[发明专利]独立光伏发电系统用的最大功率点快速跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种独立光伏发电系统用的最大功率点快速跟踪方法，属于光伏发电系统的技术领域。

背景技术

太阳能作为一种可再生、无污染的绿色能源，在太阳能的有效利用当中，光伏发电是利用最灵活，也是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。由于太阳能电池的输出具有明显的非线性特性，并且其输出受到光照强度、环境温度和负载情况的影响，在一定的光照强度和环境温度下，太阳能电池可以工作在不同的的输出电压，但是只有在某一特定输出电压值时，太阳能电池的输出功率才能达到最大值，这一点就是输出功率电压曲线的顶点(Maximum Power Point，MPP)。为了实现光伏发电系统的功率输出最大化，需要对光伏电池的输出最大功率点进行跟踪，以保证在环境不断变化的情况下，可以实时调整太阳能电池的工作点，使之始终工作在最大功率点附近，这一过程就称之为最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)。

目前针对MPPT的方法有很多，如恒定电压控制法，短路电流法，扰动观测法，导纳增量法，模糊控制法，基于预测数据的最大功率跟踪方法等等。恒定电压控制法(CVT)采用将光伏电池输出电压控制在最大功率电压处，以保证光伏电池在整个工作过程中将近似工作在最大功率点处，目前最大功率跟踪算法中最常见的就是扰动观察(P&O)MPPT算法，该算法采用扰动光伏系统的输出电压的方式，判断扰动前后系统输出功率的变化情况，并按照使输出功率增加的原则来对系统进行控制。导纳增量法(IncCond)采用在最大功率点处有dP/dU＝0的特征，作为判定光伏电池是否工作在最大功率点的依据，并对系统进行相应的控制，其他跟踪算法介绍略。

这些算法基本上都通过改变DC-DC电路的开关管占空比来调节组件输出的等效负载大小，使得组件工作在最大功率点处，从而实现了最大功率点的实时跟踪，但是他们共同存在的一个缺陷就是，为了在任何温度和日照条件下都能准确跟踪太阳能电池的最大功率，实现较佳的追踪效果，在提高控制的精度的同时不断的增加算法的复杂度和硬件结构的复杂度从而也造成制作成本的上升，并且最关键的是，他们所采用的对最大功率点的追踪是实时的，实时追踪的过程实际上是一个功率寻优的过程。由于在寻优过程中不断地调整参考电压，因此，太阳电池的工作点始终在最大功率点附近振荡，无法稳定工作在最大功率点上，而且对系统的输出功率进行不断的振荡扰动势必会增加电压电流波动造成的额外的能量损耗，极大的增加了控制出错的概率。同时，当日照强度快速变化时，参考电压调整方向很有可能发生错误，产生控制算法的跑偏出错。这也是目前使用较多的扰动观察法在算法稳定性方面的致命缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种独立光伏发电系统用的最大功率点快速跟踪方法，被测参数少，运算方便，能提高扰动观察法在算法的稳定性。

本发明为达到上述目的的技术方案是：一种独立光伏发电系统用的最大功率点快速跟踪方法，其特征在于：按以下步骤进行：

(1)、采集光伏电池组件的开路电压值Uoc及当前环境温度T1，设定启动扰动观察算法的指令电压值Uo，其中Uo＝(0.75～0.80)×Uoc，控制光伏电池组件的扰动起点输出电压值U(k)从开路电压值Uoc在0.001～10s内下降至指令电压值U₀，启动扰动观察算法；

(2)、采集扰动起点时光伏电池组件的扰动起点输出电压U(k)和扰动起点输出电流I(k)，得光伏电池组件的扰动起点输出功率P(k)，其中P(k)＝U(k)×I(k)，并按设定的扰动步长STEP2改变扰动脉宽调制占空比D2，再采集下一时刻光伏电池组件的扰动输出电压U(k+1)和扰动输出电流I(k+1)，得到光伏电池组件的扰动输出功率P(k+1)，其中P(k+1)＝U(k+1)×I(k+1)，判断扰动输出功率P(k+1)与扰动起点输出功率P(k)的关系：

a、当扰动输出功率P(k+1)与扰动起点输出功率P(k)相同，扰动输出功率P(k+1)即为光伏电池组件的最大功率点Pmax，维持扰动脉宽调制占空比D2，停止扰动观察算法，并记录光伏电池组件对应的扰动输出电压U(k+1)和扰动脉宽调制占空比D2，将光伏电池组件的扰动起点输出电压U(k)更新为扰动输出电压U(k+1)后并锁定，将初始脉宽调制占空比D1更新为扰动脉宽调制占空比D2；