[发明专利]光伏发电系统最大功率点跟踪系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光伏发电系统最大功率点跟踪系统及方法，尤其涉及一种基于扩展记忆粒子群方法且可以实现不均匀光照条件下的光伏发电系统最大功率点跟踪方法。

背景技术

在光照均匀和温度恒定的条件下，光伏发电系统的输出特性曲线(I-V曲线和P-V曲线)是非线性的单峰曲线，存在唯一的峰值点，采用传统的最大功率点跟踪算法，即能使光伏发电系统工作在最大功率点处。

然而，实际上由于光伏发电系统中光伏电池板分布范围较广，每块光伏电池板的温度和光照强分布不均匀，比如：荒漠中的大型光伏发电站，由于云朵和灰尘遮挡；安装在建筑物表面的光伏系统，由于周围建筑物和树木的遮挡形成的阴影，并且同一建筑物不同朝向的光伏电池板所受的光照强度也不一样，这些情况我们称光伏发电系统受到不均匀光照。在不均匀光照情况下，光伏发电系统的输出特性发生巨大变化，其功率电压输出曲线产生多个峰值点，传统的MPPT控制方法不能有效的区分局部峰值和全局峰值。图1为两个串联光伏电池板在不均匀光照下的P-V曲线，图2为三个串联电池板在不均匀光照下的P-V曲线。

光伏阵列最大功率点跟踪方法大致可以分为3类：间接的最大功率点跟踪方法、直接的最大功率点跟踪方法和人工智能方法。间接的方法是通过事先从光伏电池板得到的参数和数据来进行最大功率的跟踪，这种方法最大的缺点就是需要很大的存储空间来存储模型参数。直接的跟踪方法是指通过在线检测电压电流来进行最大功率点的跟踪，如扰动观察法和电导增量法。但是扰动观察法在最大功率点附近有连续不断的振荡，电导增量法的控制器电路复杂。针对上述方法的缺点，最近基于模型的控制技术在最大功率点的跟踪过程中受到了广泛的关注。如模糊神经网络推理系统、遗传算法、径向函数神经网络算法，但是这些方法的模型调整时间长且计算量大。

同时，在不均匀光照情况下由于光伏电池存在多个峰值功率点，使得要快速准确的跟踪全局最大功率点变得更加困难。在过去5年中，人们在光伏阵列在不均匀光照情况下最大功率点的跟踪控制策略方面也做了许多研究，提出了如智能搜索法、斐波那契数列，峰值点搜索等方法，但是这些方法在遮光情况下的最大功率点跟踪都没有达到最优的效果。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种光伏发电系统最大功率点跟踪系统及方法，提高了光伏发电系统在遮荫情况下最大功率点的跟踪速度以及准确度。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种光伏发电系统最大功率点跟踪系统，包括由N个光伏电池串并联而成的光伏电池阵列、双向转换器、Boost升压转换器、摄像头和控制器，其中所述光伏电池阵列中每相邻的两个串联光伏电池构成一个光伏电池组，每一光伏电池组均连接一个双向转换器；

每一双向转换器均由第一MOSFET管(S1)、第二MOSFET管(S2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第一电感(L1)、第二电感(L2)和电容(Cn)组成，该第一MOSFET管(S1)的漏极通过该第一电感(L1)连接该光伏电池组中第一光伏电池的正极，该第一MOSFET管(S1)的源极连接该光伏电池组中第一光伏电池的负极以及该第二MOSFET管(S2)的漏极，该第二MOSFET管(S2)的源极通过该第二电感(L2)连接该光伏电池组中第二光伏电池的负极且通过该电容(Cn)连接该第一MOSFET管(S1)的漏极；所述第一二极管(D1)的负极连接该第一MOSFET管(S1)的漏极，正极连接该第一MOSFET管(S1)的源极；所述第二二极管(D2)的负极连接该第二MOSFET管(S2)的漏极，正极连接该第二MOSFET管(S2)的源极；

所述光伏电池阵列通过该Boost升压转换器输出发电总电压；

所述摄像头连接该控制器，用于采集该光伏电池阵列的实际图像并发送给该控制器；其特征在于：还包括温度传感器、光强度传感器和第一PI控制电路，其中所述控制器分别连接该温度传感器、光强度传感器，用于根据该光伏电池阵列的实际图像确定遮荫光伏电池，并控制与该遮荫光伏电池对应的温度传感器、光强度传感器工作，采集获得该遮荫光伏电池的温度、光强度信息；

所述控制器连接该第一PI控制电路，用于根据该遮荫光伏电池的温度、光强度信息，计算出该光伏电池阵列在最大功率点的参考电压V_Tref并发送给该第一PI控制电路；