CN113054663B - 基于自适应mppt的光伏系统间谐波抑制方法及系统 - Google Patents

基于自适应mppt的光伏系统间谐波抑制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种基于自适应MPPT的光伏系统间谐波抑制方法及系统，所述方案通过在对光照强度变化方向的判断当中引入光伏输出电流变化量，并结合传统MPPT算法形成自适应MPPT算法以准确判断光照强度变化，进而实现准确无飘移的追踪最大功率点；同时，所提自适应MPPT算法以MPPT算法输出的直流链电压参考值为输入变量，判断其值是否连续三次满足三点周期振荡特性，若满足表明追踪到新的最大功率点，系统则将扰动步长置为零，随之，进行在最大功率点的恒电压追踪，从而减少了在最大功率点附近的扰动；反之，依旧扰动追踪新的最大功率点。最后利用仿真验证所提抑制策略可以在保证MPPT效率的同时有效减少间谐波的注入，提高了电能质量。

Description

基于自适应MPPT的光伏系统间谐波抑制方法及系统
技术领域
本公开属于电力系统技术领域，尤其涉及一种基于自适应MPPT的光伏系统间谐波抑制方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
随着社会对能源和环境的关注度日益提高，世界各国高度重视新能源产业发展。近年来，我国新能源发展取得显著成果，其中光伏发电装机规模不断扩大，已成为促进新能源增长的中坚力量。近年来研究发现光伏并网系统中注入的间谐波会对电能质量产生严重影响。根据定义，间谐波是基频的非整数倍的频率成分。间谐波的大量注入会导致电压波动、次同步振荡和光闪烁等问题。间谐波的存在也会影响一些谐波检测设备，降低其检测精度。此外，间谐波电流会在导体中产生额外的热量，导致电气设备的负载能力降低和绝缘性能降低。对电能质量和电力系统的正常运行产生了严重的影响，造成了能源的浪费，因此有效抑制间谐波的注入是必要的。
目前研究发现光伏并网系统中采用的最大功率跟踪技术是导致间谐波注入的原因之一，并在一些商用光伏逆变器上通过实验已观察到由MPPT(Maximum Power PointTracking)引起的间谐波。此外，相关研究表明由MPPT引起的直流链路电压扰动传播到电网电流中，从而产生了间谐波。而MPPT的扰动步长和采样频率对扰动电压产生和传播有显著影响。
发明人发现，在扰动步长和采样频率的影响下，传统MPPT算法产生的扰动经逆变器作用会在光伏并网过程中注入大量间谐波。为有效抑制间谐波注入，国内外学者进行了大量的研究，有专家提出了三种间谐波抑制方案(即自适应增益、速率限制器和CVMPPT方法)来减少间谐波的注入，并仿真验证了三种方案的有效性。也有专家提出了随机采样的间谐波抑制方法，当MPPT进行每次扰动时，系统随机的选取采样频率，其有效地降低了输出间谐波电流幅值，但越来越多的间谐波分量被引入，给电网带来了潜在的污染和风险。此外，有学者提出一种协同控制控制抑制策略，通过移相使两个光伏系统的产生的MPPT扰动波动相反，继而使两个光伏并网系统因MPPT控制策略导致的直流侧扰动在交流侧产生的间谐波可以相互抵消，但当光伏并网系统数量为奇数时，其不能够使注入的间谐波两两相互抵消，减弱抑制效果。
MPPT算法的扰动步长和采样频率对MPPT效率也有着重要影响，在针对由MPTT扰动引起的间谐波进行抑制时，需要在保证MPPT效率的前提下有效抑制间谐波的注入。由于光照变化和MPPT算法的扰动都将引起输出功率变化，而传统的P&O MPPT算法并不能准确判断引起功率变化的原因，所以MPPT算法的实际表现易受光照变化等因素的影响。这一不足之处使P&O MPPT算法在光照变化时不能保证准确的追踪方向，而使追踪方向发生飘移。尤其是在光照快速变化时，这一问题更加突出，严重降低MPPT的效率。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提供了基于自适应MPPT的光伏系统间谐波抑制方法及系统，所述方案通过在对光照强度变化方向的判断当中引入光伏输出电流变化量，并结合传统MPPT算法形成自适应MPPT算法以准确判断光照强度变化，在保证高MPPT效率的同时，对间谐波的注入进行明显抑制，从而提升光伏并网系统的电能质量。
根据本公开实施例的第一个方面，提供了一种基于自适应MPPT的光伏系统间谐波抑制方法，包括：
获取光伏系统输出电压变化量和电流变化量，判断光照变化情况；
基于光照变化情况，采用自适应MPPT算法不断调整直流链路电压扰动追踪方向，避免追踪方向发生偏移，从而实现间谐波的抑制；
其中，所述自适应MPPT算法以直流链电压参考值作为输入，通过引入电流变化量来判断光照变化情况，实现扰动追踪与恒电压追踪的自适应切换；并判断直流链电压参考值是否连续三次满足三点周期震荡特性，若满足则表明追踪到新的最大功率点，将扰动步长置零，反之，将扰动步长恢复初始值，并根据电流变化量的方向来调整扰动追踪方向。
进一步的，所述自适应MPPT算法具体包括：
在光伏系统工作过程中连续采样直流链电压参考值；
当连续采样直流链电压参考值并记录四次，对其进行一次是否满足三点周期振荡特性的判断；
当直流链电压参考值连续三次满足三点周期振荡特性时，光伏系统追踪到新的最大功率点，将MPPT的扰动步长置零；
反之，将扰动步长恢复初始值，并根据电流变化量的方向来调整扰动追踪方向，继续追踪最大功率点。
进一步的，所述实现扰动追踪与恒电压追踪的自适应切换采用如下公式：
Figure BDA0002995060690000031
其中，Udcref、ΔU分别为参考电压值和扰动步长；dV和dI分别为电压变化量和电流变化量；sign为符号函数来判断输出功率变化量dP与输出电压变化量dV的变化是否同向。
根据本公开实施例的第二个方面，提供了一种基于自适应MPPT的光伏系统间谐波抑制系统，包括：
光照变化判断单元，其用于获取光伏系统输出电压变化量和电流变化量，判断光照变化情况；
扰动追踪单元，其用于基于光照变化情况，采用自适应MPPT算法不断调整直流链路电压扰动追踪方向，避免追踪方向发生偏移，从而实现间谐波的抑制；
其中，所述自适应MPPT算法以直流链电压参考值作为输入，通过引入电流变化量来判断光照变化情况，实现扰动追踪与恒电压追踪的自适应切换；并判断直流链电压参考值是否连续三次满足三点周期震荡特性，若满足则表明追踪到新的最大功率点，将扰动步长置零，反之，将扰动步长恢复初始值，并根据电流变化量的方向来调整扰动追踪方向。
根据本公开实施例的第三个方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的基于自适应MPPT的光伏系统间谐波抑制方法。
根据本公开实施例的第四个方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述的基于自适应MPPT的光伏系统间谐波抑制方法。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
本公开所述方案通过在对光照强度变化方向的判断当中引入光伏输出电流变化量，并结合传统MPPT算法形成自适应MPPT算法以准确判断光照强度变化，进而实现准确无飘移的追踪最大功率点；同时，所提自适应MPPT算法以MPPT算法输出的直流链电压参考值为输入变量，判断其值是否连续三次满足三点周期振荡特性，若满足表明追踪到新的最大功率点，系统则将扰动步长置为零，随之，进行在最大功率点的恒电压追踪，从而减少了在最大功率点附近的扰动；反之，依旧扰动追踪新的最大功率点。最后利用仿真验证所提抑制策略可以在保证MPPT效率的同时有效减少间谐波的注入，提高了电能质量。
本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例一中所述的一个典型的三相光伏并网系统及其控制结构示意图；
图2为本公开实施例一中所述的传统P&O MPPT算法在光照变化时的追踪控制
图3为本公开实施例一中所述的直流链电压的三点周期振荡示意图；
图4为本公开实施例一中所述的所提解决光照追踪问题分析结果示意图；
图5为本公开实施例一中所述的自适应MPPT算法流程图；
图6为本公开实施例一中所述的直流链电压的三点周期振荡特征示意图；
图7为本公开实施例一中所述的采用传统P&O MPPT算法的直流链电压波形和交流电流波形示意图；
图8为本公开实施例一中所述的采用传统P&O MPPT算法的输出电流频谱分析结果示意图；
图9为本公开实施例一中所述的采用传统P&O MPPT算法的光伏输出功率与MPPT效率结果示意图；
图10为本公开实施例一中所述的采用所提自适应MPPT算法的直流链电压波形和交流电流波形示意图；
图11为本公开实施例一中所述的采用所提自适应MPPT算法的输出电流频谱分析结果示意图；
图12为本公开实施例一中所述的采用所提自适应MPPT算法的光伏输出功率与MPPT效率结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本实施例使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一：
本实施例的目的是提供一种基于自适应MPPT的光伏系统间谐波抑制方法。
一种基于自适应MPPT的光伏系统间谐波抑制方法，包括：
获取光伏系统输出电压变化量和电流变化量，判断光照变化情况；
基于光照变化情况，采用自适应MPPT算法不断调整直流链路电压扰动追踪方向，避免追踪方向发生偏移，从而实现间谐波的抑制；
其中，所述自适应MPPT算法以直流链电压参考值作为输入，通过引入电流变化量来判断光照变化情况，实现扰动追踪与恒电压追踪的自适应切换；并判断直流链电压参考值是否连续三次满足三点周期震荡特性，若满足则表明追踪到新的最大功率点，将扰动步长置零，反之，将扰动步长恢复初始值，并根据电流变化量的方向来调整扰动追踪方向。
具体的，为了便于理解，以下结合附图对本公开所述方案进行详细说明：
本实施例中首先构建了光伏并网系统及其控制模型，其次分别针对传统MPPT算法在对最大功率点的追踪过程中导致的漂移与间谐波注入问题的产生机理进行解析。随之，本实施例通过在对光照强度变化方向的判断当中引入光伏输出电流变化量，并结合传统MPPT算法形成自适应MPPT算法以准确判断光照强度变化，进而实现准确无飘移的追踪最大功率点；同时，所提自适应MPPT算法以MPPT算法输出的直流链电压参考值为输入变量，判断其值是否连续三次满足三点周期振荡特性，若满足表明追踪到新的最大功率点，系统则将扰动步长置为零，随之，进行在最大功率点的恒电压追踪，从而减少了在最大功率点附近的扰动；反之，依旧扰动追踪新的最大功率点。最后利用仿真验证所提抑制策略可以在保证MPPT效率的同时有效减少间谐波的注入，提高了电能质量，以下进行详细说明：
(一)光伏发电系统及其MPPT控制
(1)光伏发电并网及其控制结构
一个典型的三相光伏并网系统及其控制结构如图1所示。光伏阵列的输出经并网逆变器转换并传递至电网交流测。系统控制由最大功率追踪控制和逆变器控制两部分组成。系统详细参数如表1所示。
MPPT控制以光伏阵列的输出电压值Udc和输出电流值iPV为输入，输出直流链电压参考值Udcref作为逆变器控制的直流指令电压。
逆变器控制采用电流内环控制和直流链电压外环控制结合的传统双闭环控制，直流链电压外环控制以光伏输出电压和MPPT控制输出的直流链电压参考值作为输入,并由比例积分(PI)控制器反馈控制生成的逆变器输出参考电流值idref。电流内环控制以电流值为输入，同时以电压外环控制得到的电流参考值为基准，最后通过PI控制器、前馈解耦等过程将电流输入电网侧。
(2)传统MPPT算法对最大功率点的追踪分析
为保证光伏阵列实现最大功率的输出，传统的P&O MPPT算法因其简单实用的特点被不断改进以提升光伏发电效率。传统P&O MPPT算法是在计算光伏输出功率变化量与光伏输出电压变化量的基础上判断二者是否同向以寻找最大功率点。当光照变化时，传统的P&OMPPT算法通过扰动步长不断调整工作电压，以实现重新追踪最大功率点，传统P&O MPPT算法的扰动追踪原理为：
Figure BDA0002995060690000071
式中：Udcref、ΔU分别为参考电压值和扰动步长；sign为符号函数来判断输出功率变化量dP与输出电压变化量dV的变化是否同向。
传统P&O MPPT算法在光照变化尤其是快速变化时的追踪方向会发生漂移，飘移追踪过程如图2所示。当光照强度为300W/m2且保持不变时，系统工作点围绕a、b、c三点形成三点周期振荡状态。当工作点在c点的光照强度增加时，会导致工作点由c点变化到d点。由于此时dP与dV同时大于零，所以参考电压继续增加一个扰动步长，从而使工作点开始飘移至e点。而后由于在e点光照强度继续增加使工作点变化至f点，而此时dP与dV依然同时大于零，所以参考电压继续保持增加，此时工作点飘移至g点。在g点光照不变后，工作点开始逐步追踪至在光照强度为1000W/m2下的最大功率点j，并最终在k、j、i三点形成三点周期振荡。
(3)稳态时传统MPPT算法的追踪输出振荡特性及其影响
当光照强度恒定时，系统在追踪到最大功率点后，由于受其扰动步长和采样频率的影响，在b、j两点即最大功率点附近的MPPT扰动会呈现出三点周期振荡特性。其振荡特性如图3中所示，这种振荡扰动的存在会导致在光伏发电并网系统中注入大量的间谐波。
Tmppt，ΔU、Umpp分别为扰动步长和最大功率点电压。Udcref可以通过傅里叶级数展开表示为
Figure BDA0002995060690000081
Figure BDA0002995060690000082
式中：ω为角频率，ω＝π2Tmppt；2ΔU/π、φn分别为各次频率分量的幅值和相位角。直流电流可以表示为
Figure BDA0002995060690000083
式中：idcn、
Figure BDA0002995060690000085
分别为各次频率分量的幅值和相位角。
由式(2)可知，在直流链电压周期性扰动中存在各次频率分量。这些频率分量经过逆变器传递至交流侧，在逆变器输出电流中以间谐波的形式出现。
三相瞬时电流可以通过Park变换得到
Figure BDA0002995060690000084
由式(4)、(5)可得逆变器的三相输出电流为
Figure BDA0002995060690000091
由式(6)可知，除了基波分量外，还存在角频率
为ωs+nω和ωs-nω的间谐波分量。
在之前的研究中已经表明，当直流链电压扰动经逆变器作用后，其输出电流中包含基波分量，以及两个频率之和或差为基频两倍的其他分量。这些其他分量的振幅相同，但相角不同，呈现出间谐波性质。并通过建立间谐波分析模型验证了MPPT扰动步长只会影响间谐波的幅值，而采样频率则会影响间谐波的幅值与频率分量。
(二)基于自适应MPPT算法的间谐波抑制策略
经以上分析可知，传统MPPT算法在追踪最大功率点过程中产生的飘移问题会造成对最大功率点的追踪混乱，无法快速准确找到最大功率点，严重影响MPPT的效率。同时，追踪中导致的直流链电压扰动会造成间谐波的大量注入，降低电能质量。因此为有效提升光伏发电系统的MPPT效率与电能质量，本实施例提出了一种基于自适应MPPT算法的间谐波抑制策略。详细的自适应MPPT算法介绍如下，控制算法流程如图5所示。
在实施例中，dV、dI分别为光伏输出电压变化量和光伏输出电流变化量，由图4可知，当光照处于其中一个稳定的光照条件下即图中一条特定的I-V曲线时，无论系统工作点如何变化，两个变化量dV和dI均未保持相同的变化方向。只有当光照变化时，dV和dI才同时处于相同的变化方向。如在c点光照增强，导致工作点从c点到d点时，dV和dI的变化才均为正向。因此可以将dI引入到对光照变化方向的判断之中，当dV和dI的乘积大于零，而dI大于零时，此时表明光照增强。反之，当dV与dI的乘积大于零，而dI小于零时，此时表明光照减弱。基于此可以准确地判断出光照变化情况，随之，系统根据判断结果不断调整追踪扰动方向，直至找到新的最大功率点，从而解决了追踪方向飘移的问题，提升了跟踪性能和MPPT效率。
在光照强度恒定的情况下，传统的MPPT算法在最大功率点附近形成的三点周期振荡特性由图6可知，中点电压值u2＝u4，|u1-u3|为2倍的扰动步长ΔU和|u1-u2|为扰动步长ΔU,如式7所示。当直流链电压参考值连续三次满足以上条件时，可以判定找到新的最大功率点，随之系统将扰动步长置为0，进行在最大功率点处的恒电压追踪，减少了扰动，从而抑制间谐波的注入。
Figure BDA0002995060690000101
因此本实施例结合传统MPPT追踪方法，通过引入dI来准确判断光照的变化，实现扰动追踪与恒电压追踪的自适应切换，从而形成自适应MPPT算法，如式8所示。
Figure BDA0002995060690000102
所提自适应MPPT算法以直流链电压参考值为输入变量，通过判断其值是否连续满足三点周期振荡特性，从而判断是否找到新的最大功率点，相较于使用实际光伏输出电压进行判断，使用电压参考值可以避免考虑实际误差存在的影响，从而不用增加容许误差的设定，降低了技术的复杂性。此外，参考电压值为标准电压值，光伏实际输出电压值与之保持一致变化，所以通过直流链电压参考值可以更准确的判断扰动电压是否满足三点周期振荡特性。
具体的自适应MPPT算法流程为：在系统工作过程中连续采样直流链电压参考值Udcref，当连续采样直流链电压参考值并记录四次就对其进行是否满足三点周期振荡特性的判断。详细的算法流程如图5所示，图中cnt*是用来计数满足三点周期振荡特性次数的计数值，当直流链电压参考值满足三次三点周期振荡特性时，cnt*将增加1。当cnt*连续增加等于3且三个周期振荡的中点电压满足u2＝u4＝u2 *＝u4 *＝u2 **＝u4 **时，光伏系统追踪到新的最大功率点。随之，MPPT的扰动步长ΔU将会被设定为零，在光照强度不变化的情况下，系统始终采用恒电压追踪方法使直流链电压参考值始终保持在最大功率点电压处。当光照变化即dV与dI乘积大于零时，则将自适应的由恒电压追踪切换为扰动追踪，扰动步长恢复初始值，并根据dI变化方向来调整扰动追踪方向。
综上，所提自适应MPPT算法可以实现准确无飘移的追踪最大功率点，同时实现在最大功率点处的恒电压追踪，减少了直流链电压的扰动。因此，所提基于自适应MPPT算法的光伏并网系统间谐波抑制策略可以保证系统快速找到最大功率点，使MPPT效率得到保证。同时，由于MPPT造成的扰动被停止，可以有效抑制间谐波的注入，提升了光伏发电电能质量。
本实施例中MPPT的效率可以详细量化为：
Figure BDA0002995060690000111
式中，Epv、Empp分别为光伏系统实际产生的能量的和理论上一直保持最大功率运行产生的能量；Ppv(t)、Pmpp(t)分别为实际运行过程中光伏板输出的功率和系统持续运行在Umpp时输出的最大功率。实际运行过程中光伏输出的功率为：
Figure BDA0002995060690000112
系统持续运行在Vmpp时所输出的最大功率为：
Figure BDA0002995060690000121
式中，I0为二极管D的反向饱和电流；q、n、k分别为电子电荷、二极管因子和玻尔兹曼常数(焦耳每开尔文)；T、γ分别是光伏板温度(开尔文)和比例系数；Vmpp(t)、Vpv(t)分别为最大功率点电压,和实际的光伏输出电压。
(三)仿真与验证
为验证所提抑制策略在抑制间谐波注入以及提升MPPT效率方面的有效性，依据前文所建立的光伏并网系统结构，按照表1系统仿真参数，利用Matlab/Simulink搭建系统仿真模型。仿真验证过程中考虑两种不同工况来对比验证所提基于自适应MPPT算法的间谐波抑制策略的有效性。
工况A采用传统的P&O MPPT算法，工况B采用所提自适应MPPT算法，在两种工况中模拟相同的光照变化过程，考虑飘移问题在当照迅速变化时会更加严重，为保证验证的可信性，光照变化过程为梯形变化，具体设定如下：仿真时长0s-2.7s时，光照强度为300W/m2；仿真时长2.7s-2.9s时，光照强度
由300W/m2增加至1000W/m2；仿真时长2.9s-5.6s时，光照强度为1000W/m2；仿真时长5.6s-5.7s时，光照强度由1000W/m2减少至300W/m2；仿真时长5.7s-9s时，光照强度为300W/m2。工况A：在该工况下，系统采用传统的P&O MPPT算法来追踪最大功率点。逆变器直流链电压和交流侧电流如图7所示。由图可知，系统在找到最大功率点后，会在最大功率点附近形成一个扰动大小为5V的三点周期振荡。对逆变器输出电流进行的快速傅里叶变换(FFT)频谱分析如图8所示。从图中可知，采用5V扰动步长的传统P&O MPPT算法的谐波畸变率THD为4.50％，其中在频率为45hz处间谐波电流幅值达到0.29A。
工况B：在该工况下，系统采用所提自适应MPPT算法来快速追踪最大功率点并抑制间谐波的注入。逆变器的直流链电压和交流侧电流如图10所示。图中当直流链电压连续三个扰动周期满足三点周期振荡特性时，自适应MPPT算法停止在最大功率点附近的扰动，进行在最大功率点处的恒电压追踪。同时，通过与图7对比可知，在光照不发生变化时光伏系统稳定工作在最大功率点的时间更久。逆变器输出电流的FFT频谱分析如图11所示。由图可知，采用所提自适应MPPT算法的谐波畸变率THD为3.35％，其中在频率为45Hz处间谐波电流幅值为0.032A。
由图7(a)和图10(a)可知，当光照增强时，采用所提自适应MPPT算法找到最大功率点所需时间比采用传统的P&O MPPT算法找到最大功率点所需时间减少0.6s。此外在图9和图12中黑色曲线和红色曲线分别代表理论光伏输出功率和实际光伏输出功率，通过对比两图可知，所提自适应MPPT算法可以更好地跟随理论光伏输出功率的变化，并且MPPT效率由99.53％提高至99.82％，使MPPT的效率得到保证。
因此，依据仿真结果可知所提基于自适应MPPT算法的间谐波抑制策略在保证高MPPT效率的同时，还可以对间谐波的注入有明显的抑制作用，从而有效地提升光伏并网系统的电能质量。
实施例二：
本实施例的目的是提供一种基于自适应MPPT的光伏系统间谐波抑制系统。
一种基于自适应MPPT的光伏系统间谐波抑制系统，包括：
光照变化判断单元，其用于获取光伏系统输出电压变化量和电流变化量，判断光照变化情况；
扰动追踪单元，其用于基于光照变化情况，采用自适应MPPT算法不断调整直流链路电压扰动追踪方向，避免追踪方向发生偏移，从而实现间谐波的抑制；
其中，所述自适应MPPT算法以直流链电压参考值作为输入，通过引入电流变化量来判断光照变化情况，实现扰动追踪与恒电压追踪的自适应切换；并判断直流链电压参考值是否连续三次满足三点周期震荡特性，若满足则表明追踪到新的最大功率点，将扰动步长置零，反之，将扰动步长恢复初始值，并根据电流变化量的方向来调整扰动追踪方向。
在更多实施例中，还提供：
一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例一中所述的方法。为了简洁，在此不再赘述。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例一中所述的方法。
实施例一中的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
上述实施例提供的一种基于自适应MPPT的光伏系统间谐波抑制方法及系统可以实现，具有广阔的应用前景。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种基于自适应MPPT的光伏系统间谐波抑制方法，其特征在于，包括：
获取光伏系统输出电压变化量和电流变化量，判断光照变化情况；
基于光照变化情况，采用自适应MPPT算法不断调整直流链路电压扰动追踪方向，避免追踪方向发生偏移，从而实现间谐波的抑制；
其中，所述自适应MPPT算法以直流链电压参考值作为输入，通过引入电流变化量来判断光照变化情况，实现扰动追踪与恒电压追踪的自适应切换；并判断直流链电压参考值是否连续三次满足三点周期震荡特性，若满足则表明追踪到新的最大功率点，将扰动步长置零，反之，将扰动步长恢复初始值，并根据电流变化量的方向来调整扰动追踪方向；
所述自适应MPPT算法具体包括：在光伏系统工作过程中连续采样直流链电压参考值；当连续采样直流链电压参考值并记录四次就对其进行一次是否满足三点周期振荡特性的判断；当直流链电压参考值连续三次满足三点周期振荡特性时，光伏系统追踪到新的最大功率点，将MPPT的扰动步长置零；反之，将扰动步长恢复初始值，并根据电流变化量的方向来调整扰动追踪方向，继续追踪最大功率点；
所述光伏系统追踪到新的最大功率点，将MPPT的扰动步长置零后，在光照强度不变化的情况下，光伏系统始终采用恒电压追踪方法使直流链电压参考值始终保持在最大功率点电压处；
当光照发生变化时，则将自适应的由恒电压追踪切换为扰动追踪，扰动步长恢复初始值，并根据电流变化量的方向来调整扰动追踪方向。
2.如权利要求1所述的一种基于自适应MPPT的光伏系统间谐波抑制方法，其特征在于，所述实现扰动追踪与恒电压追踪的自适应切换采用如下公式：
Figure FDA0004077311920000021
其中，Udcref、ΔU分别为参考电压值和扰动步长；dV和dI分别为电压变化量和电流变化量；sign为符号函数来判断输出功率变化量dP与输出电压变化量dV的变化是否同向。
3.一种基于自适应MPPT的光伏系统间谐波抑制系统，其特征在于，包括：
光照变化判断单元，其用于获取光伏系统输出电压变化量和电流变化量，判断光照变化情况；
扰动追踪单元，其用于基于光照变化情况，采用自适应MPPT算法不断调整直流链路电压扰动追踪方向，避免追踪方向发生偏移，从而实现间谐波的抑制；
其中，所述自适应MPPT算法以直流链电压参考值作为输入，通过引入电流变化量来判断光照变化情况，实现扰动追踪与恒电压追踪的自适应切换；并判断直流链电压参考值是否连续三次满足三点周期震荡特性，若满足则表明追踪到新的最大功率点，将扰动步长置零，反之，将扰动步长恢复初始值，并根据电流变化量的方向来调整扰动追踪方向；
所述自适应MPPT算法具体包括：在光伏系统工作过程中连续采样直流链电压参考值；当连续采样直流链电压参考值并记录四次就对其进行一次是否满足三点周期振荡特性的判断；当直流链电压参考值连续三次满足三点周期振荡特性时，光伏系统追踪到新的最大功率点，将MPPT的扰动步长置零；反之，将扰动步长恢复初始值，并根据电流变化量的方向来调整扰动追踪方向，继续追踪最大功率点；
所述光伏系统追踪到新的最大功率点，将MPPT的扰动步长置零后，在光照强度不变化的情况下，光伏系统始终采用恒电压追踪方法使直流链电压参考值始终保持在最大功率点电压处；
当光照发生变化时，则将自适应的由恒电压追踪切换为扰动追踪，扰动步长恢复初始值，并根据电流变化量的方向来调整扰动追踪方向。
4.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-2任一项所述的一种基于自适应MPPT的光伏系统间谐波抑制方法。
5.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-2任一项所述的一种基于自适应MPPT的光伏系统间谐波抑制方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114035644B (zh) * 2021-10-21 2023-07-11 西安理工大学 一种改进p&o法消除光伏发电系统稳态振荡的控制方法
CN116093980B (zh) * 2023-04-10 2023-06-16 西南交通大学 一种零振荡发电系统稳态方法、装置、设备及介质

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111193287A (zh) * 2020-01-16 2020-05-22 长沙理工大学 基于陷波器和比例谐振控制器的光伏并网控制方法及系统

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104102270A (zh) * 2014-06-20 2014-10-15 北京京东方能源科技有限公司 最大功率点跟踪方法及装置、光伏发电系统
CN106444957B (zh) * 2016-12-07 2018-06-26 东北大学 一种基于自适应三步长的光伏最大功率点跟踪方法
CN110275564B (zh) * 2019-06-03 2021-06-08 济南大学 光伏最大功率跟踪优化控制方法、系统、介质及设备

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111193287A (zh) * 2020-01-16 2020-05-22 长沙理工大学 基于陷波器和比例谐振控制器的光伏并网控制方法及系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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孙玉巍 ; 李永刚 ; 刘教民 ; 付超 ; 田艳军 ; .级联式电力电子变压器协调控制策略.中国电机工程学报.2018,(第05期),全文. *

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