專利名稱：在部分受遮擋條件下光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率優(yōu)化方法及跟蹤裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于電力電子及自動控制技術(shù)領域，尤其涉及一種太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)工作在部分受遮擋條件下的光伏發(fā)電系統(tǒng)功率優(yōu)化方法及實現(xiàn)該方法的系統(tǒng)裝置。
背景技術(shù)：
太陽能光伏發(fā)電是新能源和可再生能源的重要組成部分。但由于光伏電池價格昂貴、光伏系統(tǒng)本身特性復雜導致其轉(zhuǎn)換效率很低，已制約了太陽能的高效利用。因此，如何進一步提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，充分利用光伏陣列轉(zhuǎn)換的能量，是研究光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要方向和關(guān)鍵技術(shù)。對光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤(Maximum Power Point Tracking,MPPT)是提高太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的有效途徑之一。傳統(tǒng)的MPPT方法如擾動觀測法(P&0)、增量導納法(ICA)以及基于擾動觀測法的改進算法等主要是基于光伏陣列在輻照、溫度一定的條件下，其P-V曲線是單峰性基礎上進行研究的。但在實際應用中，遮陰造成的陣列失配現(xiàn)象以及熱斑現(xiàn)象等嚴重影響光伏系統(tǒng)的功率輸出，導致太陽能電池板的發(fā)電效率顯著下降。實驗數(shù)據(jù)表明只要有10%的太陽能電池板陣列面積被遮蔽，整個光伏發(fā)電系統(tǒng)便會損失多至50%的發(fā)電量。并且在局部陰影條件下光伏陣列的P-V特性出現(xiàn)多個極值點，使得常規(guī)的最大功率跟蹤算法在這種情況下失效。本發(fā)明針對光伏陣列集中式控制方式，在不改變光伏陣列多極值點輸出特性條件下，考慮到光伏系統(tǒng)的輸出受光照影響快速變化的特點，利用APSO算法在多峰函數(shù)優(yōu)化、 全局尋優(yōu)方面的良好性能及其算法簡單等特點，研究自適應判斷搜索方向及位置和粒子群算法相結(jié)合的APS0MPPT算法，并將其用于部分遮擋下光伏系統(tǒng)多峰輸出特性快速尋優(yōu)問題，以實現(xiàn)光伏系統(tǒng)全局最大功率輸出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在部分受遮擋條件下光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率優(yōu)化方法， 該方法可以提高太陽能電池的發(fā)電效率。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設計方案—種在部分受遮擋條件下光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率優(yōu)化方法,其米用一光伏發(fā)電系統(tǒng)在部分受遮擋下全局最大功率點跟蹤裝置，該跟蹤裝置中具有光伏電池板的輸出電壓、電流采集電路，并具有一內(nèi)置在部分受遮擋下APSOMPPT (Adaptive Particle Swarm Optimization Maximum Power Point Tracking,APSOMPPT)最大功率點跟蹤控制算法程序的控制器，控制器中帶有定時器、A/D轉(zhuǎn)換器和PWM (脈寬調(diào)制)產(chǎn)生器，該PWM輸出經(jīng)驅(qū)動電路控制一 BOOST單元電路，BOOST單元電路的輸出接負載；所述的方法步驟如下I)系統(tǒng)初始化斷開負載，獲取光伏電池板的開路電壓Uoc，然后初始化光伏發(fā)電系統(tǒng)在部分受遮擋下的最大功率點跟蹤裝置控制器的參數(shù)，其中包括光伏電池板最大輸出
4電壓Umax，即光伏電池板的開路電壓Uoc ;同時設定初始化數(shù)值用于A/D轉(zhuǎn)換的定時器采樣時間T、光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)束與否的標志EndFlag ；EndFlag = I表示結(jié)束，EndFlag = O表示正常運行；2)系統(tǒng)初始化后，啟動定時器；3)若定時時間未到，則繼續(xù)步驟3);若定時時間到，進行下一步；4)再次啟動定時器，然后調(diào)用APSOMPPT子程序；5)將通過運行APSOMPPT子程序得到的全局最優(yōu)值Ug作為光伏陣列的輸出電壓給定值，作用于光伏陣列；6)讀取程序結(jié)束運行的標志EndFlag,若EndFlag = I,則關(guān)閉定時器,整個程序結(jié)束；否則轉(zhuǎn)入步驟3)。所述的在部分受遮擋條件下光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率優(yōu)化方法中，所述步驟4)中的APSOMPPT子程序的方法是4-1)預先在該程序中設定光伏電池板的電壓粒子數(shù)為m= 10;當前迭代次數(shù)now_iter = I、迭代最大次數(shù)max_iter = 10 ;第I代的m個粒子的初始位置
=l25 + ^7x(Umax-l25)，這里now iter = I ;粒子速度的最大值Vmax (即光伏發(fā)電系 m-Ι—
統(tǒng)電壓擾動的最大改變量)為一塊光伏電池開路電壓Vocmodule的60 85%的值；運行的粒子數(shù)i = I ;光伏電池板由控制器控制時允許的最小輸出工作電壓Umin(這是由光伏電池板所連接的逆變器工作時的最小工作電壓所決定，這里可假定為125V)；4-2)執(zhí)行第nowjter次迭代過程，將根據(jù)第i個粒子的初始位置作為光伏陣列的輸出電壓給定，進而檢測第now_iter代第i個粒子所對應的光伏陣列輸出電壓Ui' 電流Ii,并計算得到第i個粒子的功率Pi ；4-3) i = i+Ι，若第now_iter次迭代過程中進行的粒子數(shù)i >m，進入下一步，否則轉(zhuǎn)入步驟4-2)；4-4)得到第i個粒子在第now_iter次迭代過程中的所對應的光伏陣列最優(yōu)值 urw-Iter，以及目前為止的迭代過程中的全局最優(yōu)；4-5)設置迭代次數(shù) now_iter = now_iter+l,若 now_i ter > max_i ter,令全局最優(yōu)值Ug = U w-Iter，則轉(zhuǎn)入步驟4-11)，否則令i = 1，繼續(xù)下一步；4-6)計算:T1 = (random (0,1) +random (O, I)) /2 > r2 = (random (0,1) +random (0, 1))/2 ；Random(0,l)為0_1范圍內(nèi)的隨機函數(shù)；
權(quán)利要求
1.一種在部分受遮擋條件下光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率優(yōu)化方法，其采用一光伏發(fā)電系統(tǒng)在部分受遮擋下全局最大功率點跟蹤裝置，該跟蹤裝置中具有光伏電池板的輸出電壓、電流采集電路，并具有一內(nèi)置在部分受遮擋下APS0MPPT最大功率點跟蹤控制算法程序的控制器，控制器中帶有定時器、Α/D轉(zhuǎn)換器和PWM產(chǎn)生器，該PWM產(chǎn)生器的輸出經(jīng)驅(qū)動電路控制一 BOOST單元電路，BOOST單元電路的輸出接負載；其特征在于所述的方法步驟如下1)系統(tǒng)初始化斷開負載，獲取光伏電池板的開路電壓Uoc，然后初始化光伏發(fā)電系統(tǒng)在部分受遮擋下的最大功率點跟蹤裝置控制器的參數(shù)，其中包括光伏電池板最大輸出電壓 Umax,即光伏電池板的開路電壓Uoc ;同時設定初始化數(shù)值用于Α/D轉(zhuǎn)換的定時器米樣時間T、光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)束與否的標志EndFlag ；EndFlag = I表示結(jié)束，EndFlag = O表示正常運行；2)系統(tǒng)初始化后，啟動定時器；3)若定時時間未到，則繼續(xù)步驟3);若定時時間到，進行下一步；4)再次啟動定時器，然后調(diào)用APS0MPPT子程序；5)將通過運行APS0MPPT子程序得到的全局最優(yōu)值Ug作為光伏陣列的輸出電壓給定值，作用于光伏陣列；6)讀取程序結(jié)束運行的標志EndFlag,若EndFlag= I,則關(guān)閉定時器,整個程序結(jié)束； 否則轉(zhuǎn)入步驟3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在部分受遮擋條件下光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率優(yōu)化方法，其特征在于所述步驟4)中的APS0MPPT子程序的方法是4-1)預先在該程序中設定光伏電池板的電壓粒子數(shù)為m= 10;當前迭代次數(shù)now_iter = I、迭代最大次數(shù)max_iter = 10 ;第I代的m個粒子的初始位置=l25 + ^7x(Umax-l25)，這里now iter = I ;粒子速度的最大值Vmax為一塊光伏電m-Ι—池開路電壓值的60 85% ;運行的粒子數(shù)i = I ;光伏電池板由控制器控制時允許的最小輸出工作電壓Umin ；4-2)執(zhí)行第now_iter次迭代過程，將根據(jù)第i個粒子的初始位置作為光伏陣列的輸出電壓給定，進而檢測第now_iter代第i個粒子所對應的光伏陣列輸出電壓Ui、電流Ii,并計算得到第i個粒子的功率Pi ;4-3) i = i+Ι，若第now_iter次迭代過程中進行的粒子數(shù)i >m，進入下一步，否則轉(zhuǎn)入步驟4-2)；4-4)得到第i個粒子在第now_iter次迭代過程中的所對應的光伏陣列最優(yōu)值， 以及目前為止的迭代過程中的全局最優(yōu)值u=°w-to;4-5)設置迭代次數(shù)now_iter = now_iter+l,若now_iter > max_i ter,令全局最優(yōu)值 Ug = U w-Iter，則轉(zhuǎn)入步驟4-11)，否則令i = 1，繼續(xù)下一步；4-6)計算
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在部分受遮擋條件下光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率優(yōu)化方法，其特征在于步驟3)中所述的定時時間到后，運行APS0MPPT算法子程序，并得到將全局最優(yōu)值 Ug返回給主程序，并作為此次光伏系統(tǒng)輸出電壓的給定值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光伏發(fā)電系統(tǒng)在部分受遮擋下的最大功率跟蹤方法，其特征在于粒子速度的最大值Vmax為一塊光伏電池開路電壓值的80%。
5.一種在部分受遮擋條件下光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率優(yōu)化跟蹤裝置，包括光伏電池板及光伏電池板的由霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器構(gòu)成的電壓電流采集電路；其特征在于還包括一 DSP控制器，其采用內(nèi)置有APS0MPPT最大功率點跟蹤控制算法程序的DSP控制芯片，并帶有Α/D轉(zhuǎn)換輸入和PWM脈寬調(diào)制輸出；一 BOOST 電路；所述光伏電池板的輸出一路接光伏電池板的電壓、電流采集電路，該光伏電池板的電壓、電流采集電路的輸出端分別再接所述控制器的輸入端；所述控制器的PWM控制輸出端經(jīng)IGBT驅(qū)動電路控制BOOST電路；所述光伏電池板的另一路輸出接BOOST電路的輸入， BOOST電路的輸出接負載。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在部分受遮擋條件下光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率優(yōu)化跟蹤裝置， 其特征在于所述DSP控制器采用型號為TMS320F28335的DSP芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在部分受遮擋條件下光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率優(yōu)化跟蹤裝置， 其特征在于所述光伏電池板的電壓、電流采集電路由霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器和兩個電阻構(gòu)成，其中，光伏電池板的電壓輸出端接至霍爾電流傳感器的輸入端，并通過一電阻接入霍爾電壓傳感器輸入端，霍爾電流傳感器的輸出端接到DSP芯片的Α/D輸入端。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在部分受遮擋條件下光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率優(yōu)化跟蹤裝置， 其特征在于所述驅(qū)動電路為IGBT驅(qū)動器或采用MOS驅(qū)動電路。
全文摘要
一種部分受遮擋的光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率優(yōu)化方法及系統(tǒng)裝置，包括光伏電池板及光伏電池板的電壓、電流采集電路及DSP控制器，控制器內(nèi)置有APSOMPPT最大功率點跟蹤控制算法程序，控制器的控制輸出端經(jīng)PWM驅(qū)動電路控制一BOOST電路，BOOST電路的輸出接負載。跟蹤方法是首先獲取光伏電池板的開路電壓，根據(jù)開路電壓確定光伏電池板最大輸出電壓，系統(tǒng)初始化并啟動定時器，當定時時間到時，要運行APSOMPPT最大功率點跟蹤控制算法子程序進行多次迭代，最后將迭代過程中的所有粒子的全局最優(yōu)值作為光伏陣列的電壓給定作用于光伏陣列。從而實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)功率優(yōu)化輸出。
文檔編號H02N6/00GK102594211SQ201210018058
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者廉小親, 張曉力, 王嵩, 王敬瑞 申請人:北京工商大學