本發(fā)明涉及光伏系統(tǒng)的最大功率跟蹤，特別涉及一種基于功率增量法的多峰值最大電功率跟蹤方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)光伏陣列沒(méi)有發(fā)生遮擋時(shí)，其p-v曲線上僅有一個(gè)單獨(dú)的最大功率點(diǎn)(maximumpowerpoint，mpp)，如圖1所示。此時(shí)，傳統(tǒng)的最大電功率追蹤算法(maximumpowerpointtracking，mppt)，如擾動(dòng)觀察法(perturb&observe，p&o)、電導(dǎo)增量法(incrementalconductance，inc)、beta法等，可以有效地追蹤到其mpp。但是，當(dāng)光伏陣列發(fā)生局部遮擋時(shí)，如圖2所示，其p-v曲線上會(huì)出現(xiàn)多個(gè)局部最大功率點(diǎn)(localmaximumpowerpoint，lmpp)和一個(gè)全局最大功率點(diǎn)(globalmaximumpowerpoint，gmpp)。此時(shí)，傳統(tǒng)的mppt算法可能使光伏系統(tǒng)工作于某一個(gè)lmpp而非gmpp，從而導(dǎo)致光伏陣列無(wú)法輸出其最大功率。

為了能夠解決這問(wèn)題，很多gmppt算法被提出。其中，大多數(shù)的gmppt算法基于0.8voc的算法模型，其中，代表作為h.patel所提出的算法，其追蹤流程如圖2所示。

假定光伏系統(tǒng)起始工作點(diǎn)為點(diǎn)a，然后h.patel算法會(huì)先找到距離點(diǎn)a最近的第一個(gè)峰值，如圖3深色箭頭所示。當(dāng)算法找到第一個(gè)lmpp時(shí)，由于每個(gè)峰值之間的距離約等于0.8voc，此時(shí)，工作點(diǎn)的電壓將減小0.8voc，其然后會(huì)移動(dòng)到點(diǎn)b，從而跳出右側(cè)的峰值繼而追蹤下一個(gè)峰值。此后，算法追蹤流程大致遵從點(diǎn)a→點(diǎn)b→點(diǎn)c順序依次移動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到最左側(cè)的峰值時(shí)，會(huì)根據(jù)之前所找到的峰值功率進(jìn)行判斷，選出全局最大功率點(diǎn)gmmp，并使系統(tǒng)穩(wěn)定在此gmpp的位置上。

h.patel算法優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)單明了。但是，其缺點(diǎn)主要有以下兩點(diǎn)：

1.可能存在誤判的現(xiàn)象。例如，當(dāng)算法準(zhǔn)備跳出當(dāng)前峰值所在區(qū)間時(shí)，由于噪音或者其他因素，工作點(diǎn)可能無(wú)法準(zhǔn)確跳至下一個(gè)峰值所在區(qū)域，如圖3點(diǎn)d所示。此時(shí)，由于d點(diǎn)仍處在上一個(gè)峰值所在的區(qū)間，因而算法會(huì)發(fā)生誤判，使得工作點(diǎn)遵循淺色箭頭所指方向，回到原來(lái)的峰值，從而錯(cuò)過(guò)下一個(gè)峰值，即gmpp。由于此類誤判現(xiàn)象的發(fā)生，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)光伏陣列無(wú)法輸出其最大功率。

2.追蹤速度慢，效率低。在實(shí)際情況下，光伏陣列可能產(chǎn)生5、6個(gè)甚至數(shù)十個(gè)峰值。此時(shí)，h.patel算法將不得不依次對(duì)這些峰值進(jìn)行追蹤，從而大大增加追蹤時(shí)間，減小追蹤效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是：相對(duì)于h.patel算法以及其他基于0.8voc的算法，本發(fā)明提出提供一種基于功率增量法的多峰值最大電功率跟蹤方法，此方法不僅簡(jiǎn)單明了，且追蹤速度快，效率高。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

1.一種基于功率增量法的多峰值最大電功率跟蹤方法，包括：

s1、首先假定光伏系統(tǒng)起始工作點(diǎn)位置位于點(diǎn)p1處，功率和電壓分別為p(1)和v(1)，從光伏陣列p-v曲線右側(cè)向左開(kāi)始追蹤；

s2、每次追蹤的功率增量和電壓增量分別為δp、δv，且均大于0，假定下一個(gè)移動(dòng)的位置為p2'，功率和電壓分別為p(k+1)＝p(k)+δp、v(k+1)＝v(k)-δv，k為工作點(diǎn)序列；并根據(jù)此時(shí)的負(fù)載線，追蹤的工作點(diǎn)移動(dòng)至與p-v曲線的交點(diǎn)p2處；

s3、重復(fù)完成步驟s2過(guò)程若干次后，工作點(diǎn)達(dá)到pm-1處，再次重復(fù)步驟s2過(guò)程并計(jì)算出下一個(gè)追蹤的工作點(diǎn)pm；若此時(shí)pm的功率小于pm-1的功率，工作點(diǎn)直接移動(dòng)至光伏陣列短路電流附近，即pm+1；

s4、當(dāng)工作點(diǎn)移動(dòng)至pm+1時(shí)，從光伏陣列左側(cè)向右開(kāi)始追蹤，其過(guò)程中p(k+1)＝p(k)+δp、v(k+1)＝v(k)+δv，當(dāng)工作點(diǎn)達(dá)到pn時(shí)，如果pn的電壓超過(guò)pm，確定已經(jīng)完成整個(gè)光伏陣列的搜索，繼而開(kāi)始判斷最大功率點(diǎn)gmpp所處的位置；此時(shí)開(kāi)始使用p&o法來(lái)維持算法工作在gmpp附近。

優(yōu)選的，步驟s2中，工作點(diǎn)pk+1'的電流為i(k+1)＝p(k+1)/v(k+1)，電阻r(k+1)＝v(k+1)/i(k+1)，再根據(jù)公式

計(jì)算工作點(diǎn)pk+1'所對(duì)應(yīng)的占空比，其中rload為負(fù)載電阻；由于pk+1'并不在光伏陣列的曲線上，因此根據(jù)此時(shí)的負(fù)載線，工作點(diǎn)實(shí)際應(yīng)移動(dòng)至pk+1處。

優(yōu)選的，步驟s3中，pm的功率小于pm-1的功率時(shí)，將當(dāng)前工作點(diǎn)電壓設(shè)置為vbound；然后占空比直接設(shè)定為系統(tǒng)工作下線占空比dlow，工作點(diǎn)移動(dòng)至即pm+1。

優(yōu)選的，步驟s4中，當(dāng)工作點(diǎn)達(dá)到pn時(shí)，由于pn的電壓超過(guò)vbound，因此使算法確定已經(jīng)完成整個(gè)光伏陣列的搜索，繼而開(kāi)始判斷最大功率點(diǎn)gmpp所處的位置，開(kāi)始使用p&o法來(lái)維持算法工作在gmpp附近。

優(yōu)選的，最大電功率跟蹤過(guò)程中還設(shè)置算法狀態(tài)變量flag，flag初始設(shè)為1，即表示從光伏陣列右側(cè)開(kāi)始追蹤，當(dāng)flag設(shè)為2時(shí)，則表示從光伏陣列左側(cè)開(kāi)始追蹤，設(shè)為0時(shí)表示完成整個(gè)光伏陣列的搜索并采用p&o法來(lái)維持算法工作在gmpp附近。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

本發(fā)明基于功率增量法的多峰值最大電功率跟蹤方法，相對(duì)于h.patel算法以及其他基于0.8voc的算法，本發(fā)明方法不僅簡(jiǎn)單明了，且追蹤速度快，效率高。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1為無(wú)陰影遮擋光伏陣列的i-v曲線和p-v曲線；

圖2為有陰影遮擋光伏陣列的i-v曲線和p-v曲線；

圖3為基于0.8voc的算法模型的h.patel算法的追蹤流程；

圖4為本發(fā)明基于功率增量法的多峰值最大電功率跟蹤方法的流程圖；

圖5為實(shí)施例中從光伏陣列右側(cè)的p1工作點(diǎn)開(kāi)始追蹤的示意圖；

圖6為實(shí)施例中追蹤工作點(diǎn)達(dá)到右側(cè)第一個(gè)峰值附近的示意圖；

圖7為實(shí)施例中從光伏陣列左側(cè)的p5工作點(diǎn)開(kāi)始追蹤以及找到gmpp的示意圖；

圖8為實(shí)施例中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

如圖4所示，為本發(fā)明基于功率增量法的多峰值最大電功率跟蹤方法的流程圖，具體如下。

1、算法初始化。

對(duì)δp、δv、dlow以及rload的值進(jìn)行初始化，同時(shí)設(shè)置flag等于1。其中δp、δv為功率增量和電壓增量，相當(dāng)于傳統(tǒng)mppt算法的步長(zhǎng)；dlow為系統(tǒng)工作下線，一般對(duì)應(yīng)光伏陣列短路電流附近；rload為負(fù)載電阻，一般為定值；flag為算法狀態(tài)變量，初始設(shè)為1，即表示從光伏陣列右側(cè)開(kāi)始追蹤，當(dāng)flag設(shè)為2時(shí)，則表示從光伏陣列左側(cè)開(kāi)始追蹤，設(shè)為0時(shí)表示完成整個(gè)光伏陣列的搜索并采用p&o法來(lái)維持算法工作在gmpp附近。

2、算法具體追蹤流程。

s1、假定光伏系統(tǒng)起始位置位于點(diǎn)p1處，如圖5所示。此時(shí)，flag等于1且δp大于0，因此算法應(yīng)通過(guò)分支(a)。

s2、然后，假定下一個(gè)移動(dòng)的位置為p2'，而其功率及電壓可根據(jù)當(dāng)前功率p(k)、電壓v(k)和δp、δv進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而求得rpv,new，其可對(duì)應(yīng)圖5所示的負(fù)載線(loadline)。最后，根據(jù)公式

可求得p2'所對(duì)應(yīng)的占空比。由于p2'并不在光伏陣列的曲線上，因此根據(jù)此時(shí)的負(fù)載線，工作點(diǎn)實(shí)際應(yīng)移動(dòng)至p2處。

s3、假定當(dāng)算法重復(fù)完成上述步驟2過(guò)程若干次后，工作點(diǎn)達(dá)到右側(cè)第一個(gè)峰值附近，即點(diǎn)p3。此時(shí)，算法將再次重復(fù)步驟2過(guò)程并計(jì)算出下一個(gè)移動(dòng)的位置為p4'。同樣，由于p4'并不在光伏陣列的曲線上，因此根據(jù)此時(shí)的負(fù)載線，工作點(diǎn)實(shí)際應(yīng)移動(dòng)至p4處，如圖6所示。但是，此時(shí)由于p4的功率小于上一點(diǎn)p3的功率，滿足δp小于0的條件，因此算法應(yīng)通過(guò)分支(b)。此時(shí)，將當(dāng)前工作點(diǎn)電壓設(shè)置為vbound并將flag設(shè)置為2。然后，占空比直接設(shè)定為dlow，于是工作點(diǎn)直接移動(dòng)至光伏陣列短路電流附近，即p5。

s4、當(dāng)工作點(diǎn)移動(dòng)至p5時(shí)，光伏陣列左側(cè)開(kāi)始追蹤，其過(guò)程類似于過(guò)程a)，標(biāo)記為p6、p7、p8和p9如圖7所示。當(dāng)工作點(diǎn)達(dá)到p9時(shí)，由于p9的電壓超過(guò)vbound，因此使算法確定已經(jīng)完成整個(gè)光伏陣列的搜索，繼而開(kāi)始判斷最大功率點(diǎn)gmpp所處的位置。此時(shí)，flag設(shè)置為0并且開(kāi)始使用p&o法來(lái)維持算法工作在gmpp附近。

如圖8所示，本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，其中包括了光伏陣列、dcdc變換器和mppt算法控制器。其中太陽(yáng)能陣列模擬器(pvemulator)用來(lái)模擬光伏陣列的輸出，dspace用來(lái)完成本算法的實(shí)現(xiàn)。

由于本算法是主要根據(jù)功率增量δp和電壓增量δv來(lái)進(jìn)行計(jì)算，故命名為功率電壓增量法。

上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明主要技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)所做的修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。