CN105138066A - 光伏阵列的最大功率跟踪控制系统以及方法 - Google Patents

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王素宁
潘三博
林成栋
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Abstract

一种光伏阵列的最大功率点跟踪系统以及方法，其至少包括：提供模数转换单元以接收指示光伏阵列反馈的模拟电压信号、指示光伏阵列电流的模拟电流信号以及参考升压信号，并将所述信号转换为数字信号；提供微处理单元以接收并存储指示光伏阵列反馈的模拟电压信号、指示光伏阵列电流的模拟电流信号以及参考升压信号所转换的数字信号，并与实时采样的电压信号和/或电流信号比较后，生成开关管的脉宽调制信号的占空比指令；提供驱动单元以根据所述微处理单元产生的开关管的脉宽调制信号的占空比指令产生不同的占空比，进一步调节光伏阵列的电压和电流。

Description

光伏阵列的最大功率跟踪控制系统以及方法
技术领域
本发明涉及新能源应用领域，特别是涉及一种光伏阵列的最大功率跟踪控制系统以及方法。
背景技术
在当今能源日益紧张的情况下，太阳能作为一种清洁型可再生能源，得到了广泛使用，而光伏发电又是目前利用太阳能的主要方式之一，但是光伏发电的普及还存在诸多问题。为了能高效利用太阳能电池，需要进行对光伏阵列的最大功率点进行跟踪。
目前，常用的光伏阵列最大功率跟踪控制方法有：固定电压法、扰动观察法、增量电导法和模糊控制等，但是，这几种算法步长的选择存在一定的困难：当步长较大时最大功率跟踪速度快，但在最大功率点附近会出现较大的功率振荡；步长较小时，最大功率点附近的功率振荡会显著减弱，但系统对外界环境变化的响应能力会变差。
发明内容
本发明的目的是提出一种光伏阵列的最大功率跟踪控制系统以及方法，其能够有效地提高光伏发电系统的转换效率。
为了实现上述目的，本发明提供一种光伏阵列的最大功率点跟踪系统，其至少包括：模数转换单元，用于接收指示光伏阵列反馈的模拟电压信号、指示光伏阵列电流的模拟电流信号以及参考升压信号，并将所述信号转换为数字信号；微处理单元，用于接收并存储指示光伏阵列反馈的模拟电压信号、指示光伏阵列电流的模拟电流信号以及参考升压信号所转换的数字信号，并与实时采样的电压信号和/或电流信号比较后，生成开关管的脉宽调制信号的占空比指令；驱动单元，用于根据所述微处理单元产生的开关管的脉宽调制信号的占空比指令产生不同的占空比，进一步调节光伏阵列的电压和电流。
优选地，所述微处理单元设定电压基准参考值为开路电压的0.76倍。
本发明还提供一种光伏阵列的最大功率点跟踪方法，其至少包括设定参考电压值Upv_ref和/或参考电流值Ipv_ref；采集当前时刻的电压V(t)和电流I(t)；根据当前时刻的电压V(t)和电流I(t)计算当前的功率值P(t)；判断扰动方向；追踪到最大功率点，输出电压保持不变，将此时的V(t+1)赋给参考电压值Upv_ref。
优选地，设定电压基准参考值Upv_ref为开路电压Uoc的0.76倍。
优选地，所述当前的功率值P(t)等于当前时刻电压V(t)与当前时刻电流I(t)的乘积。
优选地，所述判断扰动方向的步骤即判断dP/dV的值D的分布。进一步地，所述判断dP/dV的值D的分布进一步包括：判断D是否大于0，当结果为是时，进一步判断D是否大于上限值Δd2，当结果为否时，进一步判断D是否小于下限值Δd1；当D大于上限值Δd2，则V(t+1)＝V(t)+DK，P(t+1)＝P(t)；当D小于上限值Δd2，则则V(t+1)＝V(t)+Δd2，P(t+1)＝P(t)；当D小于下限值Δd1，则V(t+1)＝V(t)+DK，P(t+1)＝P(t)；当D大于下限值Δd1，则则V(t+1)＝V(t)+Δd1，P(t+1)＝P(t)。
以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，以使本发明的特性和优点更为明显。
附图说明
图1所示为本发明一个实施例的光伏阵列的最大功率点跟踪系统的直流-直流转换器的控制系统的方框示意图；
图2所示为如图1所示实施例的光伏阵列的最大功率点跟踪系统的直流-直流转换器的控制系统的电路示意图；
图3所示为本发明一个实施例的光伏阵列的最大功率点跟踪方法的流程示意图图。
具体实施方式
以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明将结合一些具体实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的结构、组件和设备未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
图1所示为本发明一个较佳实施例的光伏阵列的最大功率点跟踪控制系统的方框示意图。
如图所示，本发明的光伏阵列的最大功率点跟踪系统至少包括模数转换单元10、微处理单元20以及驱动单元30。
所述模数转换单元10接收指示光伏阵列反馈的模拟电压信号Vpv、指示光伏阵列电流的模拟电流信号Ipv以及参考升压信号Vboost，并将所述信号转换为数字信号。
所述微处理单元20接收并存储指示光伏阵列反馈的模拟电压信号Vpv、指示光伏阵列电流的模拟电流信号Ipv以及参考升压信号Vboost所转换的数字信号，并经过升压电路接到逆变电路上进行并网，由于光伏阵列处于最大功率点时的电压约为开路电压(Uoc)的0.76倍，因此，所述微处理单元20设定电压基准参考值Uref＝0.76Uoc，并与实时采样的外环电压比较得到电流内环参考信号与采样的电流信号比较后，这样生成开关管的脉宽调制信号的占空比指令。
所述驱动单元30根据所述微处理单元20产生的开关管的脉宽调制信号的占空比指令产生不同的占空比，进一步调节光伏阵列的电压和电流。
图2所示为图1所示实施例的光伏阵列的最大功率点跟踪系统的直流-直流转换器的控制系统的电路示意图。然而，本领域技术人员应当悉知的是，本发明的光伏阵列的最大功率点跟踪系统的直流-直流转换器的控制系统并不局限于图2所示的具体实施电路，任何不脱离本发明旨意的其他变形实施例也属于本发明主张权利的覆盖范围。
图3所示为本发明一个实施例的光伏阵列的最大功率点跟踪方法的流程示意图图。
步骤S1：设定参考电压值Upv_ref和/或参考电流值Ipv_ref。由光伏阵列的输出特性可知，在光照和温度不变时有且仅有一个最大功率点(MPP)，由于光伏阵列处于最大功率点时的电压约为开路电压(Uoc)的0.76倍，因此在本实施例中，设定电压基准参考值Upv_ref＝0.76Uoc。
步骤S2：采集当前时刻的电压V(t)和电流I(t)。
步骤S3：根据当前时刻的电压V(t)和电流I(t)计算当前的功率值P(t)，即P(t)＝V(t)*I(t)。
步骤S4：判断扰动方向。具体而言，从光伏阵列的P-V特性曲线可以看出，在最大功率点左侧dP/dV>0，而在最大功率点右侧dP/dV<0，在光伏最大功率处dP/dV＝0，若以dP/dV作为电压V的调整量则正好向功率P增加的方向调整。在本实施例中，设定K为0到1常量数值，若dP/dV＝D，则判断扰动方向即判断D是否大于0；当结果为是时，则进入步骤S5，否则进入步骤S6。
步骤S5：进一步判断D是否大于上限值Δd2。当结果为是时，则V(t+1)＝V(t)+DK，P(t+1)＝P(t)；当结果为否时，则V(t+1)＝V(t)+Δd2，P(t+1)＝P(t)；
步骤S6：进一步判断D是否小于下限值Δd1。当结果为是时，则V(t+1)＝V(t)+DK，P(t+1)＝P(t)；当结果为否时，则V(t+1)＝V(t)+Δd1，P(t+1)＝P(t)。
藉此，最大功率点跟踪系统追踪到最大功率点，输出电压保持不变，即P(t+1)＝P(t)，将此时的V(t+1)赋给参考电压至Upv_ref，并与实时采样的电压比较得到电流内环参考信号与采样的电流信号比较后，生成升压转换器PWM的占空比控制指令。
本发明的光伏阵列的最大功率跟踪控制方法将常用扰动观察法与新的变步长方式相结合，利用P-U曲线上的不同点的斜率来判断扰动方向，结合一种变步长方式，从而使光伏发电系统能够实现快速、准确、无震荡地跟踪至最大功率点。
上文具体实施方式和附图仅为本发明之常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露之实施例仅用于说明而非限制，本发明之范围由后附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。

Claims (9)

1.一种光伏阵列的最大功率点跟踪系统，其特征在于，所述光伏阵列的最大功率点跟踪系统至少包括：
模数转换单元，用于接收指示光伏阵列反馈的模拟电压信号、指示光伏阵列电流的模拟电流信号以及参考升压信号，并将所述信号转换为数字信号；
微处理单元，用于接收并存储指示光伏阵列反馈的模拟电压信号、指示光伏阵列电流的模拟电流信号以及参考升压信号所转换的数字信号，并与实时采样的电压信号和/或电流信号比较后，生成开关管的脉宽调制信号的占空比指令；
驱动单元，用于根据所述微处理单元产生的开关管的脉宽调制信号的占空比指令产生不同的占空比，进一步调节光伏阵列的电压和电流。
2.根据权利要求1所述的光伏阵列的最大功率点跟踪系统，其特征在于，所述微处理单元设定电压基准参考值为开路电压的0.76倍。
3.一种光伏阵列的最大功率点跟踪方法，其特征在于，所述光伏阵列的最大功率点跟踪方法至少包括：
设定参考电压值Upv_ref和/或参考电流值Ipv_ref；
采集当前时刻的电压V(t)和电流I(t)；
根据当前时刻的电压V(t)和电流I(t)计算当前的功率值P(t)；
判断扰动方向；
追踪到最大功率点，输出电压保持不变，将此时的V(t+1)赋给参考电压值Upv_ref。
4.根据权利要求3所述的光伏阵列的最大功率点跟踪方法，其特征在于，设定电压基准参考值Upv_ref为开路电压Uoc的0.76倍。
5.根据权利要求3所述的光伏阵列的最大功率点跟踪方法，其特征在于，所述当前的功率值P(t)等于当前时刻电压V(t)与当前时刻电流I(t)的乘积。
6.根据权利要求3所述的光伏阵列的最大功率点跟踪方法，其特征在于，所述判断扰动方向的步骤即判断dP/dV的值D的分布。
7.根据权利要求6所述的光伏阵列的最大功率点跟踪方法，其特征在于，所述判断dP/dV的值D的分布进一步包括：
判断D是否大于0，当结果为是时，进一步判断D是否大于上限值Δd2，当结果为否时，进一步判断D是否小于下限值Δd1。
8.根据权利要求7所述的光伏阵列的最大功率点跟踪方法，其特征在于，当D大于上限值Δd2，则V(t+1)＝V(t)+DK，P(t+1)＝P(t)；当D小于上限值Δd2，则则V(t+1)＝V(t)+Δd2，P(t+1)＝P(t)。
9.根据权利要求7所述的光伏阵列的最大功率点跟踪方法，其特征在于，当D小于下限值Δd1，则V(t+1)＝V(t)+DK，P(t+1)＝P(t)；当D大于下限值Δd1，则则V(t+1)＝V(t)+Δd1，P(t+1)＝P(t)。
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