CN109062315A - 一种光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法 - Google Patents

一种光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109062315A
CN109062315A CN201811197567.7A CN201811197567A CN109062315A CN 109062315 A CN109062315 A CN 109062315A CN 201811197567 A CN201811197567 A CN 201811197567A CN 109062315 A CN109062315 A CN 109062315A
Authority
CN
China
Prior art keywords
moment
voltage
reference voltage
power
ref
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811197567.7A
Other languages
English (en)
Inventor
王继东
朱冷雪
王衍恒
王梦迪
李远骞
杨龙团
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China University of Water Resources and Electric Power
Original Assignee
North China University of Water Resources and Electric Power
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China University of Water Resources and Electric Power filed Critical North China University of Water Resources and Electric Power
Priority to CN201811197567.7A priority Critical patent/CN109062315A/zh
Publication of CN109062315A publication Critical patent/CN109062315A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/66—Regulating electric power
    • G05F1/67—Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

本发明公开了一种光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法，涉及光伏发电技术领域，对Quasi‑Z源逆变器输出的电压和电流进行采样，根据采样结果分别计算k时刻和k+1时刻的功率，计算得到功率变化量后输入到PI控制器确定相应的参考电压变化量，采用变步长算法计算最终的参考电压，根据该参考电压进行最大功率点跟踪，可以实现光照强度发生变化时输出功率的快速响应，并达到最大功率点，提高最大功率跟踪的动态性能，高效的实现最大功率跟踪。

Description

一种光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，特别是涉及一种光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法。
背景技术
并网逆变器和最大功率点跟踪(MPPT)控制是光伏发电并网控制的核心技术。由于光伏发电具有随机性和不稳定性，必须经过逆变器和整流装置整流逆变后才能将光伏阵列的所发电能接入电网。另外，为了提高光能的利用率，需要加入MPPT控制环节，并网逆变器将逆变后的交流电的相位、电流、电压、有功和无功、频率、同步等问题进行控制，进而实现光伏发电阵列与交流电网并联的功能，MPPT控制使系统最大限度的保持在最大功率点附近。
目前应用较广的最大功率跟踪方法有：扰动观察法、恒电压法、爬山法、以及电导增量法。扰动观察法是目前光伏发电系统应用比较广泛的一种控制方法。传统的扰动观察法应用于MPPT中时，采用固定步长的MPPT算法都很难实现高效快速对最大功率点进行跟踪。
发明内容
本发明实施例提供了一种光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法，可以解决现有技术中存在的问题。
本发明提供了一种光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，对Quasi-Z源逆变器输出的电压Upv和电流Ipv进行采样，得到k 时刻的采样电压Upv(k)和采样电流Ipv(k)；
步骤2，获得k+1时刻的采样电压Upv(k+1)和采样电流Ipv(k+1)；
步骤3，分别按照下式计算k时刻的功率P(k)和k+1时刻的功率P(k+1)：
P(k)＝Upv(k)·Ipv(k) (1)
P(k+1)＝Upv(k+1)·Ipv(k+1) (2)
步骤4，计算k时刻和k+1时刻的功率变化量：
ΔP(k)＝P(k+1)-P(k) (3)
步骤5，将功率变化量ΔP(k)输入到PI控制器，得到相应的参考电压变化量ΔUref；
步骤6，判断功率变化量ΔP(k)是否大于0，如果是则进入步骤7，否则进入步骤10；
步骤7，判断k+1时刻的采样电压Upv(k+1)是否大于k时刻的采样电压 Upv(k)，如果是则进入步骤8，否则进入步骤9；
步骤8，按照下式计算k+1时刻的参考电压，并进入步骤11：
Uref(k+1)＝Uref(k)+ΔUref (4)
步骤9，按照下式计算k+1时刻的参考电压，并进入步骤11：
Uref(k+1)＝Uref(k)-ΔUref (5)
步骤10，判断k+1时刻的采样电压Upv(k+1)是否大于k时刻的采样电压 Upv(k)，如果是则利用式(5)计算k+1时刻的参考电压，否则利用式(4)计算k+1时刻的参考电压；
步骤11，在步骤8、9和10得到k+1时刻的参考电压后，求取参考电压和 k时刻的采样电压Upv(k)之间的电压差，将该电压差输入到PI控制器中得到k+1 时刻光伏阵列的给定电流然后根据该电流确定步长D(k)，按照该步长进行最大功率点追踪控制。
本发明实施例中的一种光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法，对 Quasi-Z源逆变器输出的电压和电流进行采样，根据采样结果分别计算k时刻和 k+1时刻的功率，计算得到功率变化量后输入到PI控制器确定相应的参考电压变化量，采用变步长算法计算最终的参考电压，根据该参考电压进行最大功率点跟踪，可以实现光照强度发生变化时输出功率的快速响应，并达到最大功率点，提高最大功率跟踪的动态性能，高效的实现最大功率跟踪。
附图说明
为了更清楚地说明本发明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明发明实施例提供的中使用的Quasi-Z源逆变器的主电路图；
图2是本发明实施例中提供的最大功率点跟踪方法的控制框图；
图3是与图2中控制框图对应的流程图；
图4是本发明的具体实例中光照强度变化图；
图5是利用本发明的方法对图4中光照强度进行控制后输出的功率、电压和电流示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1至图3，本发明实施例提供了一种光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，对Quasi-Z源逆变器输出的电压Upv和电流Ipv进行采样，得到k 时刻的采样电压Upv(k)和采样电流Ipv(k)；
步骤2，获得k+1时刻的采样电压Upv(k+1)和采样电流Ipv(k+1)；
步骤3，分别按照下式计算k时刻的功率P(k)和k+1时刻的功率P(k+1)：
P(k)＝Upv(k)·Ipv(k) (1)
P(k+1)＝Upv(k+1)·Ipv(k+1) (2)
步骤4，计算k时刻和k+1时刻的功率变化量：
ΔP(k)＝P(k+1)-P(k) (3)
步骤5，将功率变化量ΔP(k)输入到PI控制器，得到相应的参考电压变化量ΔUref；
步骤6，判断功率变化量ΔP(k)是否大于0，如果是则进入步骤7，否则进入步骤10；
步骤7，判断k+1时刻的采样电压Upv(k+1)是否大于k时刻的采样电压 Upv(k)，如果是则进入步骤8，否则进入步骤9；
步骤8，按照下式计算k+1时刻的参考电压，并进入步骤11：
Uref(k+1)＝Uref(k)+ΔUref (4)
上式中，Uref(k+1)表示k+1时刻的参考电压。
步骤9，按照下式计算k+1时刻的参考电压，并进入步骤11：
Uref(k+1)＝Uref(k)-ΔUref (5)
步骤10，判断k+1时刻的采样电压Upv(k+1)是否大于k时刻的采样电压 Upv(k)，如果是则利用式(5)计算k+1时刻的参考电压，否则利用式(4)计算 k+1时刻的参考电压。
步骤11，在步骤8、9和10得到k+1时刻的参考电压后，求取参考电压和 k时刻的采样电压之间的电压差，将该电压差输入到PI控制器中得到k+1时刻光伏阵列的给定电流然后根据下述公式(12)确定步长D(k)，按照该步长进行最大功率点追踪控制。
根据图1中Quasi-Z源逆变器的电路，当Quasi-Z源逆变器处于非直通状态，其等效电压方程为：
当Quasi-Z源逆变器工作在直通状态时，其等效电压方程为：
将式(6)与(7)进行离散化处理，并且以T为其步长，可得：
假设Quasi-Z源逆变器在一个PWM周期的占空比为D，式(8)两边与(1-D) 相乘，式(9)两边与D相乘，将整理后的(8)式与(9)式相加，得：
由(10)式得，Quasi-Z源逆变器在一个PWM周期的占空比D为：
若在下一个周期k+1时刻达到光伏阵列的给定电流即则：
结合以上分析，加入电流预测的变步长MPPT控制的连接图如图2所示。由式(12)推导可知，光伏发电输出电流在下一个周期到达给定电流，实现无差拍跟踪。因此，能够显著提高系统的动态性能。
下面通过一个具体实例对本发明的效果进行说明。
并网线电压380V，并网电感设定为5mH，Quasi-Z源逆变器网络中电容 C＝330μF，电感L＝10μF，开关频率20KHZ。光伏发电系统中，光照强度和温度对光伏输出模块的影响较大，为了验证改进MPPT的正确性，对光伏输入模块的光照强度进行改动，光伏阵列的光照强度如图4所示。加入电流预测后的 MPPT控制其仿真结果如图5所示，光伏并网后，当光照强度从1000下降250 和从250上升到1000时，光伏模块输出功率能够很好的跟踪上最大输出功率点，同时电压跟踪用时也较短，输入Quasi-Z源逆变器的电压经过1.9×10-4s可跟踪上最大功率点电压，加入电流预测后能够改变其直通占空比，升压作用明显。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (1)

1.一种光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1，对Quasi-Z源逆变器输出的电压Upv和电流Ipv进行采样，得到k时刻的采样电压Upv(k)和采样电流Ipv(k)；
步骤2，获得k+1时刻的采样电压Upv(k+1)和采样电流Ipv(k+1)；
步骤3，分别按照下式计算k时刻的功率P(k)和k+1时刻的功率P(k+1)：
P(k)＝Upv(k)·Ipv(k) (1)
P(k+1)＝Upv(k+1)·Ipv(k+1) (2)
步骤4，计算k时刻和k+1时刻的功率变化量：
ΔP(k)＝P(k+1)-P(k) (3)
步骤5，将功率变化量ΔP(k)输入到PI控制器，得到相应的参考电压变化量ΔUref；
步骤6，判断功率变化量ΔP(k)是否大于0，如果是则进入步骤7，否则进入步骤10；
步骤7，判断k+1时刻的采样电压Upv(k+1)是否大于k时刻的采样电压Upv(k)，如果是则进入步骤8，否则进入步骤9；
步骤8，按照下式计算k+1时刻的参考电压，并进入步骤11：
Uref(k+1)＝Uref(k)+ΔUref (4)
步骤9，按照下式计算k+1时刻的参考电压，并进入步骤11：
Uref(k+1)＝Uref(k)-ΔUref (5)
步骤10，判断k+1时刻的采样电压Upv(k+1)是否大于k时刻的采样电压Upv(k)，如果是则利用式(5)计算k+1时刻的参考电压，否则利用式(4)计算k+1时刻的参考电压；
步骤11，在步骤8、9和10得到k+1时刻的参考电压后，求取参考电压和k时刻的采样电压Upv(k)之间的电压差，将该电压差输入到PI控制器中得到k+1时刻光伏阵列的给定电流然后根据该电流确定步长D(k)，按照该步长进行最大功率点追踪控制。
CN201811197567.7A 2018-10-15 2018-10-15 一种光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法 Pending CN109062315A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811197567.7A CN109062315A (zh) 2018-10-15 2018-10-15 一种光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811197567.7A CN109062315A (zh) 2018-10-15 2018-10-15 一种光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109062315A true CN109062315A (zh) 2018-12-21

Family

ID=64764836

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811197567.7A Pending CN109062315A (zh) 2018-10-15 2018-10-15 一种光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109062315A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115185334A (zh) * 2022-08-04 2022-10-14 嘉兴学院 一种基于gru神经网络的光伏mppt方法
WO2023193452A1 (zh) * 2022-04-07 2023-10-12 深圳市正浩创新科技股份有限公司 光伏组件的最大功率追踪方法、装置及储能设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012014182A1 (en) * 2010-07-30 2012-02-02 Bitron S.P.A. Method and device for maximizing the electrical power produced by a generator, particularly a generator based on a renewable power source
CN102809980A (zh) * 2012-07-31 2012-12-05 东南大学 基于高效自适应扰动观察法的最大功率跟踪方法
CN103529900A (zh) * 2013-11-04 2014-01-22 苏州大学 一种mppt计算策略及控制方法以及光伏阵列发电系统
CN107742899A (zh) * 2017-11-10 2018-02-27 四川大学 一种准z源级联多电平逆变器并网控制方法
CN108121394A (zh) * 2016-11-29 2018-06-05 赵志刚 一种电流预测控制的自适应变步长最大功率跟踪方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012014182A1 (en) * 2010-07-30 2012-02-02 Bitron S.P.A. Method and device for maximizing the electrical power produced by a generator, particularly a generator based on a renewable power source
CN102809980A (zh) * 2012-07-31 2012-12-05 东南大学 基于高效自适应扰动观察法的最大功率跟踪方法
CN103529900A (zh) * 2013-11-04 2014-01-22 苏州大学 一种mppt计算策略及控制方法以及光伏阵列发电系统
CN108121394A (zh) * 2016-11-29 2018-06-05 赵志刚 一种电流预测控制的自适应变步长最大功率跟踪方法
CN107742899A (zh) * 2017-11-10 2018-02-27 四川大学 一种准z源级联多电平逆变器并网控制方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023193452A1 (zh) * 2022-04-07 2023-10-12 深圳市正浩创新科技股份有限公司 光伏组件的最大功率追踪方法、装置及储能设备
CN115185334A (zh) * 2022-08-04 2022-10-14 嘉兴学院 一种基于gru神经网络的光伏mppt方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Barra et al. Predictive direct power control for photovoltaic grid connected system: An approach based on multilevel converters
Melo et al. Proposal of a photovoltaic AC-module with a single-stage transformerless grid-connected boost microinverter
KR20160106046A (ko) 전력 변환 장치 및 3상 교류 전원 장치
Reddy et al. Design of hybrid solar wind energy system in a microgrid with MPPT techniques
Mao et al. Multilevel DC-link converter photovoltaic system with modified PSO based on maximum power point tracking
Adamidis et al. Three phase grid connected photovoltaic system with active and reactive power control using instantaneous reactive power theory
Palanisamy et al. Hysteresis SVM for coupled inductor z source diode clamped 3-level inverter based grid connected PV system
CN109062315A (zh) 一种光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法
Kanagaraj et al. Maximum Power Extraction Control Algorithm for Hybrid Renewable Energy System.
Abdelwahab et al. Experimental investigation and theoretical for the performance improvement of MPPT technique with PV systems connected to the grid
Lahouar et al. Comparative study between two and three-level topologies of grid connected photovoltaic converters
Sharma et al. Design of solar powered induction motor drive for pumping application
Mary et al. 3-Switch Single-Phase Inverter for PV System
Mahalakshmi et al. Reactive power control in microgrid by using Photovoltaic Generators
Sujitha et al. Grid tied PV system using modular multilevel inverter
Liu et al. Investigation of photovoltaic array simulators based on different kinds of PWM rectifiers
Nadine et al. Grid-connected solar PV with Active Power Filter Services for Power Quality Improvement
Bengourina et al. Direct power control of a grid connected photovoltaic system, associated with an active power filter
Rambo et al. Improving performance of the P&O MPPT using derivative of photovoltaic panel voltage
Cupertino et al. Modeling and design of a flexible solar array simulator topology
Yan et al. Development of simplified models for a single phase grid connected photovoltaic system
Patel et al. Modelling and Analysis of Grid Connected Three-Phase Photovoltaic Inverter
Kaleeswari et al. A modified power electronic converter topology for stand-alone photovoltaic power generation system
Arjun et al. A power electronic controller for PV-tied Grid-connected system with single parameter sensing for mppt using boost converter and line-commutated inverter
Sharma et al. Simulation of Grid Connected Solar power system and Harmonic reduction

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181221

RJ01 Rejection of invention patent application after publication