踪算法，包括应用于设置在电网上的任意个微型光伏并网逆变器、并对所述微型光伏并网逆变器工作在采样周期的电流、电压参数变量进行捕捉采样，其特征在于：
它由以下步骤组成：
第一步：每个采样周期获取微型光伏并网逆变器的输出交流电流的瞬时值Io和输出交流电压的瞬时值Uo，然后得到输出的瞬时功率值
Po=Io·Uo，并计算出输出的瞬时功率的平方值Po2=Po·Po；
第二步：计算输出的瞬时功率的平方值的累加和Po2SUM=Po2SUM+Po2，同时采样计数值ADCOUNT自增1；
第三步：在捕捉到每个电网的上升沿过零点时，此时采样正好过了一个电网周期，然后计算微型光伏并网逆变器的输出功率的有效值：
令Po2SUM=0，ADCOUNT=0；
第四步：在每个周期内，太阳能电池板功率等于交流输出功率加上微型光伏并网逆变器的损耗功率，即Pin=Pov+Ps，其中Pin为太阳能电池板功率即微型光伏并网逆变器的输入功率，Ps为微型光伏并网逆变器的转换损耗功率，引入损耗参数Ks，即有Pin=Pov+Ks*Pin，得到：
由于在同一个电网周期内，微型光伏并网逆变器功率损耗是几乎不变的，因此测量出不同输出功率范围下，微型光伏并网逆变器的损耗功率，即以Pov为横坐标，Ks为纵坐标绘制曲线关系图，然后经多段拟合形成曲线关系，就可以在知道Pov的情况下，计算出Ks，从而计算出Pin；
第五步：计算出Pin后进行最大功率跟踪计算；
第六步：在第五步的计算过程中，如果采样的Pin大于当前的最大输入功率值PiMAX，那么就把本次采样的Pin值赋给PiMAX，即：当PiMAX在一定时间内变化值小于Pi1，那么就认为MPPT已趋于稳定，此时记录下PiMAX对应的直流输入电压值UiMAX，并以此值作为后续控制的预设值，用公式表示如下：当?PiMAX<?Pi1时，UiSET=UiMAX；如果当Pin超出了所述?PiMAX<?Pi1范围，那么就回到第五步进行重新计算。
2.如权利要求1所述的基于无直流电流传感器微型光伏并网逆变器的跟踪算法，其特征在于：所述第五步采用扰动观察法进行最大功率跟踪计算。
3.如权利要求1所述的基于无直流电流传感器微型光伏并网逆变器的跟踪算法，其特征在于：所述第六步采用最大值滞环观察法稳定最大功率跟踪。
4.如权利要求1所述的基于无直流电流传感器微型光伏并网逆变器的跟踪算法，其特征在于：所述第四步的微型光伏并网逆变器采用反激单级式拓扑结构，其转换损耗功率为输入功率的5%。
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