一种在线修正开路电压的光伏发电最大功率跟踪方法与流程

技术特征：

1.一种在线修正开路电压的光伏发电最大功率跟踪方法，其特征是：根据外部环境变化更新开路电压，使光伏系统快速稳定于最大功率点；为进一步提高光伏发电系统的能量转换效率，引入增量电导法改善最大功率点处的稳态性能；它包括以下内容：

1)给定温度和辐照度的光伏电池模型的建立

基于光伏电池的外特性，根据环境变化对标准环境下光伏电池的开路电压V_oc、最大功率点电压V_m和电流I_m进行修正，拟合出不同环境下的输出特性，用式(1)表示：

$I_L=I_{SC}\{1-C_1\[\exp \left(\frac{V}{C_2{V}_{OC}}\right)-1\]\}---\left(1\right)$

其中，I_L为光伏电池的电流(A)；I_sc为光伏电池的短路电流(A)；V为光伏电池的电动势(V)；

$C_1=(1-\frac{I_m}{I_{sc}})\exp \left(\frac{-V_m}{C_2{V}_{oc}}\right),C_2=(\frac{I_m}{I_{sc}}-1){\left(\ln \right(1-\frac{I_m}{I_{sc}}\left)\right)}^{-1};$

该模型只需要输入光伏电池厂家提供的技术参数——短路电流I_sc、开路电压V_oc、最大功率点电压V_m和最大功率点电流I_m，就可以得出中间变量C₁、C₂，从而确定I-V特性曲线；

对于m×n节电池组成的光伏阵，其I-V方程为式(2)：

$I_L={\mathrm{nI}}_{SC}\{1-C_1\[\exp \left(\frac{V}{{\mathrm{mC}}_2{V}_{OC}}\right)-1\]\}---\left(2\right)$

其中，m为串联光伏电池个数，n为并联光伏电池组数；

2)不同温度和辐照度光伏电池的模型建立

在不同光强和温度条件下，对式(1)或式(2)的各参数进行修正以刻画输出特性：

ΔT＝T-T_ref (3)

$\mathrm{\Δ}S=\frac{S}{S_{ref}}-1---\left(4\right)$

$I_{sc}^{\′}=I_{scref}\frac{S}{S_{ref}}(1+a\mathrm{\Δ}T)---\left(5\right)$

V′_oc＝V_ocref(1-cΔT)ln(e+bΔS) (6)

$I_m^{\′}=I_{mref}\frac{S}{S_{ref}}(1+a\mathrm{\Δ}T)---\left(7\right)$

V′_m＝V_mref(1-cΔT)ln(e+bΔS) (8)

其中，T为当前电池板温度，T_ref为电池板温度的参考值，其值为25℃，△T为当前环境温度T与参考温度T_ref的差值；S为当前辐照强度，S_ref为辐照强度的参考值，其值为1000MW/m²，△S为当前辐照强度S与参考辐照强度S_ref的差值；I_scref、V_ocref、I_mref、V_mref为参考辐照强度和温度下的短路电流、开路电压、最大功率点的电流和电压的参考值，I′_sc、V′_oc、I′_m、V′_m分别为I_scref、V_ocref、I_mref、V_mref在不同环境下的修正值；a与c为温度补偿系数，b为光强补偿系数，本文取值为a＝0.0008/℃，c＝0.005/℃，b＝0.2；e为合理边界误差；

根据参考辐照强度和温度下的I_sc、V_oc、I_m、V_m推算出新辐照强度和温度下的I_sc'、V_oc'、V_m'、I_m'，再代入式(1)或(2)中得到新辐照强度和温度下的I-V特性曲线；

3)改进开路电压的最大功率跟踪控制策略

由光伏电池的P-V曲线可以得出：当温度一定时，辐照强度的变化对I_sc的影响较大，对V_oc的影响较小；当辐照强度一定时，温度的变化对V_oc的影响较大，对I_sc的影响较小；因此，只需在外界温度发生较大变化时在线计算更新V_oc大小；

不同环境条件下，当光伏系统的V_oc发生改变时，光伏系统的V_m也近似地成比例变化，V_m和开路电压V_oc之间存在着近似的线性关系V_m≈k₁×V_oc，对于不同的光伏系统k₁取值不同，本文取k₁＝0.79；忽略光照变化影响，则△S＝0，根据式(6)得ln(e+b△S)＝1，故可将(6)式改成下式(9)近似计算新环境下的V_oc'：

V′_oc≈V_oc-V_oc×c×ΔT (9)

当外部环境发生变化时，通过改进开路电压法可以将工作点迅速调整到最大功率点附近，然后采用增量电导法逐步逼近最大功率点；

4)并网逆变器控制策略

单相两级光伏并网发电系统，前级Boost斩波电路实现光伏电池的最大功率跟踪控制，输出电压具有较广的选择范围，后级DC/AC逆变电路的功能是稳定直流侧电压和控制并网电流，实现并网逆变和最大功率跟踪独立控制，两级控制系统设计相对简单，减小了装置的复杂度，系统的可靠性提高，并网逆变器控制采用电流反馈双闭环控制策略，为了提高交流侧电流的响应速度，在双闭环控制的基础上引入功率平衡前馈环节，使得交流侧输出能够更快地对直流侧输入功率变化做出响应。