一種考慮霧霾因素的光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種考慮霧霸因素的光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤方法及裝置，屬于發(fā) 電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)能源的需求不斷增長(zhǎng)，開發(fā)利用可再生能源己是勢(shì) 在必行。據(jù)預(yù)測(cè)，到本世紀(jì)中葉，可再生能源在世界能源結(jié)構(gòu)中將占到50%W上，并逐步成 為人類社會(huì)基礎(chǔ)能源的重點(diǎn)。太陽(yáng)能是一種具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的可再生能源，其開發(fā)利用必將 得到長(zhǎng)足的發(fā)展，有可能成為本世紀(jì)后期的主導(dǎo)能源。
[0003] 光伏發(fā)電是太陽(yáng)能利用的主要形式之一。光伏發(fā)電的輸出功率與外界環(huán)境和負(fù) 載情況有關(guān)，并且一定的外界環(huán)境和負(fù)載情況下存在唯一的最大功率點(diǎn)（MaximumPower 化int，MP巧。為了提高發(fā)電效率，需要在光伏電池和負(fù)載之間串聯(lián)最大功率跟蹤控制電路。 目前，最大功率點(diǎn)跟蹤（MaximumPowerPointTracking，MPPT)的方法有很多，如恒定電壓 控制法CVT，擾動(dòng)觀察法P&0,電導(dǎo)增量法INC，模型預(yù)測(cè)法等等。
[0004] 恒定電壓跟蹤法CVT具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，但是只能固定在最大功率 點(diǎn)MPP附近工作，當(dāng)日照強(qiáng)度或者溫度發(fā)生變化時(shí)，并不能實(shí)時(shí)跟蹤最大功率點(diǎn)MPP，因此 存在一定的功率損失。
[0005] 擾動(dòng)觀察法P&0的實(shí)現(xiàn)相對(duì)容易，但是找到的工作點(diǎn)只能在MPP附近振蕩運(yùn)行，導(dǎo) 致部分功率的損失。此外，初始值和擾動(dòng)步長(zhǎng)對(duì)跟蹤的精度和速度都有較大的影響，有時(shí)會(huì) 發(fā)生誤判現(xiàn)象。
[0006] 增量電導(dǎo)法INC的思路與擾動(dòng)觀察法類似，其優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算相對(duì)準(zhǔn)確，但是對(duì)測(cè)量 的精度要求較高。
[0007] 模型預(yù)測(cè)法是近年來剛剛興起的最大功率跟蹤方法，指利用外界環(huán)境信息直接對(duì) 光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，W避免擾動(dòng)觀察法P&0中來回?cái)_動(dòng)所造成的功率損失。光 伏電池最大功率點(diǎn)電壓為其所吸收的福射強(qiáng)度與組件溫度的非線性函數(shù)。鑒于光伏電池所 吸收的福射強(qiáng)度與組件溫度均不易直接測(cè)量，通常W光伏電池的開路電壓或者短路電流近 似的表征福射強(qiáng)度，W環(huán)境溫度代替組件溫度，從而建立模型對(duì)最大功率點(diǎn)電壓進(jìn)行預(yù)測(cè)。 該類方法的主要缺點(diǎn)在于，利用開路電壓或者短路電流并不能十分精確地表征福射強(qiáng)度， 從而引起一定的預(yù)測(cè)誤差。
[0008] 隨著大范圍霧霸天氣的出現(xiàn)，環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)部口開始實(shí)時(shí)發(fā)布空氣質(zhì)量指數(shù)（Air QualityIndex,簡(jiǎn)稱AQI)W及其中的PM10、PM2. 5等6項(xiàng)基本監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。霧霸天氣將直接 削弱地表福射，給光伏發(fā)電帶來了嚴(yán)重影響，依據(jù)中國(guó)氣象局風(fēng)能太陽(yáng)能資源中屯、的最新 觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，輕度霸可造成20 % -30 %的日發(fā)電量損失。重度霸可造成近70 %的日發(fā)電量損 失。然而現(xiàn)有的光伏發(fā)電最大功率跟蹤方法均未考慮霧霸該一影響因素，故不可能獲得理 想的跟蹤效果。
[0009] 綜上所述，現(xiàn)有的光伏電池最大輸出功率跟蹤方法存在著實(shí)時(shí)性差、跟蹤精度低 等不足，因此有必要加W改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種考慮霧霸因素的光伏發(fā)電系統(tǒng) 最大功率跟蹤方法，W提高最大功率的跟蹤精度。本發(fā)明同時(shí)還給出了相應(yīng)的跟蹤裝置。
[0011] 本發(fā)明所述問題是W下述技術(shù)方案解決的：
[0012] 一種考慮霧霸因素的光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤方法，所述方法包括W下步驟：
[0013] a.采集光伏電池開路電壓V。。、短路電流L。、電池溫度T和空氣中PM2. 5濃度C;
[0014] b.將步驟a采集的數(shù)據(jù)輸入預(yù)先訓(xùn)練好的和聲捜索算法改進(jìn)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè) 模型，得到MPP電壓的預(yù)測(cè)值Vuf;
[001引C.通過PI控制器調(diào)節(jié)串接于光伏電池與其負(fù)載之間的DC-DC變換器的PWM控制 信號(hào)占空比，使得光伏電池的實(shí)際工作電壓達(dá)到MPP電壓的預(yù)測(cè)值Vuf;
[001引d.WMPP電壓的預(yù)測(cè)值Vuf為初始值，采用擾動(dòng)觀察法P&0W指定的擾動(dòng)步長(zhǎng)跟 蹤光伏電池的最大功率。
[0017] 上述考慮霧霸因素的光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤方法，當(dāng)擾動(dòng)觀察法P&0求得的 擾動(dòng)前后的功率變化的絕對(duì)值大于設(shè)定闊值時(shí)，重復(fù)步驟a至步驟d。
[0018] 上述考慮霧霸因素的光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤方法，所述和聲捜索算法改進(jìn)的 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型的訓(xùn)練樣本的收集方法如下：
[001引記某一工作環(huán)境下的參數(shù)為x(i) = [Vwa)，ise(i)，T(i)，ca)]，其中，v"ea)、iwa)、T(i)和c(i)分別為該工作環(huán)境下光伏電池的開路電壓、短路電流、電池溫度和 空氣中PM2. 5濃度，X(i)所對(duì)應(yīng)的最大功率工作點(diǎn)電壓為Vm"(i)，則可構(gòu)成一對(duì)樣本 狂(i)，(i))，收集各種不同環(huán)境下的樣本化形成樣本集{狂(i)，(i) ) }，樣本集中的 每對(duì)樣本采用觀察法來采集，具體過程為：
[0020] 令DC-DC變換器的PWM脈沖占空比D從初始值D。開始，W固定增量ad不斷增加， 第k次增加后測(cè)量光伏電池的工作電壓Vd。似和工作電流Id?；?，計(jì)算當(dāng)前輸出功率P似：
[0021] P(k) =Vd。似?Id。似；
[0022] 并與前一次輸出功率P化-1)進(jìn)行比較，當(dāng)出現(xiàn)P(k) < ?化-1)時(shí)，令；
[0023] D似=D〇+ (k-0.W?AD;
[0024] 測(cè)量此時(shí)的工作電壓Vd。并將其作為最大功率工作點(diǎn)電壓Vm。,，然后測(cè)量光 伏電池的開路電壓V。。，短路電流I,。，電池溫度TW及PM2. 5濃度C，即得到一對(duì)樣本 (X(i)'Vmaxa))。
[00巧]一種考慮霧霸因素的光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤裝置，構(gòu)成中包括MPPT控制器、DC-DC變換器、電壓傳感器、電流傳感器、PM2. 5濃度傳感器、電池溫度傳感器和兩個(gè)功率 管，光伏電池的輸出端依次經(jīng)電流傳感器、第一功率管和DC-DC變換器給負(fù)載供電，所述電 壓傳感器并接在光伏電池的輸出端，第二功率管的漏極接于電流傳感器與第一功率管之 間，源極接光伏電池負(fù)極，電壓傳感器、電流傳感器、PM2. 5濃度傳感器和電池溫度傳感器的 信號(hào)輸出端分別接MPPT控制器的不同輸入端，所述MPPT控制器分別通過S個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊控 制兩個(gè)功率管和DC-DC變換器。
[0026] 上述考慮霧霸因素的光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤裝置，構(gòu)成中還包括濾波電容 器，所述濾波電容器并接于DC-DC變換器的輸入端。
[0027] 本發(fā)明將擾動(dòng)觀察法與模型預(yù)測(cè)法結(jié)合在一起，同時(shí)充分考慮了霧霸天氣對(duì)光伏 發(fā)電的影響，該方法省去了擾動(dòng)觀察法的盲目試探過程而且可W設(shè)置較小的擾動(dòng)步長(zhǎng)，既 能有效改善MPPT的跟蹤精度，降低靜態(tài)過程的功率損失，又可W提高M(jìn)PPT的跟蹤速度，因 此可W顯著地提高光伏電池的發(fā)電效率。
【附圖說明】
[0028] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0029] 圖1為本發(fā)明的光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖2為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練流程示意圖；
[0031] 圖3為和聲捜索算法改進(jìn)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法流程圖；
[003引圖4為常規(guī)P&0算法流程圖；
[0033] 圖5為本發(fā)明MPPT方法流程圖；
[0034] 圖6為數(shù)字示波器記錄的效果對(duì)比曲線。
[0035] 圖中各標(biāo)號(hào)為；GV-光伏電池；PT-電壓傳感器；CT-電流傳感器；T-電池溫度傳感 器T;PM-PM2. 5濃度傳感器；Z-負(fù)載；C1-濾波電容器；Q1-第一功率管；Q2-第二功率管。
[0036] 圖中和文中各符號(hào)為；Vaf、MPP電壓的預(yù)測(cè)值；V。。、光伏電池開路電壓；L。、光伏電 池短路電流；T、電池溫度；C、空氣中PM2. 5濃度；Vm。,、最大功率工作點(diǎn)電壓。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性 的，而不是為了限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍及其應(yīng)用。
[0038] 圖1為本發(fā)明的最大功率跟蹤裝置結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置包括;MPPT控制器、電池 溫度傳感器T、PM2. 5濃度傳感器PM、電壓傳感器PT(+HT-正極；-HT-負(fù)極；Ml-測(cè)量信 號(hào)輸出端）、電流傳感器CTQIN-正極；I0UT-負(fù)極；M2-測(cè)量信號(hào)輸出端）、第一功率管 Q1 (S-源極；D-漏極；G-柵極）、第二功率管Q2 (S-源極；D-漏極；G-柵極）、DC-DC變 換器（電壓輸入正端I化、電壓輸入負(fù)端IN-、脈寬調(diào)制信號(hào)輸入端DRIVE、電壓輸出正端 0UT+、電壓輸出負(fù)端OUT-)、濾波電容器C1、第一驅(qū)動(dòng)模塊、第二驅(qū)動(dòng)模塊和第S驅(qū)動(dòng)模塊。
[0039] 電池溫度傳感器T和PM2. 5濃度傳感器PM與MPPT控制器連接；電壓傳感器PT的 正極與光伏電池GV的正極連接，電壓傳感器PT的負(fù)極與光伏電池GV的負(fù)極連接，電壓傳 感器PT的測(cè)量信號(hào)輸出端與MPPT控制器連接；電流傳感器CT的正極與光伏電池GV的正 極連接，電流傳