太陽能光伏系統(tǒng)mppt控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，且特別涉及一種太陽能光伏系統(tǒng)MPPT控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當前，基于太陽能利用的光伏發(fā)電技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，光伏系統(tǒng)大多通過太陽能電池板的串并聯(lián)組成光伏陣列，然而當電池板處于遮蔽狀態(tài)或各太陽能電池板不匹配等非理想情況出現(xiàn)時，光伏陣列的輸出功率會有非常大的衰減。因此在光伏系統(tǒng)中添加最大功率點跟蹤MPPT(Maximum Power Point Tracking)控制器，就可以實現(xiàn)光伏系統(tǒng)的最大功率輸出。
[0003]現(xiàn)有的MPPT控制方法主要有三種，分別是恒壓跟蹤法、電導(dǎo)增量法以及擾動觀察法。這些算法共同的特點就是需要現(xiàn)場實時計算，根據(jù)當前的電壓電流狀況，計算出當前的功率，并與之前的功率作比較，得到功率的變化趨勢，通過改變太陽能電池的等效負載，實現(xiàn)太陽能電池的最大功率跟蹤。然而由于需要實時計算且計算量大，不斷搜尋最大功率點，并且很難一次就定位到最大功率點，甚至可能出現(xiàn)在最大功率點附近振蕩的狀況，不僅搜尋速度慢、效率低且搜尋的精度差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了克服現(xiàn)有MPPT控制方法效率低且精度差的問題，提供一種可快速尋找到最大功率點所對應(yīng)的輸出電壓的太陽能光伏系統(tǒng)MPPT控制方法。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種太陽能光伏系統(tǒng)MPPT控制方法，包括:
[0006]以具有紋波的太陽能光伏系統(tǒng)的輸出電壓作為追蹤電壓;獲取在所述追蹤電壓下的太陽能光伏系統(tǒng)的輸出功率曲線；
[0007]在一個周期內(nèi)判斷輸出功率曲線是否出現(xiàn)極值點增加，若是，則表征光伏系統(tǒng)的輸出電壓已位于光伏系統(tǒng)的最大功率點所對應(yīng)的輸出電壓的附近;若否，則以一定的變化量改變光伏系統(tǒng)的輸出電壓來形成追蹤電壓，重新進行追蹤。
[0008]于本發(fā)明一實施例中，在一個周期內(nèi)判斷輸出功率曲線是否出現(xiàn)極值點增加的方法為:通過計算一個周期內(nèi)紋波電壓曲線和輸出功率曲線的相位差，當相位差發(fā)生變化時表征在相位差變化的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)極值點增加。
[0009]于本發(fā)明一實施例中，在一個周期內(nèi)判斷輸出功率曲線是否出現(xiàn)極值點增加的方法為:在一個周期內(nèi)對輸出功率曲線上的點進行求導(dǎo)，當dP/dt=o時，表征該處存在極值點，P為功率曲線上的值，t為時間，計算極值點的個數(shù)并判斷是否存在極值點增加。
[0010]于本發(fā)明一實施例中，在一個周期內(nèi)判斷輸出功率曲線出現(xiàn)極值點增加后，減小紋波的幅值并與當前的追蹤電壓相疊加形成追蹤電壓，繼續(xù)進行追蹤。
[0011]于本發(fā)明一實施例中，當光伏系統(tǒng)的輸出電壓逐漸接近光伏系統(tǒng)的最大功率點所對應(yīng)的輸出電壓時，減小光伏系統(tǒng)的輸出電壓的變化量。
[0012]于本發(fā)明一實施例中，光伏系統(tǒng)以最大輸出電壓進行輸出形成追蹤電壓，之后以一定的變化量減小光伏系統(tǒng)的輸出電壓來追蹤光伏系統(tǒng)的最大功率點所對應(yīng)的輸出電壓。
[0013]于本發(fā)明一實施例中，在一個周期內(nèi)判斷輸出功率曲線是否出現(xiàn)極值點增加的方法為:通過相位判斷追蹤電壓的峰值和谷值所對應(yīng)的功率，當追蹤電壓的峰值所對應(yīng)的功率大于或等于追蹤電壓的谷值所對應(yīng)的功率時表征在該追蹤電壓范圍內(nèi)功率曲線存在極值點增加。
[0014]于本發(fā)明一實施例中，光伏系統(tǒng)以最小輸出電壓進行輸出形成追蹤電壓，之后以一定的變化量增加光伏系統(tǒng)的輸出電壓來追蹤光伏系統(tǒng)的最大功率點所對應(yīng)的輸出電壓。
[0015]于本發(fā)明一實施例中，在一個周期內(nèi)判斷輸出功率曲線是否出現(xiàn)極值點增加的方法為:通過相位判斷追蹤電壓的峰值和谷值所對應(yīng)的功率，當追蹤電壓的峰值所對應(yīng)的功率小于或等于追蹤電壓的谷值所對應(yīng)的功率時表征在該追蹤電壓范圍內(nèi)功率曲線存在極值點增加。
[0016]于本發(fā)明一實施例中，紋波為正弦波。
[0017]綜上所述，本發(fā)明提供的太陽能光伏系統(tǒng)MPPT控制方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:
[0018]通過以具有紋波的太陽能光伏系統(tǒng)的輸出電壓作為追蹤電壓，該紋波會使輸出功率曲線呈交流狀態(tài)。通過判斷在該追蹤電壓所對應(yīng)的輸出功率曲線的一個周期內(nèi)是否出現(xiàn)極值點增加，來追蹤光伏系統(tǒng)的最大功率點所對應(yīng)的輸出電壓。當輸出功率曲線在一個周期內(nèi)出現(xiàn)極值點增加時表明光伏系統(tǒng)的最大功率點所對應(yīng)的輸出電壓在該追蹤電壓的幅值范圍內(nèi)。本發(fā)明提供的太陽能光伏系統(tǒng)MPPT控制方法僅僅需要判斷輸出功率曲線上在一個周期內(nèi)的極值點變化個數(shù)即可追蹤到光伏系統(tǒng)的最大功率點所對應(yīng)的輸出電壓。相比傳統(tǒng)的MPPT控制方法，計算簡單，相應(yīng)的追蹤響應(yīng)快，追蹤效率高。
[0019]為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。
【附圖說明】
[0020]圖1所示為本發(fā)明實施例一提供的太陽能光伏系統(tǒng)MPPT控制方法的流程圖。
[0021]圖2所述為本發(fā)明實施例一中當光伏系統(tǒng)的輸出電壓位于光伏系統(tǒng)的最大功率點所對應(yīng)的輸出電壓的附近時的輸出功率曲線圖及紋波曲線圖。
[0022]圖3為太陽能光伏系統(tǒng)的輸出特性曲線。
【具體實施方式】
[0023]實施例一
[0024]如圖1所示，本發(fā)明提供的太陽能光伏系統(tǒng)MPPT控制方法包括:以具有紋波的太陽能光伏系統(tǒng)的輸出電壓作為追蹤電壓(步驟Si)。獲取在所述追蹤電壓下的太陽能光伏系統(tǒng)的輸出功率曲線(步驟S2)。在一個周期內(nèi)判斷輸出功率曲線是否出現(xiàn)極值點增加(步驟S3)。若是，則表征光伏系統(tǒng)的輸出電壓已位于光伏系統(tǒng)的最大功率點所對應(yīng)的輸出電壓的附近(步驟S4);若否，則以一定的變化量改變光伏系統(tǒng)的輸出電壓來形成追蹤電壓，重新進行追蹤(步驟S5)。以下進一步結(jié)合圖1，對本實施例提供的太陽能光伏系統(tǒng)MPPT控制方法進行詳細說明。
[0025]該方法始于步驟SI，于本實施例中，該步驟SI是在太陽能光伏系統(tǒng)輸出的直流電壓的基礎(chǔ)上增加一紋波，所述紋波為小幅值的交流分量，紋波的設(shè)置是為了使得太陽能光伏系統(tǒng)的輸出功率具有一定的交流分量。具體而言，可通過信號合成器將兩者進行合成。于本實施例中，紋波為正弦波，相對應(yīng)的，太陽能光伏系統(tǒng)輸出功率曲線也為正弦波。然而，本發(fā)明對紋波的具體類型不作任何限定。于其它實施例中，紋波可為其它交流信號。在該步驟中太陽能光伏系統(tǒng)的輸出電壓檢測可通過電壓采樣電路來實現(xiàn)。
[0026]由于本實施例中，追蹤電壓是在太陽能光伏系統(tǒng)輸出的直流電壓的基礎(chǔ)上增加一紋波。因此，以一定的變化量改變光伏系統(tǒng)的輸出電壓指的是改變該直流分量電壓值。于其它實施例中，當太陽能光伏系統(tǒng)輸出本身具有紋波時，以該具有紋波的太陽能光伏系統(tǒng)的輸出電壓作為追蹤電壓。此時，以一定的變化量改變光伏系統(tǒng)的輸出電壓指的是改變輸出電壓的平均值。
[0027]在形成追蹤電壓之后，在步驟S2中獲取在該追蹤電壓下的太陽能光伏系統(tǒng)的輸出功率曲線。具體的實現(xiàn)方式為，通過電流采樣電路獲取太陽能光伏系統(tǒng)在追蹤電壓下的輸出電流，通過追蹤電壓和輸出電流計算得到輸出功率曲線。由于步驟SI中追蹤電壓上具有交流分量，相對應(yīng)的形成的輸出功率曲線上也具有交流分量。根據(jù)太陽能光伏系統(tǒng)的輸出特性曲線，當追蹤電壓未位于太陽能光伏系統(tǒng)最大輸出功率所對應(yīng)的電壓Upmax附近時，輸出功率曲線與追蹤電壓(即紋波電壓)具有相同的頻率。
[0028]得到太陽能光伏系統(tǒng)的輸出功率曲線之后，執(zhí)行步驟S3，判斷該功率曲線在一個周期內(nèi)是否出現(xiàn)極值點增加。判斷方法為通過計算一個周期內(nèi)紋波電壓曲線和輸出功率曲線的相位差，當相位差發(fā)生變化時表征在相位差變化的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)極值點增加。
[0029]于本實施例中，光伏系統(tǒng)以最大輸出電壓進行輸出形成追蹤電壓，之后以一定的變化量減小光伏系統(tǒng)的輸出電壓來追蹤光伏系統(tǒng)的最大功率點所對應(yīng)的輸出電壓。圖3所示為光伏系統(tǒng)的輸出功率曲線，在功率曲線上從右往左采用爬坡的方式進行追蹤。當輸出電壓位于光伏系統(tǒng)的最大輸出電壓UoutMAx和最大輸出功率所對應(yīng)的電壓Upmax之間時，輸出功率和輸出電壓呈反比。因此，在該階段范圍內(nèi)紋波電壓的曲線和輸出功率曲線之間的相位差為180度。
[0030]而當Ucmt-AlKUpM/oKUcmt+AU時，如圖2所示，在UpMAX〈Ucmt+AU這個范圍內(nèi)，輸出功率曲線上to?tl階段與紋波電壓曲線的相位差為180度，而當Ucmt-AIKUPMM這個范圍內(nèi)，輸出功率曲線上tl?t2階段與紋波電壓曲線的相位差為O度，即此時輸出功率曲線和紋波電壓曲線的相位差發(fā)生變化，即表征Umax位于Uciut-AU?Ucmt+AU這個電壓范圍內(nèi)，Uciut為光伏系統(tǒng)的當前輸出電壓。
[0031]當判斷輸出功率曲線上出現(xiàn)極值點增加時，說明光伏系統(tǒng)的輸出電壓已位于光伏系統(tǒng)的最大功率點所對應(yīng)的輸出電壓Upmax的附近，光伏系統(tǒng)在該輸出電壓下工作具有較大的輸出功率。當輸出功率曲線上未出現(xiàn)極值點增加時，說明UmcKUout-AU，此時可以以一定的變化量減小1^并重新執(zhí)行步驟S3，實現(xiàn)υ_-Λυ〈υΡΜΑχ〈υ_+Λυ。
[0032]盡管本實施例提供的追蹤方法是以最大輸出電壓進行輸出形成追蹤電壓，之后以一定的變化量減小光伏系統(tǒng)的輸出電壓來追蹤光伏系統(tǒng)的最大功率點所對應(yīng)的輸出電