CN104113079A - Mppt控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MPPT控制方法和系统，其中方法包括如下步骤：根据光伏系统中负载单元、负载侧换流器和网侧换流器的工作状态，对负载单元和光伏系统中电网单元进行功率预测，得到光伏系统中光伏单元的预测功率；根据动态负载跟踪MPPT自适应步长控制法，对光伏单元的输出功率进行最大功率点跟踪。其通过从整个光伏系统(包括负载单元、电网单元和光伏单元)出发，得到对光伏单元的最大功率点跟踪的步长选择值。根据得到的步长选择值对光伏单元进行动态负载跟踪MPPT自适应步长控制，保证了在外界环节变化及光伏系统能量变化时快速稳定精确的对光伏单元进行MPPT寻优，有效地解决了现有的MPPT未结合整个光伏系统进行寻优设计的问题。

Description

MPPT控制方法和系统

技术领域

本发明涉及光伏领域，特别是涉及一种MPPT控制方法和系统。

背景技术

光伏发电系统中，光伏电池的利用率除了与光伏阵列的内部特性有关，还受外界条件(如：光照强度、负载和温度)等因素的影响。在不同的外界条件下，光伏阵列可运行在不同且惟一的最大功率点上。为了保证光伏发电系统能够在任意光照强度和温度下始终保持最大功率跟踪，通常需要对光伏电池进行最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)。

目前，常用的MPPT有定电压跟踪法、短路电流比例系数法、扰动观测法、电导增量法、模糊控制法、和人工神经网络控制法等。其中，定电压跟踪法及短路电流比例系数法控制简单快速，但对外界环境变化适应性较差。扰动观测法控制简单，被测参数少，工程上常采用该方法，但其稳态精度较低。模糊控制法及人工神经网络控制法设计过程及算法复杂度较高，实现相对较难。因此，现有的MPPT，无论是在对外界环境变化的适应度、成本、实现难易程度和稳态精度上都不能达到很好的平衡。并且，现有的MPPT均未结合整个光伏系统进行MPPT寻优设计。

发明内容

基于此，有必要针对现有的MPPT在对外界环境变化的适应度、成本、实现难易程度和稳态精度上不能达到很好的平衡，且均未结合整个光伏系统进行寻优设计的问题，提供一种MPPT控制方法和系统。

为实现本发明目的提供的一种MPPT控制方法，包括如下步骤：

根据光伏系统中负载单元、负载侧换流器和网侧换流器的工作状态，对所述负载单元和所述光伏系统中电网单元进行功率预测，得到所述光伏系统中光伏单元的预测功率；

根据动态负载跟踪MPPT自适应步长控制法，对所述光伏单元的输出功率进行最大功率点跟踪。

在其中一个实施例中，所述根据光伏系统中负载单元、负载侧换流器和网侧换流器的工作状态，对所述负载单元和所述光伏系统中电网单元进行功率预测，得到所述光伏系统中光伏单元的预测功率，包括如下步骤：

根据三相静止坐标系到同步旋转坐标系的变换矩阵，得到所述负载单元和所述电网单元的电压和电流在所述同步旋转坐标系下的表达式；

分别根据所述负载单元和所述电网单元的电压和电流在所述同步旋转坐标系下的表达式，以及瞬时有功功率和瞬时无功功率的定义，计算得到所述负载单元和所述电网单元的所述瞬时有功功率和所述瞬时无功功率；

根据所述负载单元和所述电网单元的所述瞬时有功功率和所述瞬时无功功率，分别得到所述负载单元和所述电网单元的预测功率；

根据所述负载单元和所述电网单元的预测功率，以及所述光伏系统中所述光伏单元、所述负载单元和所述电网单元之间的能量平衡关系，得到所述光伏单元的预测功率。

在其中一个实施例中，所述根据动态负载跟踪MPPT自适应步长控制法，对所述光伏单元的输出功率进行最大功率点跟踪，包括如下步骤：

根据所述负载单元、所述电网单元及所述光伏单元的预测功率，和所述光伏阵列的输出特性及电导增量法，得到所述光伏单元最大功率点跟踪的步长选择值；

根据所述步长选择值，对所述光伏单元的输出功率进行动态负载跟踪MPPT自适应步长控制，实现所述光伏单元的最大功率点输出。

在其中一个实施例中，所述根据所述步长选择值，对所述光伏单元的输出功率进行动态负载跟踪MPPT自适应步长控制，实现所述光伏单元的最大功率点输出，包括如下步骤：

根据所述光伏单元的输出电压和输出电流，判断所述光伏单元的输出电导的变化量和所述光伏单元的输出电导的负值的关系；

根据所述输出电导的变化量与所述输出电导的负值的关系，控制所述光伏单元的输出电压指令值，进而控制所述光伏单元的输出功率。

在其中一个实施例中，所述根据所述输出电导的变化量与所述输出电导的负值的关系，控制所述光伏单元的输出电压指令值，进而控制所述光伏单元的输出功率，包括如下步骤：

判断所述输出电导的变化量是否等于所述输出电导的负值；

当所述输出电导的变化量等于所述输出电导的负值时，控制所述光伏单元的输出电压指令值保持当前输出电压不变，从而控制所述光伏单元的输出功率；

当所述输出电导的变化量不等于所述输出电导的负值时，根据所述输出电导的变化量与所述输出电导的负值的大小关系，控制所述光伏单元的输出电压指令值以所述步长选择值为间隔增大或减小。

在其中一个实施例中，所述当所述输出电导的变化量不等于所述输出电导的负值时，包括如下步骤：

判断所述输出电导的变化量是否大于所述输出电导的负值；

当所述输出电导的变化量大于所述输出电导的负值时，控制所述光伏单元的输出电压指令值为：所述当前输出电压+所述步长选择值，并进行差值判断计算后，控制所述光伏单元的输出功率；

当所述输出电导的变化量小于所述输出电导的负值时，控制所述光伏单元的输出电压指令值为：所述当前输出电压－所述步长选择值，并进行所述差值判断计算后，控制所述光伏单元的输出功率。

在其中一个实施例中，所述根据所述光伏单元的输出电压和输出电流，判断所述光伏单元的输出电导的变化量和所述光伏单元的输出电导的负值的关系，包括如下步骤：

分别对所述光伏单元的输出电压和输出电流进行采样；

判断当前时刻采集的输出电压与上一时刻采集的输出电压的电压差值；

当所述电压差值不为零时，判断所述光伏单元的输出电导的变化量和所述光伏单元的输出电导的负值的关系。

在其中一个实施例中，所述判断当前时刻采集的输出电压与上一时刻采集的输出电压的电压差值，还包括如下步骤：

当所述电压差值为零时，判断当前时刻采集到的输出电流与上一时刻采集到的输出电流的电流差值；

当所述电流差值为零时，控制所述光伏单元的输出电压指令值保持所述当前输出电压不变，进而控制所述光伏单元的输出功率；

当所述电流差值不为零时，根据所述电流差值与零的关系，控制所述光伏单元的输出电压指令值以所述步长选择值为间隔增大或减小。

在其中一个实施例中，所述当所述电流差值不为零时，根据所述电流差值与零的关系，控制所述光伏单元的输出电压指令值以所述步长选择值为间隔增大或减小，包括如下步骤：

判断所述电流差值是否大于零；

当所述电流差值大于零时，控制所述光伏单元的输出电压指令值为：所述当前输出电压+所述步长选择值后，进行所述差值判断计算，控制所述光伏单元的输出功率；

当所述电流差值小于零时，控制所述光伏单元的输出电压指令值为：所述当前输出电压－所述步长选择值后，进行所述差值判断计算，控制所述光伏单元的输出功率。

相应的，为实现上述任一种MPPT控制方法，本发明还提供了一种MPPT控制系统，包括MPPT控制器；所述MPPT控制器分别与光伏系统中的负载单元、电网单元和光伏单元连接，包括功率预测模块和最大功率点跟踪模块；

所述光伏单元的输出端分别与所述负载单元的负载侧换流器的输入端和所述电网单元的网侧换流器的输入端电连接；

所述负载侧换流器的输入端与所述网侧换流器的输入端电连接；

所述功率预测模块，用于根据所述负载单元、所述负载侧换流器和所述网侧换流器的工作状态，对所述负载单元和所述电网单元进行功率预测，得到所述光伏单元的预测功率；

所述最大功率点跟踪模块，用于根据动态负载跟踪MPPT自适应步长控制法，对所述光伏单元的输出功率进行最大功率点跟踪。

在其中一个实施例中，所述功率预测模块包括第一计算单元、第二计算单元、第三计算单元和第四计算单元；

所述第一计算单元，用于根据三相静止坐标系到同步旋转坐标系的变换矩阵，得到所述负载单元和所述电网单元的电压和电流在所述同步旋转坐标系下的表达式；

所述第二计算单元，用于分别根据所述负载单元和所述电网单元的电压和电流在所述同步旋转坐标系下的表达式，以及瞬时有功功率和瞬时无功功率的定义，计算得到所述负载单元和所述电网单元的所述瞬时有功功率和所述瞬时无功功率；

所述第三计算单元，用于根据所述负载单元和所述电网单元的所述瞬时有功功率和所述瞬时无功功率，分别得到所述负载单元和所述电网单元的预测功率；

所述第四计算单元，用于根据所述负载单元和所述电网单元的预测功率，以及所述光伏系统中的所述光伏单元、所述负载单元和所述电网单元之间的能量平衡关系，得到所述光伏单元的预测功率。

在其中一个实施例中，所述最大功率点跟踪模块包括步长选择值计算单元和控制单元；

所述步长选择值计算单元，用于根据所述负载单元、所述电网单元及所述光伏单元的预测功率值，和所述光伏阵列的输出特性及电导增量法，得到所述光伏单元最大功率点跟踪的步长选择值；

所述控制单元，用于根据所述步长选择值，对所述光伏单元的输出功率进行动态负载跟踪MPPT自适应步长控制，实现所述光伏单元的最大功率点输出。

上述MPPT控制方法和系统的有益效果：通过根据光伏系统中的负载单元、负载侧换流器和网侧换流器的工作状态，对负载单元和光伏系统中的电网单元进行功率预测，得到光伏系统中的光伏单元的预测功率。并根据动态负载跟踪MPPT自适应步长控制法，对光伏单元的输出功率进行最大功率点跟踪。其通过从整个光伏系统(包括负载单元、电网单元和光伏单元)出发，根据光伏系统中的负载单元、负载侧换流器和网侧换流器的工作状态，对负载单元和电网单元进行功率预测，得到光伏单元的预测功率，从而得到对光伏单元的最大功率点跟踪的步长选择值。根据得到的步长选择值对光伏单元进行动态负载跟踪MPPT自适应步长控制，实现光伏单元的输出功率为最大输出功率的目的。保证了在外界环节变化及光伏系统能量变化时快速稳定精确的对光伏单元进行MPPT寻优，有效地解决了现有的MPPT在对外界环境变化的适应度、成本、实现难易程度和稳态精度上不能达到很好的平衡，且均未结合整个光伏系统进行寻优设计的问题。

附图说明

图1为光伏系统拓扑图；

图2为光伏系统能量流动示意图；

图3为对光伏系统中光伏单元进行动态负载跟踪MPPT自适应步长控制环路框图；

图4为对光伏系统中光伏单元进行动态负载跟踪MPPT自适应步长控制流程图。

具体实施方式

为使本发明技术方案更加清楚，以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。

参见图1，作为本发明一具体实施例应用的光伏系统的拓扑图，包括负载单元、电网单元和光伏单元。

其中，光伏单元的输出端分别与负载单元的负载侧换流器(AC-DC)的输入端和电网单元的网侧换流器(DC-AC)的输入端电连接。

负载侧换流器(AC-DC)的输入端与网侧换流器(DC-AC)的输入端电连接。

基于上述光伏系统，设计一种MPPT控制方法，包括如下步骤：

步骤S100，根据光伏系统中负载单元、负载侧换流器(AC-DC)和网侧换流器(DC-AC)的工作状态，对负载单元和光伏系统中电网单元进行功率预测，得到光伏系统中光伏单元的预测功率。

步骤S200，根据动态负载跟踪MPPT自适应步长控制法，对光伏单元的输出功率进行最大功率点跟踪。

其通过从整个光伏系统(包括负载单元、电网单元和光伏单元)出发，根据光伏系统中的负载单元、负载侧换流器(AC-DC)和网侧换流器(DC-AC)的工作状态，对负载单元和电网单元进行功率预测，得到光伏单元的预测功率值，从而得到对光伏单元的最大功率点跟踪的步长选择值。实现了步长选择值随外界环境的变化及光伏直驱系统的能量的变化而变化。

同时，根据得到的步长选择值对光伏单元进行动态负载跟踪MPPT自适应步长控制，实现光伏单元的输出功率为最大输出功率的目的。保证了在外界环节变化及光伏系统能量变化时，仍能够快速稳定精确的对光伏单元进行MPPT寻优。有效地解决了现有的MPPT在对外界环境变化的适应度、成本、实现难易程度和稳态精度上不能达到很好的平衡，且均未结合整个光伏系统进行寻优设计的问题。

由于光伏系统中的电网单元、负载单元均可视为三相正弦子系统，可通过坐标变换对其瞬时功率进行求解。因此，对光伏系统中光伏单元、负载单元和电网单元的功率预测可通过根据三相静止坐标系到同步旋转坐标系的变换矩阵，以及瞬时有功功率和瞬时无功功率的定义，分别得到负载单元、电网单元及光伏单元的预测功率。具体的：

根据三相静止坐标系(abc坐标系)到同步旋转坐标系(dq坐标系)的变换矩阵T_abc/dq:

将三相abc静止坐标系中的矢量U_abc和I_abc变换到两相旋转dq坐标系后，得到在dq坐标系下U_dq和I_dq表达式为：

$U_{\mathrm{dq}}=\left[\begin{array}{c}{u}_d\\ u_q\end{array}\right],I_{\mathrm{dq}}=\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]---\left(2\right)$

根据瞬时有功功率和瞬时无功功率的定义，得到基于dq坐标系下的瞬时有功功率p和瞬时无功功率q的计算式分别为：

p＝U_dq·I_dq＝u_di_d+u_qi_q  (3)

q＝|U_dq*I_dq|＝u_qi_d-u_di_q  (4)

其中，p为瞬时有功功率，q为瞬时无功功率。瞬时有功功率和瞬时无功功率计算所涉及到的电流矢量和电压矢量可以通过检测及数值计算得到。

根据负载单元和电网单元的瞬时有功功率和瞬时无功功率的计算公式，可以得知电网单元和负载单元在下一时刻的预测功率分别为：

又由于光伏系统中负载单元、电网单元和光伏单元之间存在着能量平衡关系，参见图2，以图2中所示能量方向为正方向，忽略电网单元的网侧换流器(DC-AC)损耗、负载单元的负载侧换流器(AC-DC)损耗及其他损耗，可知三个单元(光伏单元、负载单元和电网单元)之间始终存在如下所示的能量平衡关系：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{dc}}=V_{\mathrm{pv}}\\ P_{\mathrm{load}}=P_{\mathrm{pv}}+P_{\mathrm{grid}}\\ i_{\mathrm{dc}\_\mathrm{load}}=i_{\mathrm{dc}\_\mathrm{grid}}+i_{\mathrm{pv}}\end{array}\right.---\left(5\right)$

因此，根据上述能量平衡关系，以及电网单元和负载单元在下一时刻的预测功率，可以得知光伏单元在下一时刻的预测功率为：

$\frac{{\mathrm{dP}}_{\mathrm{pv}}}{\mathrm{dt}}\≈\frac{P_{\mathrm{pv}}^{*}-P_{\mathrm{pv}}}{T_{\mathrm{samp}}}---\left(6\right)$

其中，T_samp为离散控制系统的采样时间；P_pv为当前时刻光伏单元的输出功率；为下一时刻光伏单元的预测功率。

得到负载单元、电网单元及光伏单元的预测功率后，对光伏单元进行动态负载跟踪MPPT自适应步长控制，实现光伏单元的最大功率点输出。

对光伏单元进行动态负载跟踪MPPT自适应步长控制时，需要选定步长选择值。选定步长选择值的过程可为：

根据光伏阵列的输出特性以及电导增量法有：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{dP}}_{\mathrm{pv}}}{{\mathrm{dU}}_{\mathrm{pv}}}=I_{\mathrm{pv}}+U_{\mathrm{pv}}\frac{{\mathrm{dI}}_{\mathrm{pv}}}{{\mathrm{dU}}_{\mathrm{pv}}}\\ \frac{{\mathrm{dI}}_{\mathrm{pv}}}{{\mathrm{dU}}_{\mathrm{pv}}}=-\frac{q}{\mathrm{AKT}}(I_{\mathrm{ph}}+I_{\mathrm{sat}}-I)\end{array}\right.---\left(7\right)$

其中，A为常数因子，其取值范围为1—1.5；K为玻尔兹曼参数；T为绝对温度；I_ph为光伏阵列的光生电流；I_sat为光伏阵列在没有光照时等效二极管的反向饱和电流；I_pv为光伏单元的输出电流；U_pv为光伏单元的输出电压。

$\frac{{\mathrm{dI}}_{\mathrm{pv}}}{{\mathrm{dU}}_{\mathrm{pv}}}=-\frac{q}{\mathrm{ALT}}(I_{\mathrm{ph}}+I_{\mathrm{sat}}-I)$ 可视为一恒定值，因此：

$\frac{{\mathrm{dI}}_{\mathrm{pv}}}{{\mathrm{dU}}_{\mathrm{pv}}}=-\frac{q}{\mathrm{ALT}}(I_{\mathrm{ph}}+I_{\mathrm{sat}}-I)=\mathrm{Interf}.---\left(8\right)$

由此，将式(8)代入式(7)，得到：

$\frac{{\mathrm{dP}}_{\mathrm{pv}}}{\mathrm{dt}}=I_v\frac{{\mathrm{dU}}_{\mathrm{pv}}}{\mathrm{dt}}-\mathrm{Interf}.---\left(9\right)$

$\frac{{\mathrm{dU}}_{\mathrm{pv}}}{\mathrm{dt}}=(K_p+\frac{K_i}{s})\frac{{\mathrm{dP}}_{\mathrm{pv}}}{\mathrm{dt}}-\mathrm{Interf}.---\left(10\right)$

根据式(9)可设计光伏单元的动态负载跟踪MPPT自适应步长控制环路，参见图3。

其中，K_p为对与的差值进行PI调节时的比例系数。

K_i为对与的差值进行PI调节时的积分系数。

s为复数变量。

由式(10)即可得知对光伏单元进行动态负载跟踪MPPT自适应步长控制时的步长选择值。

其通过从整个光伏直驱系统(包括负载单元、电网单元和光伏单元)出发，根据光伏系统中的负载单元、负载侧换流器(AC-DC)和网侧换流器(DC-AC)的工作状态，对负载单元和电网单元进行功率预测，得到光伏单元的预测功率值，从而得到对光伏单元的最大功率点跟踪的步长选择值。根据得到的步长选择值对光伏单元进行动态负载跟踪MPPT自适应步长控制，实现光伏单元的输出功率为最大输出功率的目的。保证了在外界环节变化及光伏系统能量变化时快速稳定精确的对光伏单元进行MPPT寻优。

由于光伏阵列的输出特性为非线性直流曲线，其存在唯一的MPP，且该MPP随外界环境的变化而变化。因此，需要实时调整光伏阵列的参数，使得光伏阵列与负载保持为最佳匹配，实现光伏单元的最大功率点输出。

根据光伏阵列的输出特性曲线，可知光伏单元的输出功率为MPP时，其输出电导的变化量等于输出电导的负值。因此，可通过判断光伏单元的输出电导的变化量和光伏单元的输出电导的负值的关系，进而控制光伏单元的输出电压指令值，实现光伏单元的最大功率点输出。

具体的：参见图4，当判断出光伏单元的输出电导的变化量等于其输出电导的负值(即)时，表明此时光伏单元的输出功率为最大输出功率。因此，控制光伏单元的输出电压指令值V_ref保持为当前输出电压V₁不变(即V_ref＝V₁)，控制光伏单元的输出功率为当前输出功率即可。

当判断出光伏单元的输出电导的变化量不等于其输出电导的负值时，则需要进一步根据输出电导的变化量与输出电导的负值的大小关系，控制光伏单元的输出电压指令值V_ref以步长选择值V_step为间隔增大或减小，来实现光伏单元的最大功率点输出。

作为一种可实施方式，通过判断输出电导的变化量是否大于输出电导的负值(即)。当输出电导的变化量大于输出电导的负值时，控制光伏单元的输出电压指令值V_ref为：当前输出电压V₁+步长选择值V_step(即V_ref＝V₁+V_step)，并进行差值判断计算后，控制光伏单元的输出功率。

当输出电导的变化量小于输出电导的负值时，控制光伏单元的输出电压指令值V_ref为：当前输出电压V₁-步长选择值V_step(即V_ref＝V₁-V_step)，并进行差值判断计算后，控制光伏单元的输出功率。

其中，在对光伏单元的输出电导的变化量和光伏单元的输出电导的负值的关系进行判断之前，还包括如下步骤：

分别对光伏单元的输出电压和输出电流进行采样。

判断当前时刻采集的输出电压与上一时刻采集的输出电压的电压差值ΔU

当电压差值ΔU不为零时，判断光伏单元的输出电导的变化量和光伏单元的输出电导的负值的关系。

当电压差值ΔU为零时，判断当前时刻采集到的输出电流与上一时刻采集到的输出电流的电流差值ΔI。

当电流差值ΔI为零时，说明光伏单元的阻抗与负载单元的阻抗相一致，光伏单元的输出功率不变，为最大功率点输出。因此，控制光伏单元的输出电压指令值V_ref保持当前输出电压V₁不变(即V_ref＝V₁)。

当电流差值ΔI不为零时，表明光伏单元的输入功率有变化，因此需要对光伏单元进行调整。通过判断电流差值ΔI是否大于零，当电流差值ΔI大于零时，表明光伏单元的输入功率变大，相应的，其输出电压增大。因此，控制光伏单元的输出电压指令值V_ref为：当前输出电压V₁+步长选择值V_step(即V_ref＝V₁+V_step)。并进行差值判断计算后，控制光伏单元的输出功率为最大功率点输出。

当电流差值ΔI小于零时，表明光伏单元的输入功率减小，相应的，其输出电压减小，因此，控制光伏单元的输出电压指令值V_ref为：当前输出电压V₁-步长选择值V_step(即V_ref＝V₁-V_step)。并进行差值判断计算后，控制光伏单元的输出功率为最大功率点输出。

通过上述动态负载跟踪MPPT自适应步长控制光伏单元的输出功率，使得光伏单元的输出功率时刻保持为最大输出功率。其中，通过步长选择值的自适应调整，实现了步长选择值随外界环境的变化及光伏直驱系统的能量的变化而变化，保证了在外界环境变化和光伏直驱系统能量变化时仍能够快速稳定且精确的进行光伏单元的MPPT寻优。

相应的，为实现上述任一种MPPT控制方法，本发明还提供了一种MPPT控制系统。由于本发明提供的MPPT控制系统的工作原理与MPPT控制方法原理相同或相似，因此重复之处不再赘述。

作为本发明提供的一种MPPT控制系统，包括MPPT控制器；MPPT控制器分别与光伏系统中的负载单元、电网单元和光伏单元连接，包括功率预测模块和最大功率点跟踪模块。

光伏单元的输出端分别与负载单元的负载侧换流器的输入端和电网单元的网侧换流器的输入端电连接。

负载侧换流器的输入端与网侧换流器的输入端电连接。

功率预测模块，用于根据负载单元、负载侧换流器和网侧换流器的工作状态，对负载单元和电网单元进行功率预测，得到光伏单元的预测功率值。

最大功率点跟踪模块，用于根据动态负载跟踪MPPT自适应步长控制法，对光伏单元的输出功率进行最大功率点跟踪。

其中，功率预测模块包括第一计算单元、第二计算单元、第三计算单元和第四计算单元。

第一计算单元，用于根据三相静止坐标系到同步旋转坐标系的变换矩阵，得到负载单元和电网单元的电压和电流在同步旋转坐标系下的表达式。

第二计算单元，用于分别根据负载单元和电网单元的电压和电流在同步旋转坐标系下的表达式，以及瞬时有功功率和瞬时无功功率的定义，计算得到负载单元和电网单元的瞬时有功功率和瞬时无功功率。

第三计算单元，用于根据负载单元和电网单元的瞬时有功功率和瞬时无功功率，分别得到负载单元和电网单元的预测功率。

第四计算单元，用于根据负载单元和电网单元的预测功率，以及光伏系统中的光伏单元、负载单元和电网单元之间的能量平衡关系，得到光伏单元的预测功率。

其中，最大功率点跟踪模块包括步长选择值计算单元和控制单元。

步长选择值计算单元，用于根据负载单元、电网单元及光伏单元的预测功率，和光伏阵列的输出特性及电导增量法，得到光伏单元最大功率点跟踪的步长选择值。

控制单元，用于根据步长选择值，对光伏单元的输出功率进行动态负载跟踪MPPT自适应步长控制，实现光伏单元的最大功率点输出。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种MPPT控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据光伏系统中负载单元、负载侧换流器和网侧换流器的工作状态，对所述负载单元和所述光伏系统中电网单元进行功率预测，得到所述光伏系统中光伏单元的预测功率；

根据动态负载跟踪MPPT自适应步长控制法，对所述光伏单元的输出功率进行最大功率点跟踪。

2.根据权利要求1所述的MPPT控制方法，其特征在于，所述根据光伏系统中负载单元、负载侧换流器和网侧换流器的工作状态，对所述负载单元和所述光伏系统中电网单元进行功率预测，得到所述光伏系统中光伏单元的预测功率，包括如下步骤：

根据三相静止坐标系到同步旋转坐标系的变换矩阵，得到所述负载单元和所述电网单元的电压和电流在所述同步旋转坐标系下的表达式；

分别根据所述负载单元和所述电网单元的电压和电流在所述同步旋转坐标系下的表达式，以及瞬时有功功率和瞬时无功功率的定义，计算得到所述负载单元和所述电网单元的所述瞬时有功功率和所述瞬时无功功率；

根据所述负载单元和所述电网单元的所述瞬时有功功率和所述瞬时无功功率，分别得到所述负载单元和所述电网单元的预测功率；

根据所述负载单元和所述电网单元的预测功率，以及所述光伏系统中所述光伏单元、所述负载单元和所述电网单元之间的能量平衡关系，得到所述光伏单元的预测功率。

3.根据权利要求1所述的MPPT控制方法，其特征在于，所述根据动态负载跟踪MPPT自适应步长控制法，对所述光伏单元的输出功率进行最大功率点跟踪，包括如下步骤：

根据所述负载单元、所述电网单元及所述光伏单元的预测功率，和所述光伏阵列的输出特性及电导增量法，得到所述光伏单元最大功率点跟踪的步长选择值；

根据所述步长选择值，对所述光伏单元的输出功率进行动态负载跟踪MPPT自适应步长控制，实现所述光伏单元的最大功率点输出。

4.根据权利要求3所述的MPPT控制方法，其特征在于，所述根据所述步长选择值，对所述光伏单元的输出功率进行动态负载跟踪MPPT自适应步长控制，实现所述光伏单元的最大功率点输出，包括如下步骤：

根据所述光伏单元的输出电压和输出电流，判断所述光伏单元的输出电导的变化量和所述光伏单元的输出电导的负值的关系；

根据所述输出电导的变化量与所述输出电导的负值的关系，控制所述光伏单元的输出电压指令值，进而控制所述光伏单元的输出功率。

5.根据权利要求4所述的MPPT控制方法，其特征在于，所述根据所述输出电导的变化量与所述输出电导的负值的关系，控制所述光伏单元的输出电压指令值，进而控制所述光伏单元的输出功率，包括如下步骤：

判断所述输出电导的变化量是否等于所述输出电导的负值；

当所述输出电导的变化量等于所述输出电导的负值时，控制所述光伏单元的输出电压指令值保持当前输出电压不变，从而控制所述光伏单元的输出功率；

当所述输出电导的变化量不等于所述输出电导的负值时，根据所述输出电导的变化量与所述输出电导的负值的大小关系，控制所述光伏单元的输出电压指令值以所述步长选择值为间隔增大或减小。

6.根据权利要求5所述的MPPT控制方法，其特征在于，所述当所述输出电导的变化量不等于所述输出电导的负值时，包括如下步骤：

判断所述输出电导的变化量是否大于所述输出电导的负值；

当所述输出电导的变化量大于所述输出电导的负值时，控制所述光伏单元的输出电压指令值为：所述当前输出电压+所述步长选择值，并进行差值判断计算后，控制所述光伏单元的输出功率；

当所述输出电导的变化量小于所述输出电导的负值时，控制所述光伏单元的输出电压指令值为：所述当前输出电压－所述步长选择值，并进行所述差值判断计算后，控制所述光伏单元的输出功率。

7.根据权利要求6所述的MPPT控制方法，其特征在于，所述根据所述光伏单元的输出电压和输出电流，判断所述光伏单元的输出电导的变化量和所述光伏单元的输出电导的负值的关系，包括如下步骤：

分别对所述光伏单元的输出电压和输出电流进行采样；

判断当前时刻采集的输出电压与上一时刻采集的输出电压的电压差值；

当所述电压差值不为零时，判断所述光伏单元的输出电导的变化量和所述光伏单元的输出电导的负值的关系。

8.根据权利要求7所述的MPPT控制方法，其特征在于，所述判断当前时刻采集的输出电压与上一时刻采集的输出电压的电压差值，还包括如下步骤：

当所述电压差值为零时，判断当前时刻采集到的输出电流与上一时刻采集到的输出电流的电流差值；

当所述电流差值为零时，控制所述光伏单元的输出电压指令值保持所述当前输出电压不变，进而控制所述光伏单元的输出功率；

当所述电流差值不为零时，根据所述电流差值与零的关系，控制所述光伏单元的输出电压指令值以所述步长选择值为间隔增大或减小。

9.根据权利要求8所述的MPPT控制方法，其特征在于，所述当所述电流差值不为零时，根据所述电流差值与零的关系，控制所述光伏单元的输出电压指令值以所述步长选择值为间隔增大或减小，包括如下步骤：

判断所述电流差值是否大于零；

当所述电流差值大于零时，控制所述光伏单元的输出电压指令值为：所述当前输出电压+所述步长选择值后，进行所述差值判断计算，控制所述光伏单元的输出功率；

当所述电流差值小于零时，控制所述光伏单元的输出电压指令值为：所述当前输出电压－所述步长选择值后，进行所述差值判断计算，控制所述光伏单元的输出功率。

10.一种MPPT控制系统，其特征在于，包括MPPT控制器；所述MPPT控制器分别与光伏系统中的负载单元、电网单元和光伏单元连接，包括功率预测模块和最大功率点跟踪模块；

所述光伏单元的输出端分别与所述负载单元的负载侧换流器的输入端和所述电网单元的网侧换流器的输入端电连接；

所述负载侧换流器的输入端与所述网侧换流器的输入端电连接；

所述功率预测模块，用于根据所述负载单元、所述负载侧换流器和所述网侧换流器的工作状态，对所述负载单元和所述电网单元进行功率预测，得到所述光伏单元的预测功率；

所述最大功率点跟踪模块，用于根据动态负载跟踪MPPT自适应步长控制法，对所述光伏单元的输出功率进行最大功率点跟踪。

11.根据权利要求10所述的MPPT控制系统，其特征在于，所述功率预测模块包括第一计算单元、第二计算单元、第三计算单元和第四计算单元；

所述第一计算单元，用于根据三相静止坐标系到同步旋转坐标系的变换矩阵，得到所述负载单元和所述电网单元的电压和电流在所述同步旋转坐标系下的表达式；

所述第二计算单元，用于分别根据所述负载单元和所述电网单元的电压和电流在所述同步旋转坐标系下的表达式，以及瞬时有功功率和瞬时无功功率的定义，计算得到所述负载单元和所述电网单元的所述瞬时有功功率和所述瞬时无功功率；

所述第三计算单元，用于根据所述负载单元和所述电网单元的所述瞬时有功功率和所述瞬时无功功率，分别得到所述负载单元和所述电网单元的预测功率；

所述第四计算单元，用于根据所述负载单元和所述电网单元的预测功率，以及所述光伏系统中的所述光伏单元、所述负载单元和所述电网单元之间的能量平衡关系，得到所述光伏单元的预测功率。

12.根据权利要求10所述的MPPT控制系统，其特征在于，所述最大功率点跟踪模块包括步长选择值计算单元和控制单元；

所述步长选择值计算单元，用于根据所述负载单元、所述电网单元及所述光伏单元的预测功率，和所述光伏阵列的输出特性及电导增量法，得到所述光伏单元最大功率点跟踪的步长选择值；

所述控制单元，用于根据所述步长选择值，对所述光伏单元的输出功率进行动态负载跟踪MPPT自适应步长控制，实现所述光伏单元的最大功率点输出。