CN108983862B - 一种最大功率点追踪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种最大功率点追踪方法，为：将直流发电装置的平均电压、其升压电路中的电感平均电流作为输入参数，进行功率计算，然后输出直流发电装置的控制参考电压而对直流发电装置进行调节。调节模式包括粗调模式、细调模式和微调模式。当直流发电装置的功率变化值小于0/功率阈值时，由粗调模式切换至细调模式/由细调模式切换至微调模式。功率阈值根据直流发电装置的实际功率而动态确定。细调方向、微调方向均根据直流发电装置的功率变化值和电压变化值而动态确定。粗调步长、细调步长、微调步长均根据直流发电装置的开路电压值而动态确定。本发明能对全工作电压等级与功率等级范围的PV曲线具备相同的追踪效果，还能够避免扰动方向判断错误。
Description
技术领域
本发明属于光伏发电领域，具体涉及到逆变器PV输入侧的最大功率点追踪的方法。
背景技术
现有MPPT算法对于不同电压等级、不同功率等级的PV曲线的追踪效果差异明显，并且存在因采样噪声或者控制功率波动导致的算法判断方向错误的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够适应不同电压等级、不同功率等级的PV曲线而进行准确追踪的最大功率点追踪方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种最大功率点追踪方法，应用于直流发电装置的控制器中，所述最大功率点追踪方法为：将所述直流发电装置的平均电压、所述直流发电装置所连接的升压电路中的电感平均电流作为输入参数，基于所述直流发电装置的平均电压、所述直流发电装置所连接的升压电路中的电感平均电流进行功率计算从而获取所述直流发电装置的PV曲线，然后输出所述直流发电装置的控制参考电压而对所述直流发电装置进行调节；
对所述直流发电装置进行调节的调节模式包括单方向的粗调模式、双方向的细调模式和双方向的微调模式；当调节前后所述直流发电装置的功率变化值小于0时，由所述粗调模式切换至所述细调模式；当调节前后所述直流发电装置的功率变化值小于功率阈值时，由所述细调模式切换至所述微调模式；
所述功率阈值根据所述直流发电装置的实际功率而动态确定；
所述细调模式采用的细调方向、所述微调模式的微调方向均根据所述直流发电装置的功率变化值和电压变化值而动态确定；
所述粗调模式采用的粗调步长、所述细调模式采用的细调步长、所述微调模式采用的微调步长均根据所述直流发电装置的开路电压值而动态确定；
所述粗调模式采用的粗调步数、所述细调模式采用的细调步数、所述微调模式采用的微调步数均根据所述调节模式而确定。
优选的，根据所述直流发电装置的实际功率与其额定功率的比值划分多个区间，每个区间对应一个所述功率阈值。
优选的，当所述直流发电装置的实际功率小于其额定功率的2%时，所述功率阈值为P1；当所述直流发电装置的实际功率大于或等于其额定功率的2%且小于其额定功率的5%时，所述功率阈值为P2；当所述直流发电装置的实际功率大于或等于其额定功率的5%且小于其额定功率的10%时，所述功率阈值为P3；当所述直流发电装置的实际功率大于或等于其额定功率的10%且小于其额定功率的20%时，所述功率阈值为P4；当所述直流发电装置的实际功率大于或等于其额定功率的20%且时，所述功率阈值为P5；P1＜P2＜P3＜P4＜P5。
优选的，当所述直流发电装置的功率变化值＞0且所述直流发电装置的电压变化值＞0时，所述细调模式采用的细调方向或所述微调模式的微调方向为向右调节；当所述直流发电装置的功率变化值＞0且所述直流发电装置的电压变化值≤0时，所述细调模式采用的细调方向或所述微调模式的微调方向为向左调节；当所述直流发电装置的功率变化值≤0且所述直流发电装置的电压变化值＞0时，所述细调模式采用的细调方向或所述微调模式的微调方向为向左调节；当所述直流发电装置的功率变化值≤0且所述直流发电装置的电压变化值≤0时，所述细调模式采用的细调方向或所述微调模式的微调方向为向右调节。
优选的，所述粗调模式采用的粗调步长=所述直流发电装置的开路电压值*k1；所述细调模式采用的细调步长=所述直流发电装置的开路电压值*k2；所述微调模式采用的微调步长=所述直流发电装置的开路电压值*k3；k1＞k2＞k3。
优选的，所述粗调模式采用的粗调步长、所述细调模式采用的细调步长、所述微调模式采用的微调步长分别设置有对应的幅值范围，当计算出的所述粗调模式采用的粗调步长/所述细调模式采用的细调步长/所述微调模式采用的微调步长超出对应的幅值范围时，将其调整至对应的所述幅值范围内。
进行调节时采用连续多点扰动调解方式。
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：本发明的方法解决了常规MPPT算法对不同电压等级、功率等级PV曲线追踪效果存在差异的问题，通过动态调节算法参数，使其能对全工作电压等级与功率等级范围的PV曲线具备相同的追踪效果，还能够避免扰动方向判断错误。
附图说明
附图1为本发明的最大功率点追踪方法中输入输出参数示意图。
附图2为本发明的最大功率点追踪方法中调节模式判定流程示意图。
附图3为本发明的最大功率点追踪方法中功率阈值确定流程示意图。
附图4为本发明的最大功率点追踪方法中补偿确定流程示意图。
附图5为本发明的最大功率点追踪方法中连续多点扰动和调节方向确定示意图。
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。
实施例一：一种应用于直流发电装置的控制器中的最大功率点追踪方法，为：将直流发电装置（如光伏发电装置）的平均电压、直流发电装置所连接的升压电路中的电感平均电流作为输入参数，基于直流发电装置的平均电压、直流发电装置所连接的升压电路中的电感平均电流进行功率计算从而获取直流发电装置的PV曲线，然后输出直流发电装置的控制参考电压而对直流发电装置进行调节，如附图1所示。使用直流发电装置的平均电压和直流发电装置所连接的升压电路中的电感平均电流进行MPPT算法的功率计算，可以降低使用瞬时电感电流值时，不同boost占空比下电感电流纹波对MPPT功率计算精度的影响。
该最大功率点追踪方法通过输出的直流发电装置的控制参考电压而对直流发电装置进行的调节，包括三种调节模式，分别为粗调模式、细调模式和微调模式，以确保扰动算法同时具备快速性与稳定性。粗调模式依据粗调方向、粗调步数和粗调步长而实施，本方法中，粗调模式的粗调方向为单方向，仅能向左进行调解，即输出的直流发电装置的控制参考电压依据粗调步长和粗调步数而减小。细调模式依据细调方向、细调步数和细调步长而实施，本方法中，细调模式的细调方向为双方向，既可以向左调节也可以向右调节。微调模式依据微调方向、微调步数和微调步长而实施，本方法中，微调模式的微调方向也为双方向，即可以向左或向右调节。其中，调模式较细调模式调节步数变少，可以使扰动功率点保持稳定。
初始时，先进入粗调模式，然后根据调节前后直流发电装置的功率变化值来确定下一步的调节模式。当调节前后直流发电装置的功率变化值（即调节后的实际功率值与调节前的实际功率值的差值）小于0时，由粗调模式切换至细调模式。当调节前后直流发电装置的功率变化值小于功率阈值时，由细调模式切换至微调模式。当进行万能细调模式或微调模式后，需要根据直流发电装置的电压变化值进行判断，若未超过电压变化允许值，则继续细调或微调， 若超过电压变化允许值，则重新开始粗调。
根据当前直流发电装置的功率动态改变判定PV曲线峰顶的阈值，即用于细调模式和微调模式切换的功率阈值，故功率阈值根据直流发电装置的实际功率而动态确定。可以根据直流发电装置的实际功率与其额定功率的比值划分多个区间，每个区间对应一个功率阈值。如附图3所示，当直流发电装置的实际功率小于其额定功率的2%时，功率阈值为P1；当直流发电装置的实际功率大于或等于其额定功率的2%且小于其额定功率的5%时，功率阈值为P2；当直流发电装置的实际功率大于或等于其额定功率的5%且小于其额定功率的10%时，功率阈值为P3；当直流发电装置的实际功率大于或等于其额定功率的10%且小于其额定功率的20%时，功率阈值为P4；当直流发电装置的实际功率大于或等于其额定功率的20%且时，功率阈值为P5。通过该方式以提高算法在不同PV功率曲线下峰顶的稳定性。其中P1-P5的功率阈值需根据实际不同PV功率等级曲线运行状态确定，通常P1＜P2＜P3＜P4＜P5。P1、P2、P3、P4、P5可由调试获得，例如P1=0.8W，P2=1W，P3=2W，P4=8W，P5=10W。
粗调模式采用的粗调步数、细调模式采用的细调步数、微调模式采用的微调步数均根据调节模式而确定。粗调模式采用的粗调步长、细调模式采用的细调步长、微调模式采用的微调步长均根据直流发电装置的开路电压值而动态确定。如附图4所示，粗调模式采用的粗调步长=直流发电装置的开路电压值*k1；细调模式采用的细调步长=直流发电装置的开路电压值*k2；微调模式采用的微调步长=直流发电装置的开路电压值*k3；k1＞k2＞k3。还可以对粗调模式采用的粗调步长、细调模式采用的细调步长、微调模式采用的微调步长分别设置有对应的幅值范围[dVmin，dVmax]，当计算出的粗调模式采用的粗调步长/细调模式采用的细调步长/微调模式采用的微调步长超出对应的幅值范围[dVmin，dVmax]时，将其调整至对应的幅值范围内，如采用与计算值最接近的幅值范围端点值。通过对步长的动态调整，可以提高扰动算法对不同电压等级曲线的适应性。其中k1、k2、k3，dVmin，dVmax需根据实际不同电压等级的PV曲线下的运行状态调试确定，例如k1=1%，k2=0.5%，k3=0.1%。
细调模式采用的细调方向、微调模式的微调方向均根据直流发电装置的功率变化值和电压变化值而动态确定。如附图5所示，当直流发电装置的功率变化值＞0且直流发电装置的电压变化值＞0时，细调模式采用的细调方向或微调模式的微调方向为向右调节；当直流发电装置的功率变化值＞0且直流发电装置的电压变化值≤0时，细调模式采用的细调方向或微调模式的微调方向为向左调节；当直流发电装置的功率变化值≤0且直流发电装置的电压变化值＞0时，细调模式采用的细调方向或微调模式的微调方向为向左调节；当直流发电装置的功率变化值≤0且直流发电装置的电压变化值≤0时，细调模式采用的细调方向或微调模式的微调方向为向右调节。
如附图5所示，当执行当前一次调节模式时，先依据上一次调节速确定的调节模式和调节方向来赋值左调节计数/右调节计数，使其等于当前调剂模式所需的步数，进行调节时采用连续多点扰动调解方式，即连续多次进行扰动调节，每一次调节模式是由若干次扰动调节构成，每一次扰动调节对应当前调节模式的一步。每进行一次扰动调节，使直流发电装置的控制参考电压按照一个细调步长/微调步长进行递减或递增，然后对应的左调节计数/右调节计数累减。通过调节计数对所进行的扰动调节次数进行计次，当达到当前调节模式所需的步数后，完成了一次当前所需的调节模式的调节。然后将调节计数归零，计算本体调节模式实施前后直流发电装置的功率变化值和电压变化值，从而可以确定下一次调节对应的调节模式和方向。通过单方向连续多点扰动，可以解决因采样噪声或者控制功率波动导致的扰动算法方向判断错误问题；并且左右方向扰动点数，即步数可调，根据需求配置扰动算法方向特性。其中调节步数由调节模式决定，具体参数N1-N5根据实际MPPT追踪效果调试确定。
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 (6)
1.一种最大功率点追踪方法，应用于直流发电装置的控制器中，其特征在于：所述最大功率点追踪方法为：将所述直流发电装置的平均电压、所述直流发电装置所连接的升压电路中的电感平均电流作为输入参数，基于所述直流发电装置的平均电压、所述直流发电装置所连接的升压电路中的电感平均电流进行功率计算从而获取所述直流发电装置的PV曲线，然后输出所述直流发电装置的控制参考电压而对所述直流发电装置进行调节；
对所述直流发电装置进行调节的调节模式包括单方向的粗调模式、双方向的细调模式和双方向的微调模式；当调节前后所述直流发电装置的功率变化值小于0时，由所述粗调模式切换至所述细调模式；当调节前后所述直流发电装置的功率变化值小于功率阈值时，由所述细调模式切换至所述微调模式；
所述功率阈值根据所述直流发电装置的实际功率而动态确定；
所述细调模式采用的细调方向、所述微调模式的微调方向均根据所述直流发电装置的功率变化值和电压变化值而动态确定；
所述粗调模式采用的粗调步长、所述细调模式采用的细调步长、所述微调模式采用的微调步长均根据所述直流发电装置的开路电压值而动态确定；所述粗调模式采用的粗调步长=所述直流发电装置的开路电压值*k1；所述细调模式采用的细调步长=所述直流发电装置的开路电压值*k2；所述微调模式采用的微调步长=所述直流发电装置的开路电压值*k3；k1＞k2＞k3；
所述粗调模式采用的粗调步数、所述细调模式采用的细调步数、所述微调模式采用的微调步数均根据所述调节模式而确定。
2.根据权利要求1所述的一种最大功率点追踪方法，其特征在于：根据所述直流发电装置的实际功率与其额定功率的比值划分多个区间，每个区间对应一个所述功率阈值。
3.根据权利要求2所述的一种最大功率点追踪方法，其特征在于：当所述直流发电装置的实际功率小于其额定功率的2%时，所述功率阈值为P1；当所述直流发电装置的实际功率大于或等于其额定功率的2%且小于其额定功率的5%时，所述功率阈值为P2；当所述直流发电装置的实际功率大于或等于其额定功率的5%且小于其额定功率的10%时，所述功率阈值为P3；当所述直流发电装置的实际功率大于或等于其额定功率的10%且小于其额定功率的20%时，所述功率阈值为P4；当所述直流发电装置的实际功率大于或等于其额定功率的20%且时，所述功率阈值为P5；P1＜P2＜P3＜P4＜P5。
4.根据权利要求1所述的一种最大功率点追踪方法，其特征在于：当所述直流发电装置的功率变化值＞0且所述直流发电装置的电压变化值＞0时，所述细调模式采用的细调方向或所述微调模式的微调方向为向右调节；当所述直流发电装置的功率变化值＞0且所述直流发电装置的电压变化值≤0时，所述细调模式采用的细调方向或所述微调模式的微调方向为向左调节；当所述直流发电装置的功率变化值≤0且所述直流发电装置的电压变化值＞0时，所述细调模式采用的细调方向或所述微调模式的微调方向为向左调节；当所述直流发电装置的功率变化值≤0且所述直流发电装置的电压变化值≤0时，所述细调模式采用的细调方向或所述微调模式的微调方向为向右调节。
5.根据权利要求1所述的一种最大功率点追踪方法，其特征在于：所述粗调模式采用的粗调步长、所述细调模式采用的细调步长、所述微调模式采用的微调步长分别设置有对应的幅值范围，当计算出的所述粗调模式采用的粗调步长/所述细调模式采用的细调步长/所述微调模式采用的微调步长超出对应的幅值范围时，将其调整至对应的所述幅值范围内。
6.根据权利要求1所述的一种最大功率点追踪方法，其特征在于：进行调节时采用连续多点扰动调解方式。
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