CN112148059A - 一种用于光伏发电站的mppt最大功率跟踪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于光伏发电站的MPPT最大功率跟踪方法，采用延时采样以及高频和低频分解方法，实现对信号中高斯白噪声滤除，电压和功率判断更加准确，提升了MPPT跟踪精确度，并且采用了多峰值检测，实现对峰值的记录和最大峰值跟踪回归，对控制输出采用的直接控制方法，减少了中间控制环路，增加了MPPT跟踪的速度，在短时间内完成调控和跟踪响应，动态调节能力更强，有效提升了光伏的跟踪效率，获得更高的经济效益。旨在解决现有技术中存在的光伏跟踪速度与精确度不高的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子的自动控制技术领域，尤其涉及一种用于光伏发电站的MPPT最大功率跟踪方法。
背景技术
当今时代是一个极速发展的时代，工业的极速扩张，加速了石油、碳等能源的消耗，在能源短缺的现状下，各国都加紧了新能源发展的步伐，扩大水电、风电、光伏、热电等各类新能源电站的建设。在发展低碳经济的大背景下，各国对光伏发电的认可度逐渐提高，据预测，太阳能光伏发电在21世纪会占据世界能源消费的重要席位，成为世界能源供应的主体之一。
随着工业发展扩张，用电侧负荷需求量激增，传统能源以水电、火电主为主导，火电由于污染大，耗能大，效率低，资源有限，逐渐在减少此类电站，水电对自然无污染，水能可再生，但需要特殊的地理位置，电力输送必须经过长距离传输，同时对环境造成一定的影响。而风能、光伏等新能源具有更好的环保性，对大自然的负面影响更小，这些新型能源的接入，极大缓解了主导能源的压力，成为电力系统中重要能源之一。
光伏发电具有以下优势：
1、太阳能资源取之不尽,用之不竭，容易获取,适合大、中、小型建设，大至集中型电站，小至屋顶光伏，应用十分广泛。
2、光伏发电的实现方法简单，安装简单，运维便利。
3、光伏发电不会产生环境污染.
但是光伏发电需要多晶硅进行光电转换，即便是最优的光伏板转换效率也只有百分之十几，因此光伏最大缺点是铺设面积大，光利用率不足。
因此，如何提高光伏的跟踪精确度，实现最大功率跟踪，进而提高光伏发电效率，是一个亟需解决的技术问题。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于光伏发电站的MPPT最大功率跟踪方法，旨在解决现有技术中存在的光伏跟踪速度与精确度不高的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出一种用于光伏发电站的MPPT最大功率跟踪方法，针对MPPT技术进行改进，以更快的跟踪速度和更准的跟踪精确度实现最大功率跟踪，从而提高光伏的发电效率，获得更高的收益。所述MPPT最大功率跟踪方法包括如下步骤：
根据当前光伏开路电压设定工作初始值；
对光伏输出信号进行数据采集和噪声抑制，利用卷积对采集信号进行高频和低频分解，将高频部分系数低于预设值的区域做零处理，并进行反变换；
计算光伏输出功率，根据功率变化率和电压变化率得到输出控制量；
对输出进行定时跨步扰动；
将dP低于设定门限值标记为MPPT点，将历史功率点钟最小功率替换为该MPPT点，根据MPPT点数值在历史功率中的数值大小控制输出；
根据获取的控制输出传输至硬件，并控制硬件的输出。
优选的，一种用于光伏发电站的MPPT最大功率跟踪方法，所述MPPT最大功率跟踪方法还包括延时采样步骤：
对光伏输出信号进行数据采集，将在惯性时间内采集的数据进行剔除舍弃，所述惯性时间为控制输出到硬件输出所需要的时间。
优选的，一种用于光伏发电站的MPPT最大功率跟踪方法，所述对采集信号进行高频和低频分解为：
其中：s：(n)为输入信号(采集电压或电流)；h(n)为卷积系数；f(n)为分解输出。
优选的，一种用于光伏发电站的MPPT最大功率跟踪方法，所述根据功率变化率和电压变化率得到输出控制量，对输出控制量进行调节，将当前控制保存为上次控制量，调节步骤具体为：
KV＝kp*dP/dU+KVlast
其中：kp为调节速率控制；dP为功率变化值；KVlast为上次控制量；KV为控制量。
优选的，一种用于光伏发电站的MPPT最大功率跟踪方法，所述根据MPPT点数值在历史功率中的数值大小控制输出具体包括如下步骤：如果新MPPT点在历史记录中为最大，则保持当前的控制，否则回归到历史记录中最大MPPT控制点。
优选的，一种用于光伏发电站的MPPT最大功率跟踪方法，所述MPPT最大功率跟踪方法还包括限定输出区间步骤，限定步骤具体为：根据光伏限定用以防止MPPT跟踪过度偏离的输出区间，避免MPPT出现在设定区域之外。
本发明中，采用延时采样以及高频和低频分解方法，实现对信号中高斯白噪声滤除，电压和功率判断更加准确，提升了MPPT跟踪精确度，并且采用了多峰值检测，实现对峰值的记录和最大峰值跟踪回归，对控制输出采用的直接控制方法，减少了中间控制环路，增加了MPPT跟踪的速度，在短时间内完成调控和跟踪响应，动态调节能力更强，有效提升了光伏的跟踪效率，获得更高的经济效益。旨在解决现有技术中存在的光伏跟踪速度与精确度不高的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本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示出的结构获得其他的附图。
图1为本实施例中理想的光伏输出特性示意图；
图2为光伏特性叠加产生峰值现象的光伏输出特性示意图；
图3为本实施例提供的MPPT最大功率跟踪方法流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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作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。
本发明提出了一种实施例，具体包括如下步骤：
根据光伏的输出特性：
其中k1和k2为拟合系数，经过拟合后系数值为：
k1：拟合系数，理想光伏特性取值0.0003
k2：拟合系数，理想光伏特性取值8.0004
Isc：短路电流
Uoc：开路电压
U：光伏电压
I：光伏电流 公式(1)
理想的光伏输出特性如图1，但是实际应用中，由于光伏板局部遮光、迎光面不同和各个光伏板自身差异，光伏特性并非如公式(1)特性曲线理想，而是会发生多光伏特性叠加，综合产生多峰值现象，如图2，本发明为了更优的进行光伏跟踪，如图3所示，采取以下步骤实现快速跟踪：
1、根据当前开路电压，设定工作初始值，可加快上电启动时MPPT跟踪。
2、延时采样，因为从控制输出到硬件输出所需要一定的惯性时间，这个过程中属于暂态过程，不利于MPPT跟踪判定，因而舍弃这部分数据。
3、数据采集和噪声抑制，滤除采集数据中的噪音，避免对后面MPPT判定造成影响。利用卷积对采集信号进行高频和低频分解，因为噪声信号离散性很大，主要分布在高频区域，将高频部分系数小的区域做归零处理，再进行反变换可以有效降噪而不损失原始有效信号，高频和低频系数如下：
低频系数：
-0.010597,0.032883,0.030841,-0.187035,-0.027984,0.630881,0.714846,0.230378；
高频系数：
-0.230378,0.714846,-0.630880,-0.0279837,0.187034,0.030841,-0.032883,-0.010597；
s：(n):输入信号(采集电压或电流)
h(n)：卷积系数
f(n)：分解输出 公式(2)
按照公式(2)进行计算并获得高低频率分量值。
4、光伏输出功率计算
5、根据功率变化率和电压变化率得到输出控制量和控制输出
KV＝kp*dP/dU+KVlast
kp:调节速率控制
dP：功率变化值
KVlast：上次控制量
KV：控制量 公式(3)
按照公式(3)对输出控制量进行调节，并将当前控制保存为上次控制量。
6、光伏板由于光照和自身差异化，存在如图1所示多峰情况，为了能够检测多峰值，进行定时跨步扰动，每隔一定时间输出进行一次跨步，由于改进后跟踪速度加快，能够短时间内再次跟踪上最大功率点，捕获跨步后的最大峰值点。
7、dP低于设定门限后视为一个MPPT点，历史记录中丢弃最小功率，并添加该MPPT点，如果新MPPT点在历史记录中为最大，则保持当前的控制，否则回归到历史记录中最大MPPT控制点。
8、根据光伏限定输出区间，设置该区间防止MPPT跟踪过度偏离，设定区域不易过于狭窄，避免MPPT出现在设定区域之外。
9、控制硬件输出。
现有MPPT常规跟踪方法包括：
1、扰动观测法
该方法的主要原理是不断的对电压进行扰动，扰动光伏电压Vref，然后进行电压电流闭环控制，经过一段时间后检测光伏输出功率来作为下次扰动的方向，该扰动方法跟踪性较好，但是存在两个控制环路，动态性不足，必须经过环路控制稳定后才能有效鉴定对功率方向的影响，如果扰动步长太小，无法正确判定出功率和电压相关性，如果步长太大，在跟踪上最大功率后，仍然来回扰动，损失较大，即便采取了变步长策略，步长对跟踪速度和跟踪准确度也是难以两得。
2、电导增量法
电导增量法是计算P和U导数，当导数为0是在MPPT处，当导数<0在MPPT左侧，当导数>0在MPPT右侧，以此来判定光伏Uref的方向，方法适用于光照快速变化的场合。缺点是其算法较复杂，对电压电流采样精度要求高，对扰动步长不易确定，不恰当的步长也会造成输出功率波动，跟踪稳定度较难控制。
在本实施例中，采用延时采样以及高频和低频分解方法，实现对信号中高斯白噪声滤除，电压和功率判断更加准确，提升了MPPT跟踪精确度，并且采用了多峰值检测，实现对峰值的记录和最大峰值跟踪回归，对控制输出采用的直接控制方法，减少了中间控制环路，增加了MPPT跟踪的速度，在短时间内完成调控和跟踪响应，动态调节能力更强，有效提升了光伏的跟踪效率，获得更高的经济效益。
本发明所揭露的方法、系统和模块，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的实施例仅是示意性的，例如，所述模块的划分，可以仅仅是一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以说通过一些接口，系统或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、制度存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种用于光伏发电站的MPPT最大功率跟踪方法，其特征在于，所述MPPT最大功率跟踪方法包括如下步骤：
根据当前光伏开路电压设定工作初始值；
对光伏输出信号进行数据采集和噪声抑制，利用卷积对采集信号进行高频和低频分解，将高频部分系数低于预设值的区域做零处理，并进行反变换；
计算光伏输出功率，根据功率变化率和电压变化率得到输出控制量；
对输出进行定时跨步扰动；
将dP低于设定门限值标记为MPPT点，将历史功率点钟最小功率替换为该MPPT点，根据MPPT点数值在历史功率中的数值大小控制输出；
根据获取的控制输出传输至硬件，并控制硬件的输出。
2.如权利要求1所述的一种用于光伏发电站的MPPT最大功率跟踪方法，其特征在于，所述MPPT最大功率跟踪方法还包括延时采样步骤：
对光伏输出信号进行数据采集，将在惯性时间内采集的数据进行剔除舍弃，所述惯性时间为控制输出到硬件输出所需要的时间。
3.如权利要求1所述的一种用于光伏发电站的MPPT最大功率跟踪方法，其特征在于，所述对采集信号进行高频和低频分解为：
其中：s：(n)为输入信号(采集电压或电流)；h(n)为卷积系数；f(n)为分解输出。
4.如权利要求3所述的一种用于光伏发电站的MPPT最大功率跟踪方法，其特征在于，所述根据功率变化率和电压变化率得到输出控制量，对输出控制量进行调节，将当前控制保存为上次控制量，调节步骤具体为：
KV＝kp*dP/dU+KVlast
其中：kp为调节速率控制；dP为功率变化值；KVlast为上次控制量；KV为控制量。
5.如权利要求4所述的一种用于光伏发电站的MPPT最大功率跟踪方法，其特征在于，所述根据MPPT点数值在历史功率中的数值大小控制输出具体包括如下步骤：如果新MPPT点在历史记录中为最大，则保持当前的控制，否则回归到历史记录中最大MPPT控制点。
6.如权利要求5所述的一种用于光伏发电站的MPPT最大功率跟踪方法，其特征在于，所述MPPT最大功率跟踪方法还包括限定输出区间步骤，限定步骤具体为：根据光伏限定用以防止MPPT跟踪过度偏离的输出区间，避免MPPT出现在设定区域之外。
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