基于光伏并网发电系统的局部阴影下最大功率点跟踪方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请号为201310207872. 0、申请日为2013年5月30日、发明名称为"光 伏并网发电系统的数字物理混合仿真系统"的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 发明涉及的是一种光伏并网发电系统的数字物理混合仿真系统，是基于 RTDS(Real Time Digital Simulator)平台具备局部阴影下最大功率点跟踪（MPPT)功能的 数字物理混合实时仿真系统。
【背景技术】
[0003] 随着电力系统的发展，传统的数字仿真或者物理实验仿真都已经难以描绘电力系 统所面临的一些新的问题，特别是随着大功率电力电子元件的兴起，数字物理混合仿真已 经显得越来越重要。数模混合仿真可以综合数字仿真和物理实验的优点，解决目前电力系 统所遇到的诸多问题。光伏发电是一种重要的可再生能源，对于光伏发电并网系统的研究 已经成为电力系统仿真分析的一个重要领域。
[0004] 在大规模光伏并网系统中，当光伏电池板较多的时候难以保证所有的电池板都有 最好的光照条件，局部阴影会使得光伏阵列的P-V曲线呈现多峰特性，从而影响最大功率 点跟踪的算法。在实际情况下，一些光伏系统中因为局部阴影情况发生的能量损失可能高 达70%。因此，研究局部阴影情况下的光伏阵列特性和最大功率点算法的意义显得尤为重 要。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种光伏并网发电系统的数字 物理混合仿真系统，能够提高仿真精度及可信度，使得光伏并网系统准确追踪到最大功率 点，避免能量损失。
[0006] 本发明的技术解决方案如下：
[0007] -种光伏并网发电系统的数字物理混合仿真系统，其特点在于，该系统包括RTDS 数字系统、DSP物理系统、模拟量输出卡（GTAO)和数字量输入卡（GTDI);所述的RTDS数 字系统中的光伏电池板输出的直流电压和直流电流信号经模拟量输出卡传输入DSP物理 系统，DSP物理系统中驱动斩波升压电路的一路PffM脉冲经数字量输入卡传输入RTDS数字 系统。
[0008] 所述的RTDS数字系统，包括依次连接的光伏阵列、斩波升压电路、逆变电路和电 网。光伏系统能够实现基本的最大功率跟踪、并网控制功能。
[0009] 所述的DSP物理系统包括MPPT控制器和斩波PffM控制器，该MPPT控制器接收RTDS 数字系统中的光伏阵列输出的直流电压和直流电流信号，并输出调制信号给斩波PWM控制 器，斩波PWM控制器输出PWM脉冲。
[0010] -种局部阴影下最大功率点跟踪方法，其特点在于，该方法包括如下步骤：
[0011] 第一步，根据光伏阵列的工作电压电流判断是否发生了阴影遮蔽的情况；
[0012] 第二步，当发生局部阴影时，则使光伏阵列工作点从B点移动到工作点C，公式如 下：
[0013] C点的电压
其中开路电压Vcirf和短路电流I 由光伏阵列本身决定， 为常数，而光伏阵列工作电流Ib由实时测量所得；
[0014] 第二步，利用最大功率点跟踪方法精确寻找最大功率点。
[0015] 所述的第一步根据光伏阵列的工作电压电流判断是否发生了阴影遮蔽的情况，具 体方法如下；
[0016] 首先得到在无阴影均一光照的情况下光伏阵列工作在最大功率点时的电流IA_， 目前实测的光伏阵列工作电流为I a;
[0017] 若Λ I = IAnax-IA< K i，则光伏阵列没有受到阴影遮盖，
[0018] 若Λ I = IA_-IA> K i，则光伏阵列受到了阴影遮盖；
[0019] 其中，&是设定的常数。
[0020] 与现有技术相比，本发明的技术特点是：建立了光伏并网发电数字物理混合实时 仿真系统，系统中采用的MPPT方法能够在局部阴影下准确追踪到全局最大功率点，无需附 加电路，并且适用于多种极端光照情况。由于采用了数字物理混合实时仿真的手段，使得结 果精确度和可信度都得到了提高。
【附图说明】
[0021] 图1是本发明的光伏并网系统结构示意图。
[0022] 图2是本发明的数字物理混合系统结构图。
[0023] 图3是本发明的局部阴影下光伏阵列特性示意图。
[0024] 图4是本发明的局部阴影下MPPT方法的示意图，（a)为I-U曲线，（b)为P-U曲 线。
[0025] 图5是本发明的局部阴影下MPPT方法的流程图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范 围。
[0027] -种光伏并网发电系统的数字物理混合仿真系统，其特征在于，该系统包括RTDS 数字系统、DSP物理系统、模拟量输出卡（GTAO)和数字量输入卡（GTDI);所述的RTDS数字 系统中的光伏电池板输出的直流电压和直流电流信号经模拟量输出卡传输入DSP物理系 统，DSP物理系统中驱动斩波升压电路的一路PffM脉冲经数字量输入卡传输入RTDS数字系 统。
[0028] 本发明的具体操作过程如下：
[0029] 第一步，在RTDS系统中搭建光伏系统的纯数字仿真模型，如图1所示，包括光伏阵 列、斩波升压电路、逆变电路、滤波部分、电网部分及其相关控制策略，光伏系统能够实现基 本的最大功率跟踪、并网控制功能。
[0030] 搭建数字物理混合系统。如图2所示，RTDS中搭建的部分为数字系统，DSP为物理 系统，两者通过通信接口连接，即构成数字物理混合系统。数字系统主要进行整个光伏系统 特性的模拟，物理系统进行最大功率点跟踪计算。DSP物理系统包括最大功率跟踪（MPPT) 控制器和斩波PWM控制器，该MPPT控制器接收RTDS数字系统中的光伏阵列输出的直流电 压和直流电流信号，并输出调制信号给斩波PWM控制器，斩波PWM控制器输出PWM脉冲。
[0031] 第二步，编写数字系统和物理系统之间的通信接口，使用RTDS自带的GTAO(模拟 量输出）卡和GTDI (数字量输入）卡，GTAO卡将数字系统的输出量（光伏阵列的电压电流） 传送给物理系统作为输入量，GTDI卡将物理系统的输出量（PffM波）传送给数字系统作为 输入量。通过GTAO卡和GTDI卡将RTDS数字系统同物理DSP系统构成数字物理回路，形成 硬件在环仿真平台