CN113359940B - 一种光伏阵列的最大功率点追踪方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光伏阵列的最大功率点追踪方法及系统，通过研究光伏阵列的峰值特点，将所述光伏阵列的峰值分为三种分布类型，分别为：最大功率点位于P‑V特性曲线的两个局部峰值点中间；最大功率点位于P‑V特性曲线的最左侧；最大功率点位于P‑V特性曲线的最右侧。通过本发明的追踪方法，可以追踪到几个连续峰值，根据所述连续峰值即可判断光伏阵列的峰值属于哪种分布类型，进而可以追踪到光伏阵列的最大功率点。解决了传统峰值确定法在复杂光照下不能追踪到最大功率点的缺陷。而且本发明通过修改参考电压避免了在整个搜索空间寻优，在避免繁杂的迭代计算的同时，大幅提高了追踪效率及追踪速度。

Description

一种光伏阵列的最大功率点追踪方法及系统

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阵列的最大功率点追踪方法及系统。

背景技术

化石能源污染环境、且其储量日益减少，太阳能作为可再生的清洁能源受到了广泛关注，由此诞生了光伏发电系统。其中，光伏阵列由多个光伏组件串并联组成，但由于外界环境的影响，如光照强度、云彩、树木等，导致光伏组件受到的光照不同，使各光伏组件输出电流、电压不同，输出小的光伏组件会消耗功率产生热斑现象。为避免热斑现象给各光伏组件并联二极管，导致光伏阵列输出呈现多峰状态，不能以最大功率输出，产生了较大的功率损耗，变相增加了光伏发电系统的成本。

因此，如何确定光伏阵列的最大功率点使光伏阵列以最大功率输出，成为本领域当前要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种光伏阵列的最大功率点追踪方法及系统，通过微处理器处理光伏阵列输出数据得到光伏阵列的最大功率点，从而使光伏阵列输出功率最大化。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种光伏阵列的最大功率点追踪方法，该方法包括：

获取光伏阵列输出的电压和电流；

利用峰值点确定法连续的追踪所述光伏阵列输出的电压和电流对应的功率峰值点，并将第一个峰值点对应的功率和电压记为第一功率和第一电压；

判断所述第一电压与补偿电压的和是否大于所述光伏阵列的最大输出电压，得到第一判断结果；

当所述第一判断结果为否时，根据所述第一电压确定第一参考电压；

根据所述第一参考电压，利用所述峰值点确定法追踪到下一峰值点，并将所述下一峰值点对应的功率、和电压记为第二功率和第二电压；

判断第一功率是否大于第二功率，得到第二判断结果；

当所述第二判断结果为否时，将所述第一功率记为第三功率，所述第一电压记为第三电压，并将所述第二功率记为第一功率，所述第二电压记为第一电压；并返回步骤“判断所述第一电压与补偿电压的和是否大于所述光伏阵列的最大输出电压”；

当所述第一判断结果为是或当所述第二判断结果为是时，判断所述第三功率是否大于0，得到第三判断结果；

当所述第三判断结果为否时，判断所述第一电压与补偿电压的差是否小于所述光伏阵列的最小输出电压，得到第四判断结果；

当所述第四判断结果为否时，根据所述第一电压确定第二参考电压，并返回步骤“利用所述峰值点确定法追踪到下一峰值点”；

当所述第三判断结果为是或所述第四判断结果为是时，确定第一功率为最大功率点。

可选的，所述峰值点确定法为扰动观察法、电导增量法、人工智能算法或复合算法中的一种。

可选的，所述补偿电压为0.8倍的光伏组件开路电压。

可选的，所述第一参考电压的计算方法为：

Vref₁＝V1+Voc

其中，Vref₁为第一参考电压，V1为第一电压，Voc为光伏组件开路电压。可选的，所述第二参考电压的计算方法为：

Vref₂＝V1-Voc

其中，Vref₂为第二参考电压，V1为第一电压，Voc为光伏组件开路电压。

本发明还提供了一种光伏阵列的最大功率点追踪系统，该系统包括：

电压电流获取模块，用于获取光伏阵列输出的电压和电流；

第一功率第一电压获取模块，用于利用峰值点确定法连续的追踪所述光伏阵列输出的电压和电流对应的功率峰值点，并将第一个峰值点对应的功率和电压记为第一功率和第一电压；

第一判断模块，用于判断所述第一电压与补偿电压的和是否大于所述光伏阵列的最大输出电压；

第一参考电压确定模块，用于根据所述第一电压确定第一参考电压；

第二功率第二电压获取模块，用于根据所述第一参考电压，利用所述峰值点确定法追踪到下一峰值点，并将所述下一峰值点对应的功率、和电压记为第二功率和第二电压；

第二判断模块，用于判断第一功率是否大于第二功率；

数值互换模块，用于将所述第一功率记为第三功率，所述第一电压记为第三电压，并将所述第二功率记为第一功率，所述第二电压记为第一电压；

第三判断模块，用于判断所述第三功率是否大于0；

第四判断模块，用于判断所述第一电压与补偿电压的差是否小于所述光伏阵列的最小输出电压；

第二参考电压确定模块，用于根据所述第一电压确定第二参考电压；

最大功率点确定模块，用于确定第一功率为最大功率点。

可选的，所述峰值点确定法为扰动观察法、电导增量法、人工智能算法或复合算法中的一种。

可选的，所述补偿电压为0.8倍的光伏组件开路电压。

可选的，所述第一参考电压的计算方法为：

Vref₁＝V1+Voc

其中，Vref₁为第一参考电压，V1为第一电压，Voc为光伏组件开路电压。可选的，所述第二参考电压的计算方法为：

Vref₂＝V1-Voc

其中，Vref₂为第二参考电压，V1为第一电压，Voc为光伏组件开路电压。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种光伏阵列的最大功率点追踪方法及系统，通过研究光伏阵列的峰值特点，将所述光伏阵列的峰值分为三种分布类型，分别为：最大功率点位于P-V特性曲线的两个局部峰值点中间；最大功率点位于P-V特性曲线的最左侧；最大功率点位于P-V特性曲线的最右侧。通过本发明的追踪方法，可以追踪到几个连续峰值，根据所述连续峰值即可判断光伏阵列的峰值属于哪种分布类型，进而可以追踪到光伏阵列的最大功率点。解决了传统峰值确定法在复杂光照下不能追踪到最大功率点的缺陷。而且本发明通过修改参考电压避免了在整个搜索空间寻优，在避免繁杂的迭代计算的同时，大幅提高了追踪效率及追踪速度。

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获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的一种光伏阵列的最大功率点追踪方法的流程图；

图2a为最大功率点位于P-V特性曲线两个局部峰值点中间的情形；

图2b为最大功率点位于P-V特性曲线的最左侧的情形；

图2c为最大功率点位于P-V特性曲线的最右侧的情形；

图3为光伏发电系统的结构框图；

图4为本发明实施例2提供的一种伏阵列的最大功率点追踪系统的结构框图。

符号说明：

1、电压电流获取模块；2、第一功率第一电压获取模块；3、第一判断模块；4、第一参考电压确定模块；5、第二功率第二电压获取模块；6、第二判断模块；7、数值互换模块；8、第三判断模块；9、第四判断模块；10、第二参考电压确定模块；11、最大功率点确定模块。

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。

在复杂光照条件下，光伏阵列输出呈显出多峰特性。光伏阵列的输出有以下特点：输出功率随着输出电压改变而变化，而峰值点的分布具有连续递增或递减的趋势。即在最大功率点左侧，峰值点以此增大；在最大功率点右侧，峰值点依次递减。根据这个特点，光伏阵列输出特性可分为三种：第一种，最大功率点位于P-V特性曲线的两个局部峰值点中间；第二种，最大功率点位于P-V特性曲线的最左侧；第三种，最大功率点位于P-V特性曲线的最右侧。光伏阵列输出特性的三种分布情形如图2a、图2b和图2c所示。

本发明根据上述三种最大功率点分布，设计了一种光伏阵列的最大功率点追踪方法及系统，通过修改参考电压搜索峰值点，判断峰值点分布属于上述三种分布情形的哪一种，即可得到最大功率点。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

请参阅图1，本发明提供了一种光伏阵列的最大功率点追踪方法，该方法包括：

S1：获取光伏阵列输出的电压和电流；

S2：利用峰值点确定法连续的追踪所述光伏阵列输出的电压和电流对应的功率峰值点，并将第一个峰值点对应的功率和电压记为第一功率和第一电压；

S3：判断所述第一电压与补偿电压的和是否大于所述光伏阵列的最大输出电压，得到第一判断结果；

S4：当所述第一判断结果为否时，根据所述第一电压确定第一参考电压；

S5：根据所述第一参考电压，利用所述峰值点确定法追踪到下一峰值点，并将所述下一峰值点对应的功率、和电压记为第二功率和第二电压；

S6：判断第一功率是否大于第二功率，得到第二判断结果；

S7：当所述第二判断结果为否时，将所述第一功率记为第三功率，所述第一电压记为第三电压，并将所述第二功率记为第一功率，所述第二电压记为第一电压；并返回步骤“判断所述第一电压与补偿电压的和是否大于所述光伏阵列的最大输出电压”；

S8：当所述第一判断结果为是或当所述第二判断结果为是时，判断所述第三功率是否大于0，得到第三判断结果；

S9：当所述第三判断结果为否时，判断所述第一电压与补偿电压的差是否小于所述光伏阵列的最小输出电压，得到第四判断结果；

S10：当所述第四判断结果为否时，根据所述第一电压确定第二参考电压，并返回步骤“利用所述峰值点确定法追踪到下一峰值点”；

S11：当所述第三判断结果为是或所述第四判断结果为是时，确定第一功率为最大功率点。

在本实施中，所述峰值点确定法为扰动观察法、电导增量法、人工智能算法或复合算法中的一种。需要说明的是，在本发明中只是列举了以上几个峰值点确定法，对于其他能够确定峰值点的方法均在本发明的保护范围之内。

在步骤S3中，所述补偿电压为0.8倍的光伏组件开路电压。之所以将补偿电压设为0.8倍的光伏组件开路电压，是因为每个峰值点大概间隔光伏组件开路电压的0.8倍，判断所述第一电压与补偿电压的和是否大于所述光伏阵列的最大输出电压的目的是将检测的范围限制在光伏阵列最大输出电压内，避免跳出范围而引发错误；同时判断后面是否还存在其他峰值点。当然，在本实施例中是将补偿电压设为了0.8倍的光伏组件开路电压，对于其他数值的补偿电压，只要能够追踪到光伏阵列的最大功率点即可。

在本实施例中，所述第一参考电压的计算方法为：

Vref₁＝V1+Voc

其中，Vref₁为第一参考电压，V1为第一电压，Voc为光伏组件开路电压。所述第二参考电压的计算方法为：

Vref₂＝V1-Voc

其中，Vref₂为第二参考电压，V1为第一电压，Voc为光伏组件开路电压。

同样，对于第一参考电压和第二参考电压的选取，与补偿电压的选取一致，只要能够追踪到光伏阵列的最大功率点即可。

在实际应用时，当第一次判断第一功率P1是否大于第二功率P2时，若第二功率P2大于第一功率P1，则将第一功率P1记为第三功率P3，第一电压V1记为第三电压V3，并将第二功率P2记为第一功率P1，第二电压V2记为第一电压V1，也就是说将第一电压、第一功率与第二电压和第二功率的数据互换，使第一功率P1和第一电压V1始终保持最大功率峰值点的数据；然后判断V1+0.8*Voc是否大于光伏阵列的最大输出电压；如果此时V1+0.8*Voc仍小于光伏阵列最大输出电压，则将第一参考电压设为：Vref1＝V1+Voc，根据所述第一参考电压，采用扰动观察法找到第三个光伏阵列输出功率峰值点，并将第三个光伏阵列输出功率峰值点对应的功率、和电压记为第二功率P2和第二电压V2。

如果第二次判断第一功率P1是否大于第二功率P2时，若第一功率P1大于第二功率P2，说明属于光伏阵列输出特性的第一种情形，即最大功率点位于P-V特性曲线的两个局部峰值点中间，确定第一功率为最大功率点。

如果第一次判断第一功率P1是否大于第二功率P2时，若第一功率P1大于第二功率P2，按照光伏阵列输出特点，后续的功率峰值以此降低，所以属于光伏阵列输出特性的第二种情形，即最大功率点位于P-V特性曲线的最左侧。为了确保属于光伏阵列输出特性的第二种情形，判断V1-0.8*Voc是否小于光伏阵列的最小输出电压，若成立，确定第一功率为最大功率点；若不成立，说明之前有一个峰值点没有检测到，则第二参考电压设为：Vref2＝V1-Voc，根据所述第二参考电压，返回步骤“利用所述峰值点确定法追踪到下一峰值点”，重新开始追踪。

如果判断第一功率P1是否大于第二功率P2一直不成立，则属于光伏阵列输出特性的第三种情形，即最大功率点位于P-V特性曲线的最右侧。这时将会一直循环直到追踪到最后一个峰值点，此时由于V1+0.8*Voc大于光伏阵列的最大输出电压而跳出循环，进而得到最大功率点。

为了使光伏阵列以最大功率输出，通常在光伏阵列后接boost升压电路，通过控制boost电路的工作状态使光伏阵列输出功率最大化。具体结构如图3所示。Boost具有升压特性，其输出电压Vo与输入电压Vi有以下关系：

Vo＝Vi/(1-D)

其中D为图中控制信号所连开关管的占空比，等于开通时间Ton与周期Ts的比值。由于D一直小于1，因此可以实现升压。由此可以调节负载端的电压。同时，D在引起负载端电压变化的同时，改变外电路的阻抗大小，使其与光伏电池内阻匹配，就可以使光伏阵列以最大功率输出。

因此，光伏发电系统利用本发明的最大功率点追踪方法追踪到最大功率点后，可以确定对应的转换器占空比，根据所述转换器占空比，通过PWM调制可以得到升压电路的控制信号，进而可以使光伏阵列工作在最大功率点。

实施例2：

请参阅图4，本发明提供了一种光伏阵列的最大功率点追踪系统，该系统包括：

电压电流获取模块1，用于获取光伏阵列输出的电压和电流；

第一功率第一电压获取模块2，用于利用峰值点确定法连续的追踪所述光伏阵列输出的电压和电流对应的功率峰值点，并将第一个峰值点对应的功率和电压记为第一功率和第一电压；

第一判断模块3，用于判断所述第一电压与补偿电压的和是否大于所述光伏阵列的最大输出电压；

第一参考电压确定模块4，用于根据所述第一电压确定第一参考电压；

第二功率第二电压获取模块5，用于根据所述第一参考电压，利用所述峰值点确定法追踪到下一峰值点，并将所述下一峰值点对应的功率、和电压记为第二功率和第二电压；

第二判断模块6，用于判断第一功率是否大于第二功率；

数值互换模块7，用于将所述第一功率记为第三功率，所述第一电压记为第三电压，并将所述第二功率记为第一功率，所述第二电压记为第一电压；

第三判断模块8，用于判断所述第三功率是否大于0；

第四判断模块9，用于判断所述第一电压与补偿电压的差是否小于所述光伏阵列的最小输出电压；

第二参考电压确定模块10，用于根据所述第一电压确定第二参考电压；

最大功率点确定模块11，用于确定第一功率为最大功率点。

在本实施中，所述峰值点确定法为扰动观察法、电导增量法、人工智能算法或复合算法中的一种。

具体的，所述补偿电压为0.8倍的光伏组件开路电压。

具体的，所述第一参考电压的计算方法为：

Vref₁＝V1+Voc

其中，Vref₁为第一参考电压，V1为第一电压，Voc为光伏组件开路电压。具体的，所述第二参考电压的计算方法为：

Vref₂＝V1-Voc

其中，Vref₂为第二参考电压，V1为第一电压，Voc为光伏组件开路电压。

综上所述，本发明通过研究光伏阵列的峰值特点，将所述光伏阵列的峰值分为三种分布类型，分别为：最大功率点位于P-V特性曲线的两个局部峰值点中间；最大功率点位于P-V特性曲线的最左侧；最大功率点位于P-V特性曲线的最右侧。通过本发明可以追踪到几个连续峰值，根据所述连续峰值即可判断光伏阵列的峰值属于哪种分布类型，进而可以追踪到光伏阵列最大功率点。解决了传统峰值确定法在复杂光照下不能追踪到最大功率点的缺陷。而且本发明通过修改参考电压避免了在整个搜索空间寻优，在避免繁杂的迭代计算的同时，大幅提高了追踪效率及追踪速度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种光伏阵列的最大功率点追踪方法，其特征在于，包括：

获取光伏阵列输出的电压和电流；

利用峰值点确定法连续的追踪所述光伏阵列输出的电压和电流对应的功率峰值点，并将第一个峰值点对应的功率和电压记为第一功率和第一电压；

判断所述第一电压与补偿电压的和是否大于所述光伏阵列的最大输出电压，得到第一判断结果；

当所述第一判断结果为否时，根据所述第一电压确定第一参考电压；

根据所述第一参考电压，利用所述峰值点确定法追踪到下一峰值点，并将所述下一峰值点对应的功率、和电压记为第二功率和第二电压；

判断第一功率是否大于第二功率，得到第二判断结果；

当所述第二判断结果为否时，将所述第一功率记为第三功率，所述第一电压记为第三电压，并将所述第二功率记为第一功率，所述第二电压记为第一电压；并返回步骤“判断所述第一电压与补偿电压的和是否大于所述光伏阵列的最大输出电压”；

当所述第一判断结果为是或当所述第二判断结果为是时，判断所述第三功率是否大于0，得到第三判断结果；

当所述第三判断结果为否时，判断所述第一电压与补偿电压的差是否小于所述光伏阵列的最小输出电压，得到第四判断结果；

当所述第四判断结果为否时，根据所述第一电压确定第二参考电压，并返回步骤“利用所述峰值点确定法追踪到下一峰值点”；

当所述第三判断结果为是或所述第四判断结果为是时，确定第一功率为最大功率点。

2.根据权利要求1所述的光伏阵列的最大功率点追踪方法，其特征在于，所述峰值点确定法为扰动观察法、电导增量法、人工智能算法或复合算法中的一种。

3.根据权利要求1所述的光伏阵列的最大功率点追踪方法，其特征在于，所述补偿电压为0.8倍的光伏组件开路电压。

4.根据权利要求1所述的光伏阵列的最大功率点追踪方法，其特征在于，所述第一参考电压的计算方法为：

Vref₁＝V1+Voc

其中，Vref₁为第一参考电压，V1为第一电压，Voc为光伏组件开路电压。

5.根据权利要求1所述的光伏阵列的最大功率点追踪方法，其特征在于，所述第二参考电压的计算方法为：

Vref₂＝V1-Voc

其中，Vref₂为第二参考电压，V1为第一电压，Voc为光伏组件开路电压。

6.一种光伏阵列的最大功率点追踪系统，其特征在于，包括：

电压电流获取模块，用于获取光伏阵列输出的电压和电流；

第一功率第一电压获取模块，用于利用峰值点确定法连续的追踪所述光伏阵列输出的电压和电流对应的功率峰值点，并将第一个峰值点对应的功率和电压记为第一功率和第一电压；

第一判断模块，用于判断所述第一电压与补偿电压的和是否大于所述光伏阵列的最大输出电压；

第一参考电压确定模块，用于根据所述第一电压确定第一参考电压；

第二功率第二电压获取模块，用于根据所述第一参考电压，利用所述峰值点确定法追踪到下一峰值点，并将所述下一峰值点对应的功率、和电压记为第二功率和第二电压；

第二判断模块，用于判断第一功率是否大于第二功率；

数值互换模块，用于将所述第一功率记为第三功率，所述第一电压记为第三电压，并将所述第二功率记为第一功率，所述第二电压记为第一电压；

第三判断模块，用于判断所述第三功率是否大于0；

第四判断模块，用于判断所述第一电压与补偿电压的差是否小于所述光伏阵列的最小输出电压；

第二参考电压确定模块，用于根据所述第一电压确定第二参考电压；

最大功率点确定模块，用于确定第一功率为最大功率点。

7.根据权利要求6所述的光伏阵列的最大功率点追踪系统，其特征在于，所述峰值点确定法为扰动观察法、电导增量法、人工智能算法或复合算法中的一种。

8.根据权利要求6所述的光伏阵列的最大功率点追踪系统，其特征在于，所述补偿电压为0.8倍的光伏组件开路电压。

9.根据权利要求6所述的光伏阵列的最大功率点追踪系统，其特征在于，所述第一参考电压的计算方法为：

Vref₁＝V1+Voc

其中，Vref₁为第一参考电压，V1为第一电压，Voc为光伏组件开路电压。

10.根据权利要求6所述的光伏阵列的最大功率点追踪系统，其特征在于，所述第二参考电压的计算方法为：

Vref₂＝V1-Voc

其中，Vref₂为第二参考电压，V1为第一电压，Voc为光伏组件开路电压。

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