專利名稱：光伏揚(yáng)水系統(tǒng)的混成最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種應(yīng)用在獨(dú)立光伏揚(yáng)水系統(tǒng)中的最大功率點(diǎn)跟蹤方法。
背景技術(shù)：
獨(dú)立光伏揚(yáng)水系統(tǒng)對于解決偏遠(yuǎn)地區(qū)人畜飲水、農(nóng)業(yè)及防護(hù)林灌溉等生態(tài)問題具有廣闊的應(yīng)用前景，也可應(yīng)用于城市公園噴水景觀等，因此得到了廣泛的重視。獨(dú)立光伏揚(yáng)水系統(tǒng)由圖9所示的三個部分組成光伏電池陣列、專用變頻器和使用三相異步電動機(jī)的水泵?；谠诠夥鼡P(yáng)水系統(tǒng)中蓄電不如蓄水的方針，沒有配置蓄電池，達(dá)到簡化系統(tǒng)、降低成本的目的。
光伏電池是一種非線性電源，其輸出特性與結(jié)構(gòu)、材料、光照強(qiáng)度及環(huán)境溫度等因素密切相關(guān)。根據(jù)等值電路及其表達(dá)式、可得到圖10所示的輸出電壓、電流及功率的特性曲線。由圖10可知，輸出功率存在一個極大值，即最大功率點(diǎn)。輸出電流-電壓特性則以最大功率點(diǎn)為界，左側(cè)的區(qū)域內(nèi)電流基本保持恒定，稱為恒流區(qū)，而右側(cè)的區(qū)域內(nèi)電壓變化較小，稱為恒壓區(qū)。
專用變頻器用于控制水泵轉(zhuǎn)速，其控制電路以MCU為核心，必須具備以下兩個功能逆變功能——將光伏電池陣列輸出的直流電變換為驅(qū)動電動機(jī)所需的交流電；最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)功能——根據(jù)光照強(qiáng)度實(shí)時調(diào)節(jié)輸出頻率、保證系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)。在無蓄電池的獨(dú)立光伏揚(yáng)水系統(tǒng)中，水泵所需的功率由光伏電池直接提供，光伏電池陣列的直流輸出電壓隨著變頻器輸出頻率的增高而下降。因此通過調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，可以對光伏電池陣列的工作點(diǎn)進(jìn)行控制。在恒壓區(qū)內(nèi)增高輸出頻率，在恒流區(qū)內(nèi)降低輸出頻率，即可實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的跟蹤。
最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法對系統(tǒng)的運(yùn)行特性起著決定性的作用，需要滿足三方面的要求跟蹤速度、跟蹤精度及系統(tǒng)穩(wěn)定性。經(jīng)典的方法根據(jù)光伏電池的輸出特性，基于一階極值判別原理，通過檢測輸出電壓和電流，建立單一的判據(jù)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作點(diǎn)，有常壓法、擾動觀測法(PAO)及增導(dǎo)納法(ICT)等等。在有儲能環(huán)節(jié)(如蓄電池)的系統(tǒng)和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，不存在因輸出電壓過低而造成系統(tǒng)停機(jī)保護(hù)的問題，經(jīng)典的方法基本能夠滿足系統(tǒng)對控制特性的要求。但是，在本發(fā)明應(yīng)用的獨(dú)立光伏揚(yáng)水系統(tǒng)中，由于沒有蓄電池對直流電壓起支撐作用，穩(wěn)定性問題主要是電壓穩(wěn)定問題，控制規(guī)律的動態(tài)特性稍不理想，就會造成光伏電池陣列輸出電壓急劇下降，變頻器欠壓保護(hù)，系統(tǒng)停止運(yùn)行，例如，當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速過高或光照強(qiáng)度迅速降低時，如果不能及時地調(diào)低變頻器的輸出頻率，光伏電池陣列的電壓將迅速下降，導(dǎo)致變頻器欠壓保護(hù)動作。因此，對控制器的動態(tài)特性提出了更高的要求。現(xiàn)有的光伏揚(yáng)水專用變頻器產(chǎn)品均采用經(jīng)典的最大功率跟蹤方法，控制特性不夠理想，有待進(jìn)一步改善。
常壓法忽略太陽輻照度、環(huán)境溫度等因素對最大功率點(diǎn)電壓的影響，近似認(rèn)為不同工作條件下最大功率點(diǎn)的電壓不變。運(yùn)行中當(dāng)實(shí)測電壓大于設(shè)定最大功率點(diǎn)參考電壓Vref時，增高輸出頻率；反之，則降低輸出頻率。輸出頻率f由式(7)決定，式中Δf＞0為調(diào)頻步長。
f(n)=f(n-1)+ΔfV(n)>vreff(n-1)V(n)=Vref---(7)f(n-1)-ΔfV(n)<Vref]]>常壓法直接控制工作點(diǎn)電壓，系統(tǒng)的穩(wěn)定性好。但是，其參考電壓Vref的選取依賴于光伏電池陣列的特性，對每一個系統(tǒng)都必須根據(jù)光伏電池陣列的參數(shù)整定Vref，通用性較差。而且實(shí)驗(yàn)表明，環(huán)境溫度對最大功率點(diǎn)的電壓影響較大，若Vref恒定不變，系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行時可能偏離最大功率點(diǎn)，所以應(yīng)設(shè)法根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時地調(diào)整參考電壓。
PAO法是被廣泛應(yīng)用的方法之一。在光伏揚(yáng)水系統(tǒng)中，PAO法的基本操作如下小幅度調(diào)節(jié)輸出頻率，檢測由此而引起的輸出功率P的變化，根據(jù)輸出功率的變化方向決定下個周期的頻率調(diào)節(jié)方向。即f(n)＝f(n-1)+Δf(n) (8)Δf(n)=Δf(n-1)p(n)≥p(n-1)---(9)-Δf(n-1)p(n)<p(n-1)]]>PAO法具有通用性好、在太陽輻照度比較穩(wěn)定的情況下能保證系統(tǒng)自動跟蹤最大功率點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)是沒有考慮太陽輻照度快速變化時的系統(tǒng)動態(tài)特性，可能選擇錯誤的調(diào)速方向，導(dǎo)致無蓄電池獨(dú)立光伏揚(yáng)水系統(tǒng)頻繁停止與起動。例如，當(dāng)太陽輻照度大幅度降低時，引起系統(tǒng)的輸出功率連續(xù)下降，此時變頻器應(yīng)該連續(xù)多個周期降低輸出頻率，使系統(tǒng)穩(wěn)定在新的最大功率點(diǎn)。但是，根據(jù)式(9)控制策略，在輸出功率連續(xù)減小的過程中，Δf(n)＝-Δf(n-1)，因此在輸出功率連續(xù)減小的過程中，相鄰兩個控制周期內(nèi)變頻器交替小幅降頻和升頻，水泵的功率需求超過光伏電池陣列的最大功率，導(dǎo)致電壓急劇降低，系統(tǒng)欠壓保護(hù)。
將ICT法應(yīng)用于光伏揚(yáng)水系統(tǒng)，通過檢測光伏電池陣列的輸出電壓V(n)和電流I(n)，計算與上個控制周期的輸出電壓V(n-1)和電流I(n-1)的差，ΔV(n)＝V(n)-V(n-1)，ΔI(n)＝I(n)-I(n-1)，可以得到控制規(guī)律如下f(n)=f(n-1)I(n)/V(n)+ΔI(n)/ΔV(n)=0(MPP)f(n-1)-ΔfI(n)/V(n)+ΔI(n)/ΔV(n)>0---(10)f(n-1)+ΔfI(n)/V(n)+ΔI(n)/ΔV(n)<0]]>ICT法理論上可以保證系統(tǒng)工作于最大功率點(diǎn)，并對系統(tǒng)的動態(tài)特性有所改善。但是，含有除法運(yùn)算的判據(jù)I/V+ΔI/ΔV不適合于采用定點(diǎn)MCU的光伏揚(yáng)水控制系統(tǒng)。因?yàn)樵跀?shù)字控制系統(tǒng)中，反饋量I、V都是通過對檢測電路信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后得到的，且為了保證檢測的范圍和精度，額定電壓和電流的A/D轉(zhuǎn)換值的大小通常比較接近。因此，在光伏揚(yáng)水控制系統(tǒng)的正常調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，I/V的計算結(jié)果經(jīng)常小于1，ΔI/ΔV的計算結(jié)果也經(jīng)常落在(-1，1)范圍內(nèi)。由于定點(diǎn)MCU只具備處理整數(shù)的能力，絕對值小于1的計算結(jié)果都被作為0處理，造成將|I/V+ΔI/ΔV|＜1內(nèi)的所有工作點(diǎn)都判斷為最大功率點(diǎn)，導(dǎo)致系統(tǒng)可能滯留在非最大功率點(diǎn)上持續(xù)工作。此外，當(dāng)太陽輻照度快速增大時，系統(tǒng)應(yīng)該增頻，提高輸出功率。但由于輻照度增強(qiáng)使ΔI＞0、ΔV＞0，式(10)反作降頻控制，導(dǎo)致輸出頻率短時偏低，影響了最大功率點(diǎn)跟蹤效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的是提供一種光伏揚(yáng)水系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，該跟蹤控制方法能應(yīng)用于采用定點(diǎn)MCU的光伏揚(yáng)水系統(tǒng)，而且具有快速的動態(tài)跟蹤特性。
本發(fā)明的第二目的是更進(jìn)一步提供一種光伏揚(yáng)水系統(tǒng)的混成最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，該跟蹤控制方法能應(yīng)用于采用定點(diǎn)MCU的光伏揚(yáng)水系統(tǒng)，使系統(tǒng)既具有快速的動態(tài)跟蹤特性，又具有良好的穩(wěn)定性。
為實(shí)現(xiàn)上述第一目的，本發(fā)明光伏揚(yáng)水系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法是一種多重判據(jù)法，它在每個控制周期TC中，通過檢測光伏電池陣列的輸出電壓V(n)和輸出電流I(n)，計算輸出功率P(n)＝V(n)I(n)，并與上個控制周期的對應(yīng)變量比較，ΔP(n)＝P(n)-P(n-1)，ΔV(n)＝V(n)-V(n-1)，ΔI(n)＝I(n)-I(n-1)，直接以ΔP、ΔV和ΔI的符號為判據(jù)，根據(jù)如表1所示的多重判據(jù)法邏輯，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作點(diǎn)。
表1多重判據(jù)法邏輯


該方法具體包括以下步驟系統(tǒng)中的MCU采樣光伏電池陣列的輸出電壓V(n)、輸出電流I(n)，計算輸出功率P(n)，分別用所述輸出電壓V(n)、輸出電流I(n)和輸出功率P(n)減去上一控制周期中的輸出電壓V(n-1)、輸出電流I(n-1)和輸出功率P(n-1)，得出電壓差ΔV、電流差ΔI和功率差ΔP，根據(jù)所述電壓差ΔV、電流差ΔI和功率差ΔP的正、負(fù)以及是否為零，分別選擇式(1)-(3)之一f(n)＝f(n-1)+ΔfΔP＜0且ΔV＞0，或ΔP＞0且ΔI≥0……………………(1)f(n)＝f(n-1)ΔP＝0 ……………………(2)f(n)＝f(n-1)-ΔfΔP＜0且ΔV≤0，或ΔP＞0且ΔI＜0 …………………(3)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中逆變器的輸出頻率f(n)，式中Δf為調(diào)頻步長，Δf＞0，f(n-1)為上一控制周期中逆變器的輸出頻率。
為實(shí)現(xiàn)上述本發(fā)明的第二目的，本發(fā)明更進(jìn)一步提供一種光伏揚(yáng)水系統(tǒng)的混成最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，該跟蹤控制方法通過交替運(yùn)行多重判據(jù)法和常壓法，來調(diào)節(jié)輸出頻率，多重判據(jù)法執(zhí)行周期(指一次交替中，運(yùn)行多重判據(jù)法的時間)短于1秒，能實(shí)時跟蹤最大功率點(diǎn)，并為下一個常壓法執(zhí)行周期TCV(指一次交替中，運(yùn)行常壓法的時間)提供最佳的參考電壓Vref，該方法包括以下步驟a、系統(tǒng)中的MCU每個控制周期TC檢查選擇標(biāo)識k的邏輯值，若為真，轉(zhuǎn)至步驟b運(yùn)行多重判據(jù)法，否則轉(zhuǎn)至步驟d運(yùn)行常壓法；b、所述多重判據(jù)法包括，采樣系統(tǒng)中光伏電池陣列的輸出電壓V(n)和輸出電流I(n)，計算輸出功率P(n)，分別用所述輸出電壓V(n)、輸出電流I(n)和輸出功率P(n)減去上一控制周期中的輸出電壓V(n-1)、輸出電流I(n-1)和輸出功率P(n-1)，得出電壓差ΔV、電流差ΔI和功率差ΔP，根據(jù)所述電壓差ΔV、電流差ΔI和功率差ΔP的正、負(fù)以及是否為零，分別選擇式(1)-(3)之一f(n)＝f(n-1)+ΔfΔP＜0且ΔV＞0，或ΔP＞0且ΔI≥0……………………(1)f(n)＝f(n-1)ΔP＝0 ……………………(2)f(n)＝f(n-1)-ΔfΔP＜0且ΔV≤0，或ΔP＞0且ΔI＜0……………………(3)
調(diào)節(jié)系統(tǒng)中逆變器的輸出頻率f(n)，式中Δf為調(diào)頻步長，Δf＞0，f(n-1)為上一控制周期中逆變器的輸出頻率；c、若當(dāng)前次調(diào)頻與前次調(diào)頻為不同向調(diào)頻，則使選擇標(biāo)識k的邏輯值為假，參考電壓Vref＝V(n)，常壓法實(shí)際執(zhí)行時間tCV清零，轉(zhuǎn)至步驟a；否則直接轉(zhuǎn)至步驟a；d、所述常壓法包括，采樣系統(tǒng)中光伏電池陣列的輸出電壓V(n)，與參考電壓Vref比較，根據(jù)比較的結(jié)果分別選擇式(4)-(6)之一f(n)＝f(n-1)+Δf V(n)＞Vref……………………(4)f(n)＝f(n-1) V(n)＝Vref……………………(5)f(n)＝f(n-1)-Δf V(n)＜Vref……………………(6)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中逆變器的輸出頻率f(n)，式中Δf為調(diào)頻步長，Δf＞0，f(n-1)為上一控制周期中逆變器的輸出頻率；e、令常壓法實(shí)際執(zhí)行時間tCV加一個控制周期TC，再與常壓法執(zhí)行周期TCV比較，當(dāng)tCV≥TCV時，則使選擇標(biāo)識k的邏輯值為真，轉(zhuǎn)至步驟a；否則直接轉(zhuǎn)至步驟a。
當(dāng)MCU運(yùn)行常壓法時，采用的參考電壓Vref是由多重判據(jù)法跟蹤控制模塊提供的，所述參考電壓Vref等于多重判據(jù)法中出現(xiàn)不同向調(diào)頻時，當(dāng)前控制周期檢測的光伏電池陣列的輸出電壓V(n)。
本發(fā)明多重判據(jù)法根據(jù)電壓差ΔV、電流差ΔI和功率差ΔP的正、負(fù)以及是否為零，對輸出頻率調(diào)節(jié)的控制效果和光照強(qiáng)度變化同時進(jìn)行判別，即跟蹤系統(tǒng)狀態(tài)，進(jìn)而通過相應(yīng)的運(yùn)算確定下一周期的輸出頻率，實(shí)時跟蹤最大功率點(diǎn)。由于能夠?qū)敵鲱l率調(diào)節(jié)的控制效果和光照強(qiáng)度變化同時進(jìn)行判別，使系統(tǒng)的動態(tài)跟蹤特性得到改善。另外，它沒有除法運(yùn)算，能應(yīng)用于采用定點(diǎn)MCU的光伏揚(yáng)水系統(tǒng)。
其混成最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法通過交替運(yùn)行多重判據(jù)法和常壓法，來調(diào)節(jié)輸出頻率，其中多重判據(jù)法執(zhí)行周期短于1秒，能實(shí)時跟蹤最大功率點(diǎn)，并為下一個常壓法執(zhí)行周期TCV提供最佳的參考電壓值。而常壓法直接控制工作點(diǎn)電壓，可以較好地解決系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。將多重判據(jù)法的快速跟蹤特性與常壓法的良好穩(wěn)定性相結(jié)合，能夠及時調(diào)整輸出頻率，有效控制直流電壓，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，使系統(tǒng)既具有快速的動態(tài)跟蹤特性，又具有良好的穩(wěn)定性。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1光伏揚(yáng)水系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；圖2為其多重判據(jù)法的流程圖；
圖3a、b為實(shí)施例1光伏揚(yáng)水系統(tǒng)用多重判據(jù)法跟蹤特性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中，圖3a為光照強(qiáng)度曲線，圖3b為對應(yīng)的輸出功率曲線；圖4為本發(fā)明實(shí)施例2光伏揚(yáng)水系統(tǒng)采用的混成最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法的流程圖；圖5為圖4中常壓法的流程圖；圖6a、b為實(shí)施例2光伏揚(yáng)水系統(tǒng)在晴天條件下，輸出功率與輸出電壓的曲線圖；圖7a、b為實(shí)施例2光伏揚(yáng)水系統(tǒng)在多云條件下，輸出功率與輸出電壓的曲線圖；圖8a、b為實(shí)施例2光伏揚(yáng)水系統(tǒng)在陰天條件下，輸出功率與輸出電壓的曲線圖；圖9為獨(dú)立光伏揚(yáng)水系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖10為光伏電池陣列P-V(I-V)特性曲線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖做進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1如圖1所示，本光伏揚(yáng)水系統(tǒng)包括光伏電池陣列1、水泵5和逆變器4，逆變器4的輸出端接水泵5電源端，逆變器4的輸入端接于光伏電池陣列1輸出端，光伏電池陣列1輸出回路設(shè)置防涌流電路2和平波電路3，還包括MCU 11，MCU內(nèi)部有多重判據(jù)法跟蹤控制模塊和常壓法跟蹤控制模塊，用于交替跟蹤控制該光伏揚(yáng)水系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)；電壓檢測模塊7，它的輸入端連接于光伏電池陣列1的輸出端，它的輸出端連接至MCU11的輸入端，用于檢測光伏電池陣列1的輸出電壓V(n)；第一電流檢測模塊6，它的輸入端連接于光伏電池陣列1的輸出端，它的輸出端連接至MCU 11的另一輸入端，用于檢測光伏電池陣列1的輸出電流I(n)；PWM驅(qū)動模塊9，它的輸入端連接于MCU 11輸出端口，它的輸出端連接至逆變器4的控制端，用于驅(qū)動逆變器；所述MCU交替運(yùn)行多重判據(jù)法跟蹤控制模塊和常壓法跟蹤控制模塊，采樣光伏電池陣列的輸出電壓V(n)和輸出電流I(n)，計算，并根據(jù)相應(yīng)的判據(jù)和公式確定輸出頻率f(n)，使PWM驅(qū)動模塊和逆變器以輸出頻率f(n)運(yùn)行。
還包括第二電流檢測模塊10，第二電流檢測模塊10的兩個輸入端分別對水泵5的兩相電流采樣，它的輸出端連接至MCU 11的相應(yīng)輸入端，用于監(jiān)測水泵5的工作電流。
故障信號模塊8，監(jiān)測逆變器4的運(yùn)行狀況并反饋給MCU 11。
本實(shí)施例中，光伏電池陣列1的峰值功率2200W、最大功率點(diǎn)電壓350V、電流6.28A。
變頻器4額定功率1500W，最高輸出頻率50Hz。水泵5采用額定輸入頻率50Hz、功率1500W、流量/揚(yáng)程14(m3/h)/20m的三相220V潛水泵。MCU 11采用16位定點(diǎn)MCU，同時實(shí)施逆變控制和最大功率點(diǎn)跟蹤控制；最大功率點(diǎn)跟蹤控制環(huán)節(jié)通過10位A/D轉(zhuǎn)換器檢測輸入電流和直流電壓，根據(jù)選定的方法計算確定變頻器的輸出頻率，控制周期TC為20毫秒，控制周期TC可設(shè)置為數(shù)十毫秒。
實(shí)施例1光伏揚(yáng)水系統(tǒng)采用多重判據(jù)法跟蹤控制系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)，它在每個控制周期TC中，通過檢測光伏電池陣列1的輸出電壓V(n)和輸出電流I(n)，計算輸出功率P(n)＝V(n)I(n)，并與上個控制周期的對應(yīng)變量比較，ΔP(n)＝P(n)-P(n-1)，ΔV(n)＝V(n)-V(n-1)，ΔI(n)＝I(n)-I(n-1)，直接以ΔP、ΔV和ΔI的符號為判據(jù)，根據(jù)如表1所示的多重判據(jù)法邏輯，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作點(diǎn)。
表1多重判據(jù)法邏輯

參照圖2，該多重判據(jù)法包括以下步驟系統(tǒng)中的MCU 11采樣光伏電池陣列1的輸出電壓V(n)、輸出電流I(n)；計算輸出功率P(n)；分別用所述輸出電壓V(n)、輸出電流I(n)和輸出功率P(n)減去上一控制周期中的輸出電壓V(n-1)、輸出電流I(n-1)和輸出功率P(n-1)，得出電壓差ΔV、電流差ΔI和功率差ΔP；根據(jù)所述電壓差ΔV、電流差ΔI和功率差Δp的正、負(fù)以及是否為零，調(diào)節(jié)變頻器4的輸出頻率f(n)，若ΔP＝0，即P(n)＝P(n-1)，則使輸出頻率f(n)＝f(n-1)，若ΔP＜0且ΔV＞0，則使輸出頻率f(n)＝f(n-1)+Δf，若ΔP＜0且ΔV≤0，則使輸出頻率f(n)＝f(n-1)-Δf，若ΔP＞0且ΔI≥0，則使輸出頻率f(n)＝f(n-1)+Δf，若ΔP＞0且ΔI＜0，則使輸出頻率f(n)＝f(n-1)-Δf，式中Δf為調(diào)頻步長，Δf＞0，f(n-1)為上一控制周期中逆變器4的輸出頻率。
如表1所示，該方法通過判斷電壓差ΔV、電流差ΔI和功率差ΔP的正、負(fù)以及是否為零，對輸出頻率調(diào)節(jié)的控制效果和光照強(qiáng)度變化同時進(jìn)行判別，即跟蹤系統(tǒng)狀態(tài)，進(jìn)而通過相應(yīng)的運(yùn)算確定下一周期的頻率f(n)，從而及時調(diào)整輸出頻率。它沒有除法運(yùn)算，系統(tǒng)的動態(tài)跟蹤特性得到改善。
對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在光照強(qiáng)度快速變化時，采用PAO法和ICT法的系統(tǒng)經(jīng)常停機(jī)保護(hù)，而采用本實(shí)施例方法的系統(tǒng)則能快速響應(yīng)、穩(wěn)定運(yùn)行。圖3a、b為確認(rèn)本多重判據(jù)法跟蹤特性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中，圖3a為光照強(qiáng)度曲線，圖3b為對應(yīng)的輸出功率曲線?？梢钥闯?，輸出功率曲線與光照強(qiáng)度曲線非常吻合，表明系統(tǒng)具有出色的跟蹤特性。
實(shí)施例2實(shí)施例2光伏揚(yáng)水系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成與實(shí)施例1相同，不同點(diǎn)在于實(shí)施例2光伏揚(yáng)水系統(tǒng)采用混成最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法來跟蹤控制最大功率點(diǎn)，參照圖4，該混成最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法交替運(yùn)行多重判據(jù)法和常壓法，調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，多重判據(jù)法執(zhí)行周期短于1秒，實(shí)時跟蹤最大功率點(diǎn)，并為下一個常壓法執(zhí)行周期TCV(約10秒)提供最佳的參考電壓值，具體包括以下步驟a、系統(tǒng)中的MCU11每個控制周期TC檢查選擇標(biāo)識k的邏輯值，若為真(即k＝1)，轉(zhuǎn)至步驟b，否則轉(zhuǎn)至步驟d；b、運(yùn)行多重判據(jù)法，調(diào)節(jié)變頻器4的輸出頻率f(n)；c、若當(dāng)前次調(diào)頻與前次調(diào)頻為不同向調(diào)頻(例如當(dāng)前次是不變頻或降頻，上次是升頻；或者當(dāng)前次是不變頻或升頻，而上次是降頻)，則使選擇標(biāo)識k的邏輯值為假(即k＝0)，參考電壓Vref＝V(n)，常壓法實(shí)際執(zhí)行時間tCV清零，轉(zhuǎn)至步驟a；否則直接轉(zhuǎn)至步驟a；d、運(yùn)行常壓法，調(diào)節(jié)變頻器4的輸出頻率f(n)，其中，常壓法中采用的參考電壓Vref是步驟c中所述參考電壓Vref＝V(n)；e、令常壓法實(shí)際執(zhí)行時間tCV加一個控制周期TC，再與常壓法執(zhí)行周期TCV比較，當(dāng)tCV≥TCV時，則使選擇標(biāo)識k的邏輯值為真，轉(zhuǎn)至步驟a；否則直接轉(zhuǎn)至步驟a。
實(shí)際應(yīng)用中，常壓法執(zhí)行周期TCV可以設(shè)置為5～20S，時間常數(shù)可為10～30ms。
參照圖2，MCU11運(yùn)行多重判據(jù)法，調(diào)節(jié)變頻器4輸出頻率f(n)的過程包括以下步驟系統(tǒng)中的MCU11采樣光伏電池陣列1的輸出電壓V(n)、輸出電流I(n)；計算輸出功率P(n)；
分別用所述輸出電壓V(n)、輸出電流I(n)和輸出功率P(n)減去上一控制周期中的輸出電壓V(n-1)、輸出電流I(n-1)和輸出功率P(n-1)，得出電壓差ΔV、電流差ΔI和功率差ΔP；根據(jù)所述電壓差ΔV、電流差ΔI和功率差ΔP的正、負(fù)以及是否為零，確定輸出頻率f(n)，若ΔP＝0，即P(n)＝P(n-1)，則使輸出頻率f(n)＝f(n-1)，若ΔP＜0且ΔV＞0，則使輸出頻率f(n)＝f(n-1)+Δf，若ΔP＜0且ΔV≤0，則使輸出頻率f(n)＝f(n-1)-Δf，若ΔP＞0且ΔI≥0，則使輸出頻率f(n)＝f(n-1)+Δf，若ΔP＞0且ΔI＜0，則使輸出頻率f(n)＝f(n-1)-Δf，式中Δf為調(diào)頻步長，Δf＞0，f(n-1)為上一控制周期中逆變器的輸出頻率。
參照圖5，MCU11運(yùn)行常壓法，調(diào)節(jié)變頻器4輸出頻率f(n)的過程包括以下步驟采樣系統(tǒng)中光伏電池陣列1的輸出電壓V(n)，將輸出電壓V(n)與參考電壓Vref比較，若V(n)＝Vref，則使輸出頻率f(n)＝f(n-1)，若V(n)＞Vref，則使輸出頻率f(n)＝f(n-1)+Δf，若V(n)＜Vref，則使輸出頻率f(n)＝f(n-1)-Δf，式中Δf為調(diào)頻步長，Δf＞0，f(n-1)為上一控制周期中逆變器的輸出頻率。
圖6-圖8為采用混成最大功率點(diǎn)跟蹤控制的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在不同的天氣狀況下均表現(xiàn)良好，尤其在光照強(qiáng)度快速變化時，如圖7所示，采用混成最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法的系統(tǒng)則能夠及時調(diào)整輸出頻率，有效控制直流電壓，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，而采用經(jīng)典最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法的系統(tǒng)常有系統(tǒng)因欠壓保護(hù)而停止運(yùn)行的現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.光伏揚(yáng)水系統(tǒng)的混成最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，其特征在于包括以下步驟a、系統(tǒng)中的MCU每個控制周期TC檢查選擇標(biāo)識k的邏輯值，若為真，轉(zhuǎn)至步驟b運(yùn)行多重判據(jù)法，否則轉(zhuǎn)至步驟d運(yùn)行常壓法；b、所述多重判據(jù)法包括，采樣系統(tǒng)中光伏電池陣列的輸出電壓V(n)和輸出電流I(n)，計算輸出功率P(n)，分別用所述輸出電壓V(n)、輸出電流I(n)和輸出功率P(n)減去上一控制周期中的輸出電壓V(n-1)、輸出電流I(n-1)和輸出功率P(n-1)，得出電壓差ΔV、電流差ΔI和功率差ΔP，根據(jù)所述電壓差ΔV、電流差ΔI和功率差ΔP的正、負(fù)以及是否為零，分別選擇式(1)-(3)之一f(n)＝f(n-1)+ΔfΔP＜0且ΔV＞0，或ΔP＞0且ΔI≥0........................(1)f(n)＝f(n-1) ΔP＝0........................(2)f(n)＝f(n-1)-ΔfΔP＜0且ΔV≤0，或ΔP＞0且ΔI＜0........................(3)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中逆變器的輸出頻率f(n)，式中Δf為調(diào)頻步長，Δf＞0，f(n-1)為上一控制周期中逆變器的輸出頻率；c、若當(dāng)前次調(diào)頻與前次調(diào)頻為不同向調(diào)頻，則使選擇標(biāo)識k的邏輯值為假，參考電壓Vref＝V(n)，常壓法實(shí)際執(zhí)行時間tCV清零，轉(zhuǎn)至步驟a；否則直接轉(zhuǎn)至步驟a；d、所述常壓法包括，采樣系統(tǒng)中光伏電池陣列的輸出電壓V(n)，與參考電壓Vref比較，根據(jù)比較的結(jié)果分別選擇式(4)-(6)之一f(n)＝f(n-1)+ΔfV(n)＞Vref........................(4)f(n)＝f(n-1)V(n)＝Vref........................(5)f(n)＝f(n-1)-ΔfV(n)＜Vref........................(6)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中逆變器的輸出頻率f(n)，式中Δf為調(diào)頻步長，Δf＞0，f(n-1)為上一控制周期中逆變器的輸出頻率；e、令常壓法實(shí)際執(zhí)行時間tCV加一個控制周期TC，再與常壓法執(zhí)行周期TCV比較，當(dāng)tCV≥TCV時，則使選擇標(biāo)識k的邏輯值為真，轉(zhuǎn)至步驟a；否則直接轉(zhuǎn)至步驟a。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏揚(yáng)水系統(tǒng)的混成最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，其特征在于在步驟d中，所述常壓法執(zhí)行周期TCV為5～20S，控制周期TC10～30ms。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏揚(yáng)水系統(tǒng)的混成最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，其特征在于當(dāng)MCU運(yùn)行常壓法時，采用的參考電壓Vref是由多重判據(jù)法跟蹤控制模塊提供的，所述參考電壓Vref等于多重判據(jù)法中出現(xiàn)不同向調(diào)頻時，當(dāng)前控制周期檢測的光伏電池陣列的輸出電壓V(n)。
4.光伏揚(yáng)水系統(tǒng)的多重判據(jù)最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，其特征在于包括以下步驟系統(tǒng)中的MCU采樣光伏電池陣列的輸出電壓V(n)、輸出電流I(n)，計算輸出功率P(n)，分別用所述輸出電壓V(n)、輸出電流I(n)和輸出功率P(n)減去上一控制周期中的輸出電壓V(n-1)、輸出電流I(n-1)和輸出功率P(n-1)，得出電壓差ΔV、電流差ΔI和功率差ΔP，根據(jù)所述電壓差ΔV、電流差ΔI和功率差ΔP的正、負(fù)以及是否為零，分別選擇式(1)-(3)之一f(n)＝f(n-1)+ΔfΔP＜0且ΔV＞0，或ΔP＞0且ΔI≥0........................(1)f(n)＝f(n-1)ΔP＝0........................(2)f(n)＝f(n-1)-ΔfΔP＜0且ΔV≤0，或ΔP＞0且ΔI＜0........................(3)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中逆變器的輸出頻率f(n)，式中Δf為調(diào)頻步長，Δf＞0，f(n-1)為上一控制周期中逆變器的輸出頻率。
全文摘要
一種光伏揚(yáng)水系統(tǒng)的混成最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，包括a.MCU檢查選擇標(biāo)識，若為真，轉(zhuǎn)至步驟b，否則轉(zhuǎn)步驟d；b.運(yùn)行多重判據(jù)法，調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率；c.若當(dāng)前次調(diào)頻與前次調(diào)頻為不同向調(diào)頻，則使選擇標(biāo)識為假，參考電壓V
文檔編號G05F1/67GK1936757SQ20061006281
公開日2007年3月28日 申請日期2006年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月25日
發(fā)明者徐政, 李友春, 陳銳堅 申請人:清華大學(xué)深圳研究生院