CN105259971B - 一种优化的mppt算法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种优化的MPPT算法，用直流指令电压Uref(k‑1)、Uref(k)参与功率计算，得到P(k)、P(k+0.5)和P(k+1)。P(k)、P(k+0.5)和P(k+1)的计算公式为：P(k)＝Uref(k‑1)*I(k)，P(k+0.5)＝Uref(k)*I(k+0.5)，P(k+1)＝Uref(k)*I(k+1))。本发明所述的优化的MPPT算法，避免因直流电压不能实时跟踪直流指令电压，导致MPPT误动作现象发生，具备良好的动态、静态跟踪性能，而且在轻载或弱光照的情况下，也能保持很高的跟踪效率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏逆变器控制领域，具体说是一种优化的MPPT算法。
背景技术
近年来，随着光伏行业的迅速发展，以及光伏市场装机容量的大幅度增加，人们对光伏发电系统的各项性能指标都提出了更高的要求。其中，提高光伏逆变器的最大功率跟踪(MPPT)效率，一直是大家追求的目标。
国内外已提出了多种MPPT控制方法，如常用的恒压法、扰动增量法、导纳增量法[1][2]等。
文章[3]提出一种dP-P&O方法，在一定条件下，通过将MPPT控制引起的功率变化与光照变化引起的功率变化区分开，以判断正确的跟踪方向，克服了传统MPPT控制策略的不足。
dP-P&O方法的具体控制流程见图1，包括以下步骤：
1、检测光伏电池板的直流电压U(k)、电流I(k)；
2、计算出光伏电池板的输出功率：
P(k)＝U(k)*I(k)
P(k+0.5)＝U(k+0.5)*I(k+0.5)
P(k+1)＝U(k+1)*I(k+1))；
3、计算输出的功率变化：
detP＝[P(k+0.5)-P(k)]-[P(k+1)-P(k+0.5)]；
4、当detP大于等于零时，S＝1*S，直流指令电压Uref(k+1)按原方向变化detU；
5、当detP小于零时，S＝(-1)*S，直流指令电压Uref(k+1)按 相反方向变化detU；
6、根据公式Uref(k+1)＝Uref(k)+S*detU得出直流指令电压Uref(k+1)。所述detU为电压扰动步长，其值为经验选取。
但实际应用中的光伏逆变器，由于受外部环境和内部控制的影响，出现跟踪延时、控制超调等现象，使得直流电压不能实时跟踪直流指令电压、计算的功率变化detP不准确，导致MPPT误动作、进而降低MPPT效率。特别在逆变器轻载的情况下，控制性能更差。
本发明涉及以下技术术语：
MPPT：最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking)：对因太阳阵列表面温度和太阳辐照度变化而产生的输出电压与电流的变化进行跟踪控制，使阵列一直保持在最大输出的工作状态，这种为获得最大功率输出的调整行为称为最大功率点跟踪。
动态MPPT效率：评价由辐照度变化导致逆变器追踪达到一个新的工作点的追踪特性。
静态MPPT效率：描述逆变器在一条由光伏发生器给定的静态特性曲线上调整达到最大功率点的精度。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种优化的MPPT算法，避免因直流电压不能实时跟踪直流指令电压，导致MPPT误动作现象发生。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种优化的MPPT算法，其特征在于：用直流指令电压Uref(k-1)、Uref(k)参与功率计算，得到P(k)、P(k+0.5)和P(k+1)。
在上述技术方案的基础上，P(k)、P(k+0.5)和P(k+1)的计算公式为：
P(k)＝Uref(k-1)*I(k)，
P(k+0.5)＝Uref(k)*I(k+0.5)，
P(k+1)＝Uref(k)*I(k+1))。
在上述技术方案的基础上，根据得到的P(k)、P(k+0.5)和P(k+1)，计算输出的功率变化detP＝[P(k+0.5)-P(k)]-[P(k+1)-P(k+0.5)]。
在上述技术方案的基础上，当detP大于等于零时，S＝1*S，指令电压Uref(k+1)按原方向变化detU；
当detP小于零时，S＝(-1)*S，指令电压Uref(k+1)按相反方向变化detU。
在上述技术方案的基础上，根据公式Uref(k+1)＝Uref(k)+S*detU得出直流指令电压Uref(k+1)，detU为电压扰动步长，经验选取。
本发明所述的优化的MPPT算法，避免因直流电压不能实时跟踪直流指令电压，导致MPPT误动作现象发生，具备良好的动态、静态跟踪性能，而且在轻载或弱光照的情况下，也能保持很高的跟踪效率。
附图说明
本发明有如下附图：
图1 dP-P&O法控制流程图。
图2本发明控制流程图。
图3优化前后静态效率对比图。
图4优化前后动态效率对比图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图2所示，本发明所述的优化的MPPT算法，用直流指令电压 Uref(k-1)、Uref(k)参与功率计算，
P(k)＝Uref(k-1)*I(k)，
P(k+0.5)＝Uref(k)*I(k+0.5)，
P(k+1)＝Uref(k)*I(k+1))；
然后计算输出的功率变化detP＝[P(k+0.5)-P(k)]-[P(k+1)-P(k+0.5)]；
当detP大于等于零时，S＝1*S，指令电压Uref(k+1)按原方向变化detU；
当detP小于零时，S＝(-1)*S，指令电压Uref(k+1)按相反方向变化detU；
根据公式Uref(k+1)＝Uref(k)+S*detU得出直流指令电压Uref(k+1)。detU为电压扰动步长，经验选取。
本发明所述算法，分别在动、静态及轻、重载的情况下，对比了优化前后MPPT跟踪效率。具体实例如下：
实例中的模拟PV源是IVS系列太阳能电池I-V模拟器，单机最大输出功率为630KW，采用IGBT整流方式，具有主动PFC控制，效率在95％以上。
在I-V模拟的核心控制方面，有核心的软硬件控制策略，确保了I-V模拟器实际输出的精度和动态特性。可以模拟器不同材质(多晶、单晶、薄膜等)在不同辐照度、温度以及云层遮挡下的I-V曲线输出特性。
实例中的逆变器是采用的京仪绿能公司的JYNB-500KHE，其额定输出功率500KW，具有450V-820V宽范围直流电压输入，最大直流输入电压880V、电流1222A。
逆变器与MPPT控制相关参数设计为，电压步长2V、MPPT控制频率1Hz。
1、静态效率
选择PV模拟器的I/V曲线功能，设定参数如下表
| 额定输出功率Po | 500.5kw |
| 开路电压Uoc | 687.5V |
| 短路电流Isc | 1011A |
| 电池选型 | 多晶硅 |
| MPPT电压Vm | 550V |
| MPPT电流Im | 910A |
实验数据记录
静态优化前后效率对比如图3所示，明显看出利用指令电压代替直流电压参与MPPT控制，能在静态、轻载等情况下，显著提升MPPT效率。
2、动态效率
动态最大功率点跟踪(MPPT)效率的测试须依照EN 50530的30％-100％PDCn程序进行。辐照强度里的百分比表示的是以标准测试条件(STC)为参照的，即100％与25℃时1000W/m2的辐照条件相对应。
实验数据记录
动态优化前后效率对比如图4所示，明显看出利用指令电压代替直流电压参与MPPT控制，能在光照快速变化情况下，显著提升MPPT效率。
综上可得出，利用直流指令电压Uref(k)代替直流电压U(k+1)，参与MPPT控制，避免因直流电压U(k+1)不能实时跟踪直流指令电压Uref(k)，而导致MPPT误动作现象发生，具备良好的动态、静态跟踪性能，而且在轻载或弱光照的情况下，也能保持很高的跟踪效率。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
附件：
参考文献(如专利/论文/标准)
文献1：Nicola Femia,Giovanni Petrone,Giovanni Spagnuolo,eta1.Optimization of Peturb and Observe Maximum Power Point Tracking Method[J].IEEE Trans.on Power Electronics,2005,2O(4)：963—973.
文献2：徐鹏威，刘飞，刘邦银，段善旭.几种光伏系统MPPT方法的分析比较及优化[J].电力电子技术,2007(4)；415-416.
文献3：D.Sera,R.Teodorescu,J.Hantschel,and M.Knoll,Optimized maximumpower point tracker for fast-changing environmental conditions,IEEETransactions on Industrial Electronics,vol.55,pp.2629-2637,2008。
Claims (1)
1.一种优化的MPPT算法，其特征在于：用直流指令电压Uref(k-1)、Uref(k)参与功率计算，得到P(k)、P(k+0.5)和P(k+1)；
P(k)、P(k+0.5)和P(k+1)的计算公式为：
P(k)＝Uref(k-1)*I(k)，
P(k+0.5)＝Uref(k)*I(k+0.5)，
P(k+1)＝Uref(k)*I(k+1))；
根据得到的P(k)、P(k+0.5)和P(k+1)，计算输出的功率变化detP＝[P(k+0.5)-P(k)]-[P(k+1)-P(k+0.5)]；
当detP大于等于零时，S＝1*S，指令电压Uref(k+1)按原方向变化detU；
当detP小于零时，S＝(-1)*S，指令电压Uref(k+1)按相反方向变化detU；
根据公式Uref(k+1)＝Uref(k)+S*detU得出直流指令电压Uref(k+1)，detU为电压扰动步长，经验选取；S初始值为1。
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