一種太陽能逆變器快速MPPT方法與流程
本發(fā)明涉及到光伏發(fā)電技術領域，具體地，涉及一種太陽能逆變器快速mppt方法。
背景技術：
由于常規(guī)能源的枯竭及可持續(xù)發(fā)展的要求，光伏產業(yè)的迅速發(fā)展，并網光伏容量的迅速增加。目前光伏并網多采用兩級式結構，即用dc/dc變換器先將光伏陣列的直流電升壓或者降壓為滿足并網逆變器要求的直流電壓，同時實現對光伏電池陣列的mppt，再用dc-ac逆變器，將直流母線上的直流功率逆變?yōu)榻涣鞴β?，實現光伏發(fā)電能量到電網的傳送。相比于單級式，兩級式的控制器更易于設計，光伏組件的并聯擴容也更容易實施。
光伏出力受溫度和輻照度的影響很大，為了在相同條件下獲得更多的電能，提高系統(tǒng)的運行效率，光伏電池最大功率點追蹤(mppt)成為光伏產業(yè)發(fā)展中長期面臨的問題。早期對光伏陣列mppt技術的研究主要是定電壓跟蹤法(cvt)、光伏陣列組合法以及實際測量法。定電壓跟蹤法實際上是一種穩(wěn)壓控制，并沒有達到最大功率點跟蹤的目的；光伏陣列組合法針對不同的負載調節(jié)光伏陣列串并聯的個數，不具有實時性；實際測量法是利用額外的光伏陣列模組以建立光伏陣列在一定日照量及溫度時的參考模型，這種方法沒有考慮實時的遮蔽情況和各電池板的差異性。
目前光伏陣列的最大功率跟蹤(mppt)方法主要分為基于數學模型的方法、基于擾動的自尋優(yōu)法和基于智能技術的方法。
基于數學模型的方法是以建立優(yōu)化的數學模型為出發(fā)點，構造求解方法及光伏陣列特性曲線，從而得出光伏陣列的最大功率輸出，所以光伏電池的等效電路模型及各種參數的正確性是需要著重考慮的。主要包括開路電壓比例系數法、短路電流比例系數法、掃描電流法，前兩者簡化了模型，利用了近似的比例關系，不準確且獲得開路電壓和短路電流對電路會造成短時的影響；后者雖然準確度較高但速度慢。
利用五參數模型時，生產廠家一般只會給出標準工況下，即輻照度為1000w/m2，電池工作溫度為25℃(298k)的開路電壓uoc，短路電流isc，最大功率點處的電壓vmp和電流imp值。有文獻先利用上面的四個值求標況下的五參數，再引入修正量，來確定在一般情況下的五個參數值，但輻照度的實際測量誤差可能會很大，可行性不高；且該方法是在假定二極管理想因子不變的情況下確定的，實際二極管理想因子對曲線的影響較大，對所有電池板沒有一個普遍適合的值。
基于擾動的自尋優(yōu)法是目前研究最廣也是應用較為普遍的控制方法，根據直接測量到的光伏陣列的電壓和電流等信息進行最大功率跟蹤。包括擾動觀察法(p&o)、增加電導法和類似p&o法的波動相關控制法(rcc)等。這類方法需要試探性的調整電路的工作狀態(tài)，邏輯簡單，但比較盲目，時間不夠快。而智能法包括模糊理論和神經網絡等建立在大數據的條件下，目前不易實施。
技術實現要素：
針對上述技術問題，本發(fā)明的目的在于提供。針對現有技術中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種雙太陽能逆變器快速mppt方法。
為實現上述目的，本發(fā)明是根據以下技術方案實現的：
一種太陽能逆變器快速mppt方法，包括如下步驟：
步驟s1：求整點時的參數值，在每個整點調整外部電路6次，記錄總的電壓和每個串聯組的電流值，利用6組值確定整點時的5參數和整點時的遮蔽情況；
步驟s2：確定任何時刻的參數值，任意時刻調整外部電路3次，記錄總的電壓和每個串聯組的電流值，3個不受輻照度影響的參數用整點值代，利用3組值確定另外的2個參數和任意時刻的遮蔽情況；
步驟s3：得到任意時刻每一串聯組的u-i方程，用拉格朗日乘子法求整個組件工作的最大功率點；
步驟s4：利用外部電路端電流和端電壓關系確定最大功率點對應的boost電路占空比，然后調節(jié)占空比使電路運行跳至最大功率點處，再結合擾動觀察法精細調整，跟蹤最大功率點。
上述技術方案中，所述光伏電池組件模型由m串光伏電池組件并聯組成，每一串光伏電池組件由22個光伏電池組件板組成，每個光伏電池組件板由3組硅片單體組成，每組由20個單體組成，每組并聯一個旁路二極管，光伏組件整體接boost電路，再通過逆變器接入交流電網，
所述光伏電池單體的等效電路的5參數u-i模型如公式(1)所示：
其中，iph為光生電流、rsh為等效并聯電阻、is為二極管飽和電流、rs為等效串聯電阻以及
上述技術方案中，當不考慮遮蔽情況，一塊光伏電池板子包括n個單體,n塊串聯的光伏電池板，共n*n個單體串聯，其u-i關系如公式(2)所示：
如有m組這樣的串聯組并聯，總的u-i關系如公式(3)所示：
當考慮遮蔽情況，當只有一個串聯組，每塊中有n個硅片單體，分成三組，每組m個，每組并聯了一個旁路二極管，
設有n1組沒有被遮蔽，n2組被遮蔽，只有一個22塊串聯組時，則n1+n2＝n，每組的端電壓將是二極管的正向導通電壓；
總的u-i關系如公式(4)所示：
其中udd為一個二極管的正向導通電壓；
若有m組串聯組并聯，將每個串聯組分開分析，第i組u-ii關系如公式(5)所示：
第i組的光伏組件輸出電流如公式(6)所示：
i＝i1+i2+i3+…+im(6)。
上述技術方案中，步驟s3中求解光伏組件u-i方程是通過先分析每個串聯組，將公式(5)當做6個待定參數的方程，其中
(u1，ii1)，(u2，ii2)，(u3，ii3)，(u4，ii4)，(u5，ii5)，(u6，ii6)
得到關于6個參數的6個方程，通過newton法迭代可以確定5個參數iph、rsh、
對任意時刻，
(u1，ii1)，(u2，ii2)，(u3，ii3)
得到關于iph、rsh和n2方程組如下式所示：
迭代法求解可以得到iph、rsh和n2值，從而得到每時刻每個串聯組的u-ii關系式，也確定每時刻每個串聯組的遮蔽情況n2。
m組的u-ii關系式如式(8)所示：
光伏組輸出電流為i＝i1+i2+i3+…+im；
其中，遮蔽尋找是根據每個串聯組的遮蔽反映量n2，當n2≥1時該串聯組中就存在遮蔽情況，然后繼續(xù)在有遮蔽的串聯組中繼續(xù)定位。
上述技術方案中，還包括最大功率點求取，即求滿足以上式(8)約束的(u，i1，i2，…，im)及式(6)表示的i取何值時可以使p＝ui取得最大值。
采用拉格朗日乘子法，將式(5)記為下式(9)：
f(u,i)＝0(9)
則目標函數為式(10)：
當p＝ui取得最大值時滿足最優(yōu)化條件：
展開得到，
將式(12)的m個式子相加可以得到式(14)
從而可以化簡式(13)得式(15)如下：
加上式(5)的m個u-ii方程，得到包含(u，i1，i2，…，im，λ1，λ2，…，λm)這2m+1個未知數的2m+1個方程，其零點函數如式(16-1)、(16-2)、(16-3)所示：
用牛拉法其雅克比矩陣為：
記x＝(i1,...,im,λ1,...,λm,u)′，f＝(f1,...,fm,f21,...,f2m,f2m+1)′
則迭代公式為式(17)：
取上個整點測得的值作為初始值進行迭代，當誤差在允許范圍內時，得到ump和imp＝i1+i2+…+im；
求出最大功率點對應的u-i值后，求出相應的直流斬波電路的占空比，調節(jié)占空比可以直接將工作點跳到最大功率點。
本發(fā)明與現有技術相比，具有如下有益效果：
本發(fā)明基于考慮遮蔽的光伏電池串聯組件的5參數模型，通過調節(jié)串并聯組件外部的boost電路獲得電壓電流的不同測量值，利用測量值計算任意時刻的5參數的值，同時判斷遮蔽情況，并利用任意時刻u-i方程通過拉格朗日乘子法直接求解任意時刻最大功率點，達到快速mppt的目的，與現有的采用擾動觀察法、增加電導法相比，所述方法不需要，只需要要對電路做多次的調節(jié)，一步到位，具有快速、簡單易操作的優(yōu)點。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它附圖。
圖1為本發(fā)明的包含m個串聯組的光伏系統(tǒng)示意圖；
圖2為本發(fā)明的光伏電池單體等效電路示意圖；
圖3為本發(fā)明的包含一個串聯組的光伏系統(tǒng)示意圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。
一種太陽能逆變器快速mppt方法，包括如下步驟：
步驟s1：求整點時的參數值，在每個整點調整外部電路6次，記錄總的電壓和每個串聯組的電流值，利用6組值確定整點時的5參數和整點時的遮蔽情況；
步驟s2：確定任何時刻的參數值，任意時刻調整外部電路3次，記錄總的電壓和每個串聯組的電流值，3個不受輻照度影響的參數用整點值代，利用3組值確定另外的2個參數和任意時刻的遮蔽情況；
步驟s3：得到任意時刻每一串聯組的u-i方程，用拉格朗日乘子法求整個組件工作的最大功率點；
步驟s4：利用外部電路端電流和端電壓關系確定最大功率點對應的boost電路占空比，然后調節(jié)占空比使電路運行跳至最大功率點處，再結合擾動觀察法精細調整，跟蹤最大功率點。
圖1為本發(fā)明的包含m個串聯組的光伏系統(tǒng)示意圖；如圖1所示，所述光伏電池組件模型由m串光伏電池組件并聯組成，每一串光伏電池組件由22個光伏電池組件板組成，每個光伏電池組件板由3組硅片單體組成，每組由20個單體組成，每組并聯一個旁路二極管，光伏組件整體接boost電路，再通過逆變器接入交流電網。
圖2為本發(fā)明的光伏電池單體等效電路示意圖，如圖2所示，所述光伏電池單體的等效電路的5參數u-i模型如公式(1)所示：
其中，iph為光生電流、rsh為等效并聯電阻、is為二極管飽和電流、rs為等效串聯電阻以及
當不考慮遮蔽情況，一塊光伏電池板子包括n個單體,n塊串聯的光伏電池板，共n*n個單體串聯，其u-i關系如公式(2)所示：
如有m組這樣的串聯組并聯，總的u-i關系如公式(3)所示：
當考慮遮蔽情況，當只有一個串聯組，每塊中有n個硅片單體，分成三組，每組m個，每組并聯了一個旁路二極管，如圖3所示為本發(fā)明的包含一個串聯組的光伏系統(tǒng)示意圖。
設有n1組沒有被遮蔽，n2組被遮蔽，只有一個22塊串聯組時，則n1+n2＝n，每組的端電壓將是二極管的正向導通電壓；
總的u-i關系如公式(4)所示：
其中udd為一個二極管的正向導通電壓；
若有m組串聯組并聯，將每個串聯組分開分析，第i組u-ii關系如公式(5)所示：
第i組的光伏組件輸出電流如公式(6)所示：
i＝i1+i2+i3+…+im(6)。
步驟s3中求解光伏組件u-i方程是通過先分析每個串聯組，將公式(5)當做6個待定參數的方程，其中
(u1，ii1)，(u2，ii2)，(u3，ii3)，(u4，ii4)，(u5，ii5)，(u6，ii6)
得到關于6個參數的6個方程，通過newton法迭代可以確定5個參數iph、rsh、
對任意時刻，
(u1，ii1)，(u2，ii2)，(u3，ii3)
得到關于iph、rsh和n2方程組如下式所示：
迭代法求解可以得到iph、rsh和n2值，從而得到每時刻每個串聯組的u-ii關系式，也確定每時刻每個串聯組的遮蔽情況n2。
m組的u-ii關系式如式(8)所示：
光伏組輸出電流為i＝i1+i2+i3+…+im；
其中，遮蔽尋找是根據每個串聯組的遮蔽反映量n2，當n2≥1時該串聯組中就存在遮蔽情況，然后繼續(xù)在有遮蔽的串聯組中繼續(xù)定位。
還包括最大功率點求取，即求滿足以上式(8)約束的(u，i1，i2，…，im)及式(6)表示的i取何值時可以使p＝ui取得最大值。
采用拉格朗日乘子法，將式(5)記為下式(9)：
f(u,i)＝0(9)
則目標函數為式(10)：
當p＝ui取得最大值時滿足最優(yōu)化條件：
展開得到，
將式(12)的m個式子相加可以得到式(14)
從而可以化簡式(13)得式(15)如下：
加上式(5)的m個u-ii方程，得到包含(u，i1，i2，…，im，λ1，λ2，…，λm)這2m+1個未知數的2m+1個方程，其零點函數如式(16-1)、(16-2)、(16-3)所示：
用牛拉法其雅克比矩陣為：
記x＝(i1,...,im,λ1,...,λm,u)′，f＝(f1,...,fm,f21,...,f2m,f2m+1)′
則迭代公式為式(17)：
取上個整點測得的值作為初始值進行迭代，當誤差在允許范圍內時，得到ump和imp＝i1+i2+…+im；
求出最大功率點對應的u-i值后，求出相應的直流斬波電路的占空比，調節(jié)占空比可以直接將工作點跳到最大功率點。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例為：考慮遮蔽，建立了光伏電池串聯組件的5參數模型：
該串聯組包含22個光伏電池組件板，每一個光伏電池組件板包含3組硅片單體，每組并聯一個旁路二極管，光伏組件整體接boost電路，再通過逆變器接入交流電網。
在控制芯片mppt控制部分，整點時boost電路跳6次，任意時刻boost電路跳3次，每個串聯組獲得相應數量的方程組。非整點
然后求解最大功率點，對目標函數
利用最優(yōu)化條件，得到最大功率點處各串聯組電流和總電壓滿足的方程，迭代的每一步先求其雅克比矩陣，再代入迭代公式求解最大功率點。取上個整點測得的值作為初始值進行迭代。
求出最大功率點對應的u-i值后，求出相應的直流斬波電路的占空比，調節(jié)占空比可以直接將工作點跳到最大功率點。
雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施例對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。
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