[发明专利]一种光伏电池的最大功率跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏并网发电技术领域，尤其涉及一种光伏电池的最大功率跟踪方法。

背景技术

随着化石能源的不断消耗，环境污染的日趋严重，大力发展新能源已经成为一种不可阻挡的趋势。太阳能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。在各国政府的大力支持下，全球的太阳能光伏电池产量的年均增长值为60%。我国拥有着非常丰富太阳能资源，理论储量达每年17000亿t标准煤，太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。近年来，在“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程等国家项目及世界光伏发电市场的有力拉动下，尤其是《可再生能源中长期发展规划》以及“太阳能屋顶计划”、“金太阳工程”的出台，我国的光伏发电产业获得了迅猛发展。《可再生能源中长期发展规划》明确到2010年，光伏发电总容量要达到300MW，2020年达到1800MW。

光伏发电系统的效率是光伏系统最重要指标之一，对光伏系统进行对大功率点跟踪是提高光伏系统的效率的重要途径，国内外许多学者提出了很多种最大功率点跟踪技术。常用的有恒压法、功率扰动观察法、电导增量法。其中恒压法只能在温度变换较小的范围内使用，是一种近似的最大功率点跟踪技术，跟踪精度不高。扰动观察法可以跟踪到最大功率点，但其受扰动步长的影响较大，当扰动步长较大时可以快速跟踪到最大功率点，但是在最大功率点处振荡较大；当扰动步长较小时，虽然在最大功率点处振荡较小，但是跟踪时间较长，跟踪速度不高。

模糊控制作为一种先进的控制技术，模糊控制是结合传统的基于规则的专家系统、模糊集理论和控制理论的新型智能控制技术，与传统控制相比，模糊控制不依赖于被控制对象的精确数学模型，尤其对非线性对象表现出较好的适应性。针对控制对象，选择合适的输入、输出变量，制定适当的隶属度函数，即可自适应的实现控制目的，省去了传统控制中繁琐的PI参数调试整定过程。由于光伏阵列输出特性为非线性，因此国内外许多学者将模糊控制技术应用于光伏系统的最大功率点跟踪中。

检索到模糊控制在光伏最大功率点跟踪应用的相关专利和论文有：

Ⅰ.任碧莹，钟彦儒，孙向东.基于模糊控制的最大功率点跟踪方法研究[J].电力电子技术，2008,42(11)：47-48.

Ⅱ.乔兴宏，吴必军，王坤林.基于模糊控制的光伏发电系统MPPT[J].可再生能源,2008,26(5)：13-16.

Ⅲ.苏海滨，王光政，王继东.基于模糊逻辑双环控制的光伏发电系统最大跟踪算法[J].电力系统保护与控制,2010,38(21)：215-218.

Ⅳ.袁路路，苏海滨，武东辉.基于模糊理论的光伏发电最大功率点跟踪控制策略研究[J].电力电子，2009：18-21.

上述文献的模糊MPPT法均选取光伏阵列输出功率与输出电压之比及输出功率与输出电压之比的导数为模糊控制器的输入，采用对称的隶属度函数及合理选择模糊规则来实现。上述做法在一定条件下能实现最大功率点跟踪功能，但是其忽略了两点问题：

1）模糊PD控制器是一种有差控制器，理论上不可能在任何条件下实现无静差控制。

2）光伏阵列的输出特性曲线在最大功率点两侧为非对称的，对称的隶属度函数没有考虑到光伏器件特性在最大功率点两侧及左侧不同区间的差异。

图2为变结构模糊PID控制器结构图，在模糊PD控制器的基础上增加了积分作用构成模糊PID控制器，该控制器可以实现完全无静差控制，实现高精度的跟踪。图3为光伏阵列功率对电压导数与电压的输出特性曲线，C点为最大功率点，光伏器件在最大功率点两侧由同样的电压变化引起的功率变化是不同的。选取dP/dU为模糊控制器的输入量时，A、B两点的计算结果基本相同，但从图中可以看出A点远离MPP，B点接近MPP，与计算结果不符。这说明:对称的隶属度函数不能反映光伏器件在MPP左侧工作状态的变化。

模糊控制器由模糊化、知识库、模糊推理、解模糊四部分组成。模糊化的作用是将输入的精确量转换成模糊化量。知识库包含了具体应用领域中的知识和要求的控制目标，它通常是由数据库和模糊控制规则库两部分组成。模糊推理是基于模糊逻辑中的蕴涵关系及推理规则来进行的。解模糊是将模糊得到的控制量变换为实际用于控制的清晰量。

针对常规最大功率点跟踪方法中存在的跟踪精度低、响应速度慢，适应性差和跟踪效率低及现有的模糊PD控制器难以实现高精度的跟踪最大功率点等问题。本专利实现一种新的最大功率跟踪方法，可以解决现有算法中存在的一些问题。

因此，当下需要迫切解决的一个技术问题就是：如何能够提出一种有效的措施，以解决现有技术中存在的问题。