[发明专利]一种MPPT计算策略及控制方法以及光伏阵列发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能光伏发电系统最大功率跟踪控制方法。属于高精度的最大功率跟踪方法在光伏发电系统中的应用。

背景技术

随着能源枯竭和环境污染日益严重，可再生能源成为人类能源可持续发展战略的重要组成部分。在可利用的可再生能源中，太阳能被认为最具有潜力的绿色能源。光伏阵列输出的功率与输出电压是非线性关系，受气象条件的影响（如辐照和温度等）。为提高光伏发电系统的效率，最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking,MPPT）是光伏发电系统不可缺少的一部分。目前，最常用最大功率跟踪方法是扰动观察法（perturbation and observation,P ＆ O）,其算法简单，易于模块化实现，被测参数少，对传感器精度要求不高。对于定步长的扰动观察法，其稳态精度和扰动步长成比例，过大的扰动步长导致稳态功率振荡比较大；而过小的扰动步长一旦外部条件变化较快时，无法快速跟踪。因此，对于定步长的扰动观察法，系统的稳态精度与扰动步长是一对矛盾体，扰动步长的选择与系统的要求有关。文献（Liu Fangrui,Duan Shanxu,Liu Fei,et al.A variable step size INC MPPT method for PV systems[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2008,55(7):2622-2628.）提出用电导增量法来实现最大功率点跟踪，但电导增量法要求高速的A/D采样，对硬件要求比较高。文献（Alajmi B N,Ahmed K H,Finney S J,et al.Fuzzylogic-control approach of a modified hill-climbing method for maximum power point in microgrid standalone photovoltaic system[J].IEEE Transactions on on Power Electronics，2011，26(4)：1022-1030.）提出用模糊自适应方法来实现最大功率点跟踪，最大功率跟踪的效果与模糊表相关，而模糊表的制定与设计者经验相关。

对于扰动观察法，不管是传统方法还是改进方法，如果扰动步长固定，很难达到理想效果。因此，变步长是提高扰动观察法性能的唯一出路。。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于变步长扰动观察法的MPPT控制方法，以克服定步长扰动法中精度和速度的矛盾问题，并利用该MPPT控制方法实现的光伏阵列发电系统。

为了实现上述目的，本发明提出了一种MPPT计算策略，用于获得光伏阵列的输出参考电压，包括步骤：

在一统计时间内对光伏阵列的输出电压和输出电流进行周期性采样，根据该输出电压和输出电流计算获得光伏阵列的输出功率；

与上个统计时间内的输出功率进行比较获得功率变化情况△P；

将该功率变化情况△P输入功率PI控制器获得扰动步长△Vref，同时判断该变化情况△P的趋势：

当所述△P>0时，判断本次光伏阵列输出电压和上次光伏阵列输出电压的大小，若本次输出电压大于上次输出电压，则计算产生本次光伏阵列输出的参考电压为上次输出电压与扰动步长△Vref的和；若本次输出电压小于于上次输出电压，则计算产生本次光伏阵列输出的参考电压为上次输出电压与扰动步长△Vref的差；

当所述△P<0时，判断本次光伏阵列输出电压和上次光伏阵列输出电压的大小，若本次输出电压大于上次输出电压，则计算产生本次光伏阵列输出的参考电压为上次输出电压与扰动步长△Vref的和；若本次输出电压小于于上次输出电压，则计算产生本次光伏阵列输出的参考电压为上次输出电压与扰动步长△Vref的差。

优选的，所述统计时间为10ms-50ms。

优选的，所述周期性采样的周期为0.1ms-0.5ms。

同时，根据本发明的目的提出了一种利用上述的MPPT计算策略的MPPT控制方法，用于实现光伏阵列最大功率输出，将获得的参考电压和光伏阵列的实际输出电压之间的偏差信号输入电压PI控制器获得电流给定信号Iref，将所述电流给定信号Iref和光伏阵列实际的输出电流之间的的偏差信号输入电流PI控制器，该电流PI控制器的输出结果与一三角波载波比较产生PWM脉冲信号，所述PWM脉冲信号用于驱动位于光伏阵列输出端的变换器开关，实现光伏阵列的最大功率输出。