[发明专利]一种光伏阵列局部遮挡下最大功率点跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏阵列最大功率点跟踪方法，具体是一种光伏阵列局部遮挡下最大功率点跟踪方法。

背景技术

最大功率点跟踪技术(MPPT)是一种通过调节电路模块的工作电压，使光伏阵列输出更多电能的关键技术。由于它能够实时侦测光伏阵列的输出电压，并快速跟踪最大功率点，使系统以最高的效率输出电能，因此，其研究受到了广泛的重视。迄今已提出了许多经典的MPPT方法，如恒定电压法、扰动观察法(PerturbandObserve，简称P&O)、导纳增量法(IncrementalConductance，简称IncCond)等，以及其他改进方法。然而由于光伏系统使用环境的复杂性，常常存在光照被局部遮挡的情况，从而导致光伏电池的输出功率曲线存在如图1所示的多峰特性。用传统的MPPT技术处理多峰效应时，往往会陷入局部最大功率点而难于达到跟踪最大功率点的目的。为此，局部遮挡下的最大功率点跟踪问题的研究正在得到广泛的关注。

纵观现有研究，一般可分为两种方法：一是依靠扫描一定比例的光伏阵列输出特性曲线求得最大功率点，二是采取基于人工智能的复杂MPPT方法，如粒子群优化、遗传算法、差分进化算法、模糊逻辑控制等。前者易于陷入局部最大功率点，且功率损耗较大，对MPPT技术中全局最大功率点(GlobalMaximumPowerPoint，简称GMPP)的跟踪精度和跟踪速度之间的问题解决尚未达到满意的地步；而后者以牺牲计算成本为代价，控制过程复杂，响应时间长，对硬件的要求高。这些方法在处理局部遮挡的问题时，由于特定对象的控制总是复杂多变的，均存在经验值不具备代表性及高昂的计算成本限制了跟踪速度等问题。

针对光伏系统存在的光照局部遮挡的情况，近年来人们开展了大量的研究并取得了一定的进展。Kobayashi在文献“Astudyofatwostagemaximumpowerpointtrackingcontrolofaphotovoltaicsystemunderpartiallyshadedinsolationconditions”(Solarenergymaterialsandsolarcells，90(18)，2006)提出通过比较R_PM与R_PV两个变量的大小，以判断所追踪的最大功率点是否为全局最大功率点，该方法能解决大部分传统最大功率点跟踪方法容易陷入局部最大功率点，而不能到达全局最大功率点的问题。但是，遇到特殊情况时，如全局最大功率点在R_PM的左侧，那么该方法失效。

为确保MPPT方法适应各种情况，Patel在文献“MaximumpowerpointtrackingschemeforPVsystemsoperatingunderpartiallyshadedconditions”(IEEETransactionsonIndustrialElectronics，55(4)，2008)中根据在全局最大功率点任一侧的局部最大功率点一直在减小的特点，提出基于爬山法的遮挡情况下MPPT的控制方法。但是，该方法自初始电压V₀＝V_OC×85％开始扫描P-V曲线，对遮挡强度敏感，需要经历50％以上的扫描才能获得全局最大功率点。Kazmi在文献“AnimprovedandveryefficientMPPTcontrollerforPVsystemssubjectedtorapidlyvaryingatmosphericconditionsandpartialshading”(inAustralasianUniversitiesPowerEngineeringConference,2009)提出通过控制测量电压和电流的占空比，计算出最佳电压和电流来确定最大功率点的方法；Koutroulis在文献“AnewtechniquefortrackingtheglobalmaximumpowerpointofPVarraysoperatingunderpartial-shadingconditions”(IEEEJournalofPhotovoltaics，2(2)，2012)提出在宽电压范围内扫描，控制占空比依次绘制功率点，直到得到一个最大功率点的方法。上述三种方法，都是通过扫描P-V曲线来得到最大值，虽然能够找到最大功率点，但其功率损耗较大，同时影响跟踪速度。