CN103631309B - 单级式光伏逆变器的mppt控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单级式光伏逆变器的MPPT控制方法，采用两级PI调节器在单级式光伏逆变器中的DC-AC变换环节实现；其包括：按周期采样光伏电池板的输出电压平均值、输出电流平均值，并计算出光伏电池板的功率变化量ΔP和光伏电池板的电压变化量ΔU；将-(ΔP/ΔU)作为反馈量，0作为目标量分别赋值给第一级PI调节器而计算出其输出量；将光伏电池板的输出电压平均值作为反馈量，第一级PI调节器的输出量作为目标量分别赋值给第二级PI调节器而计算出其输出量；根据第二级PI调节器的输出量得出DC-AC变换环节的电流指令值来控制DC-AC变换环节。本发明的MPPT控制方法实现了无固定步长调节，更加智能化，并且环境适应性、抗干扰能力和鲁棒性更佳。

Description

单级式光伏逆变器的MPPT控制方法

技术领域

本发明涉及一种光伏逆变器的MPPT控制方法，尤其是一种适用于单级式光伏逆变器的MPPT控制方法。

背景技术

目前在光伏逆变器领域中，对其进行最大功率点追踪的MPPT控制方法通常为以下两种：

一、固定电压法：

由光伏电池板的特性可知，当温度一定时，其最大功率点分布在一固定电压的两侧，一般为0.78倍开路电压，如附图1所示。利用这一特性，让逆变器工作电压在PV开路电压的0.78倍时，即近视工作到最大功率点。

二、扰动观察法：

扰动观察法即利用电压扰动，观察功率，如附图2所示，这是并网逆变器中应用较多的一种方法，也称为爬山法，其周期性的变化PV电压，然后利用当前周期的电压V（n）和电流I（n）来计算此时的功率P（n），并与上一周期的功率P（n-1）相比较，若功率增大，则下一周期就相同方向继续变化PV电压，若功率减小，则下一周期就往相反方向变化PV电压。其中，传统的扰动观察法中每次PV电压的变化步长为固定值，此值的选取需兼顾光伏发电系统的动态响应和稳态控制精度。变步长的扰动观察法中每次PV电压的变化步长为根据功率变化情况确定的2到5个既定值。

对于固定电压法，由于环境温度等因数会影响到光伏电池板的最大功率点处的电压值，所以采用固定的电压方法就不能完全跟踪到光伏电池板的最大功率点，存在功率损失。

对于扰动观察法。一方面由于其扰动的步长是固定的，所以在最大功率点出会存功率的来回振荡，存在功率损失，并且在外界环境急剧变化时，有时候会存在误判的情况，从而不能跟踪到最大功率点；另一方面其扰动步长的选取对MPPT效率及跟踪速度影响较大，和系统的动态响应和稳态控制精度相关性较大，一般扰动步长需要工程整定，故适应性较差，不能达到任何环境最优化。

另外，传统的MPPT控制方法都是基于条件判断导向，其扰动量及扰动方向都是通过逻辑判断语句实现流程的控制，且传统的MPPT控制方法都是在两级式逆变器中DC-DC变换环节实现的，而对于大功率的逆变器而言，大多数都是单级式逆变器，即没有DC-DC变换环节，因而上述方法并不适用于单级式逆变器。

发明内容

本发明的目的是提供一种在单级式光伏逆变器的DC-AC变换环节中实现、具有良好抗干扰能力和鲁棒性的单级式光伏逆变器的MPPT控制方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种单级式光伏逆变器的MPPT控制方法，用于控制与光伏电池板相连接的单级式光伏逆变器以实现光伏电池板的最大功率点追踪，该方法采用两级PI调节器在单级式光伏逆变器中的DC-AC变换环节实现；其包括：

（1）按周期采样光伏电池板的输出电压平均值、输出电流平均值；

（2）根据当前周期所采样到的光伏电池板的输出电压平均值、输出电流平均值和前一周期所采集到的光伏电池板的输出电压平均值、输出电流平均值计算出光伏电池板的功率变化量ΔP和光伏电池板的电压变化量ΔU；

（3）将-(ΔP/ΔU)作为反馈量赋值给第一级所述的PI调节器，将0作为目标量赋值给第一级所述的PI调节器；

（4）计算得出第一级所述的PI调节器的输出量；

（5）将当前周期所采样得到的光伏电池板的输出电压平均值作为反馈量赋值给第二级所述的PI调节器，将第一级所述的PI调节器的输出量作为目标量赋值给第二级所述的PI调节器；

（6）计算得出第二级所述的PI调节器的输出量；

（7）根据第二级所述的PI调节器的输出量得出DC-AC变换环节的电流指令值；

（8）根据所述的DC-AC变换环节的电流指令值控制DC-AC变换环节。

步骤（2）中，光伏电池板的功率变化量

ΔP=Vpv[n]*Ipv[n]-Vpv[n-1]*Ipv[n-1]，

光伏电池板的电压变化量

ΔU=Vpv[n]-Vpv[n-1]，

其中，Vpv[n]为当前周期所采样到的光伏电池板的输出电压平均值，Ipv[n]为当前周期所采样到的光伏电池板的输出电流平均值，Vpv[n-1]为前一周期所采样到的光伏电池板的输出电压平均值，Ipv[n-1]为前一周期所采样到的光伏电池板的输出电流平均值。

步骤（7）中，DC-AC变换环节的电流指令值

IdRef=BusCtrlPi.Out+Vpv[n]*Ipv[n]*Ks，

其中，BusCtrlPi.Out为第二级所述的PI调节器的输出量，Ks为常量。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的MPPT控制方法引入了PI调节器替代传统方法中的逻辑判断功能，实现了无固定步长调节，更加智能化，并且环境适应性、抗干扰能力和鲁棒性更佳，适用于单级式光伏逆变器。

附图说明

附图1为光伏电池板的输出特性示意图。

附图2为现有的扰动观察法的流程图。

附图3为本发明的单级式光伏逆变器的MPPT控制方法的流程框图。

附图4为第一级PI调节器的算法框图。

附图5为第二级PI调节器的算法框图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：参见附图3所示，

一种用于控制与光伏电池板相连接的单级式光伏逆变器以实现光伏电池板的最大功率点追踪的单级式光伏逆变器的MPPT控制方法，采用两级抗积分饱和的PI调节器在单级式光伏逆变器中的DC-AC变换环节实现。

该方法包括如下步骤：

（1）按周期采样光伏电池板的输出电压平均值Vpv、输出电流平均值Ipv，定义当前周期采样所得到的光伏电池板的输出电压平均值为Vpv[n]，当前周期采样所得到的光伏电池板的输出电流平均值为Ipv[n]，则前一周期采样所得到的光伏电池板的输出电压平均值为Vpv[n-1]，前一周期采样所得到的光伏电池板的输出电流平均值为Ipv[n-1]。

（2）根据当前周期所采样到的光伏电池板的输出电压平均值Vpv[n]、输出电流平均值Ipv[n]和前一周期所采集到的光伏电池板的输出电压平均值Vpv[n-1]、输出电流平均值Ipv[n-1]计算出光伏电池板的功率变化量ΔP和光伏电池板的电压变化量ΔU：

ΔP=Vpv[n]*Ipv[n]-Vpv[n-1]*Ipv[n-1]

ΔU=Vpv[n]-Vpv[n-1]

（3）将-(ΔP/ΔU)作为反馈量MpptCtrlPi.Fdb赋值给第一级PI调节器，将0作为目标量MpptCtrlPi.Ref赋值给第一级PI调节器，第一级PI调节器的算法框图如附图4所示，其中Fdb代表其反馈量，Ref代表其目标量，Out代表其输出量。

（4）计算得出第一级PI调节器的输出量MpptCtrlPi.Out。

（5）将当前周期所采样得到的光伏电池板的输出电压平均值Vpv[n]作为反馈量BusCtrlPi.Fdb赋值给第二级PI调节器，将第一级PI调节器的输出量MpptCtrlPi.Out作为目标量BusCtrlPi.Ref赋值给第二级PI调节器，第二级PI调节器的算法框图如附图5所示，同样的，Fdb代表其反馈量，Ref代表其目标量，Out代表其输出量。

（6）计算得出第二级PI调节器的输出量BusCtrlPi.Out；

（7）根据第二级PI调节器的输出量BusCtrlPi.Out得出DC-AC变换环节的电流指令值IdRef：

IdRef=BusCtrlPi.Out+Vpv[n]*Ipv[n]*Ks

其中，Ks为常量。

（8）根据DC-AC变换环节的电流指令值控制DC-AC变换环节，从而实现对单级式光伏逆变器的MPPT控制。

该控制方法的原理如下：

由附图1所示的光伏电池板的固有特性可知：

当光伏电池板工作在最大功率点时，其功率变化量ΔP和电压变化量ΔU的比值ΔP/ΔV=0；

当光伏电池板工作在最大功率点左侧时，ΔP/ΔV>0；

当光伏电池板工作在最大功率点右侧时，ΔP/ΔV<0。

根据这一特性，引入抗积分饱和的PI调节器，把-(ΔP/ΔU)作为反馈量，0作为目标量进入PI调节器，PI调节器的输出为PV电压的参考Vref。根据PI调节器特性（如图4）可知：

当-(ΔP/ΔU)>0时，PI调节器会减小输出Vref；

当-(ΔP/ΔU)<0时，PI调节器会增加输出Vref；

当-(ΔP/ΔU)=0时，PI调节器会保持输出Vref。

从而通过两级PI调节器，最终会使光伏电池板工作到Vmpp处，追踪到最大功率点。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种单级式光伏逆变器的MPPT控制方法，用于控制与光伏电池板相连接的单级式光伏逆变器以实现光伏电池板的最大功率点追踪，其特征在于：该方法采用两级PI调节器在单级式光伏逆变器中的DC-AC变换环节实现；其包括：

（1）按周期采样光伏电池板的输出电压平均值、输出电流平均值；

（2）根据当前周期所采样到的光伏电池板的输出电压平均值、输出电流平均值和前一周期所采集到的光伏电池板的输出电压平均值、输出电流平均值计算出光伏电池板的功率变化量ΔP和光伏电池板的电压变化量ΔU；

（3）将-(ΔP/ΔU)作为反馈量赋值给第一级所述的PI调节器，将0作为目标量赋值给第一级所述的PI调节器；

（4）计算得出第一级所述的PI调节器的输出量；

（5）将当前周期所采样得到的光伏电池板的输出电压平均值作为反馈量赋值给第二级所述的PI调节器，将第一级所述的PI调节器的输出量作为目标量赋值给第二级所述的PI调节器；

（6）计算得出第二级所述的PI调节器的输出量；

（7）根据第二级所述的PI调节器的输出量得出DC-AC变换环节的电流指令值；

（8）根据所述的DC-AC变换环节的电流指令值控制DC-AC变换环节。

2.根据权利要求1所述的单级式光伏逆变器的MPPT控制方法，其特征在于：步骤（2）中，光伏电池板的功率变化量

ΔP=Vpv[n]*Ipv[n]-Vpv[n-1]*Ipv[n-1]，

光伏电池板的电压变化量

ΔU=Vpv[n]-Vpv[n-1]，

其中，Vpv[n]为当前周期所采样到的光伏电池板的输出电压平均值，Ipv[n]为当前周期所采样到的光伏电池板的输出电流平均值，Vpv[n-1]为前一周期所采样到的光伏电池板的输出电压平均值，Ipv[n-1]为前一周期所采样到的光伏电池板的输出电流平均值。

3.根据权利要求2所述的单级式光伏逆变器的MPPT控制方法，其特征在于：步骤（7）中，DC-AC变换环节的电流指令值

IdRef=BusCtrlPi.Out+Vpv[n]*Ipv[n]*Ks，

其中，BusCtrlPi.Out为第二级所述的PI调节器的输出量，Ks为常量。