一种串联光伏组件最大功率点跟踪方法
【技术领域】：
[0001 ]本发明设及一种串联光伏组件最大功率点跟踪方法。
【背景技术】：
[0002] 近些年来随着环境生态问题的日益突出，发展清洁能源成为当今经济社会发展的 必然趋势，太阳能W其清洁、无污染、无噪声、取之不尽、用之不竭的特点越来越受到世界各 国的青睐，我国对光伏产业的投入也越来越多。虽然光伏发电产业规模越来越大，然而光伏 发电的利用效率并不是太高，主要问题在于如何合理配置使光伏阵列的输出功率达到最 大，进而提出了光伏发电最大功率点跟踪(MPPT)技术。
[0003] 光伏发电过程中部分光伏组件可能受到建筑、树木、阴云等影响出现局部遮挡情 况，从而造成部分被遮挡组件不能正常工作，成为负载产生发热现象，造成功率损失，也就 是所说的热斑效应，严重时还会造成灾难性事故。为解决光伏阵列局部遮挡引起的热斑效 应，往往在光伏组件的两端反向并联一个旁路二极管，运样在光伏组件受到局部遮挡时与 之反向并联的旁路二极管就会导通从而把受遮挡光伏组件隔离，避免热斑效应发生。光伏 组件两端反向并联旁路二极管虽然很好的解决了热斑效应问题，但是增加了 MPPT技术的难 度。无旁路二极管情况下，多个串联光伏组件的输出功率-电压曲线只有一个峰值区间，增 加反向并联旁路二极管后，不受遮挡时，多个串联光伏组件的输出功率-电压曲线同样只有 一个峰值区间，但是局部遮挡情况下，每导通一个旁路二极管就会多出一个峰值区间。
[0004] 对于单峰值MPPT算法，目前技术已经非常成熟，最常规的有恒定电压法、扰动观察 法(爬山法）、增量电导法W及它们的一些改进算法，还有差分进化算法、模糊控制算法、神 经网络算法等，但是常规的和一般的改进MPPT单峰值算法不能快速准确的跟踪MPP且对于 多峰值MPPT问题基本不适用。对于多峰MPPT算法，目前常用算法主要是一些仿生学算法，比 如遗传算法、粒子群算法等，遗传算法和粒子群算法都有快速收敛到全局峰值点的优点，但 是它们来自仿生学的属性使得其较难理解，同时实现起来较复杂，而且在应用到实际光伏 发电系统中时有其固有缺点。
【发明内容】
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[0005] 本发明旨在针对现有的MPPT算法不能快速准确找到串联光伏组件最大功率点，特 别是在局部遮挡情况下串联光伏组件输出功率-电压曲线出现多个峰值区间易发生局部寻 优及在MPP处出现功率震荡造成能量损失等问题，提出一种将多峰输出功率-电压曲线划分 为多个单峰输出功率-电压(P-U)区间，在各个单峰区间快速定位最大功率点附近电压值再 采用自适应变步长增量电导法进行MPPT最终跟踪得到全局MPP的方法。
[0006] 按此目的提供一种串联光伏组件最大功率点跟踪方法，拟采用W下技术方案：
[0007] 本文提供一种串联光伏组件最大功率点跟踪方法，其特征是是串联光伏组件的每 个光伏组件两端反向并联有一个旁路二极管，串联光伏组件在受到局部遮挡时旁路二极管 会发生导通，旁路二极管导通时串联光伏组件输出电压值化为串联光伏组件输出功率-电 压(P-U)曲线波谷电压值，根据化把串联光伏组件受到局部遮挡时的多峰P-U曲线划分为多 个单峰P-U区间，在划分的各个单峰P-U区间引入自适应变步长电压公式，如公式(1)所示， [000引
(1)
[0009] 其中，
[0010] 加(n+l)=u(n+l)-u(n) (2)
[0011] dI(n+l) = I(n+l)-I(n) (3)
[0012] 公式（1)-(3)中，A U(n)表示步长电压，N为正数，表示步长因子，其大小和数量级 由实际情况确定，In表示We为底的对数，U(n+l)、I(n+l)分别表示当前时刻的采样电压值 和采样电流值dU(n+l)、dI(n+l)分别表示当前时刻采样电压值和采样电流值的导数，U(n)、 I(n)分别表示前一时刻的采样电压值和采样电流值，n = l，2,3...;
[0013] 公式（1)的步长电压值在各个单峰P-U区间的最大功率点处为0,且在划分的各个 单峰P-U区间的0.4倍到0.98倍P-U区间，公式（1)的步长电压值Δυ(η)关于串联光伏组件输 出电压U的曲线可看做一条直线，通过计算得到直线方程值为0时串联光伏组件的输出电压 值U〇，WU〇为起始电压值公式（1)的值为步长电压值，在各个P-U单峰区间采用增量电导法进 行最大功率点跟踪(MPPT)，最终得到全局最大功率点Pgmax和Pgmax处的工作电压值Um;串联光 伏组件不受局部遮挡时旁路二极管不导通，P-U曲线只有一个单峰区间，根据串联光伏组件 受到局部遮挡时在划分的单峰P-U区间的MPPT方法得到Pgmax和Um。不仅解决了光伏组件不受 遮挡时的单峰MPPT问题，还把局部遮挡情况下串联光伏组件的多峰P-U区间准确划分为单 峰P-U区间，用单峰MPPT方法解决了多峰MPPT问题，快速准确找到全局MPP，还能减少最大功 率点附近的震荡和功率损失。所述MPPT方法包括W下步骤：
[0014] I.在控制器设定与每个光伏组件两端反并联的旁路二极管由关断到导通电压阔 值 Uref;
[0015] II.检测存储串联光伏组件两端的开路电压Uw，WU。。为起始电压W小步长电压U 为步长电压逐次降低串联光伏组件输出电压值，在[0，Udc]电压区间进行快速全局电压扫 描，同时检测每个旁路二极管两端输出电压Ud;
[0016] III .在全局电压扫描过程中，检测到Ud = Uref时，即旁路二极管发生由关断到导通 时，在控制器采样存储整个串联光伏组件的输出电压值，依次记为Vi，V2,...，V"，其中m不大 于整个串联光伏组件中所有反并联的旁路二极管个数减1;
[0017] IV.经过仿真和实验研究证明，旁路二极管发生由关断到导通时刻串联光伏组件 的输出电压也是串联光伏组件P-U曲线波谷处电压值，由此确定局部遮挡情况下串联光伏 组件的P-U曲线的波谷处电压值依次也为Vl，V2, ...，Vm;
[001引V.根据确定的串联光伏组件P-U曲线波谷处电压值Vi，V2,.. .，Vm，在串联光伏组件 输出功率-电压曲线的[0，Udc]电压区间划分输出功率-电压单峰区间从右向左依次为[VI， U0c]，[V2，Vl]，...，[0，Vm];
[0019] VI.结合公式（1)-(3)，根据增量电导法公式，得到公式(4)，
[0020]
(4)
[0021] 其中，
[0022] P(n+l)=U(n+l)*I(n+l) (5)
[0023] dP(n+l)=P(n+l)-P(n) (6)
[0024] 公式(4)-(6)中，P(n+1)表示当前时刻功率值，dP(n+l)表示当前时刻功率的导数， 在每个峰值区间的MPP处必有公式(4)值为0,得到公式(7):
[0025]
(7)
[0026] 根据公式(4)，在各个单峰P-U区间的MPP处公式(4)值为0,公式(7)的值为1，因此 在各个单峰P-U区间MPP处公式（1)值为0，通过仿真和实验验证，在串联光伏组件各个单峰 P-U区间的0.4倍到0.98倍P-U区间公式（1)的步长电压值关于输出电压U的方程近似一条直 线，在MPP处直线值为0，此时对应的输出电压为单峰P-U区间MPP处电压，在MPP左侧直线值 小于0，在MPP右侧直线值大于0;
[0027] VII.在各个单峰P-U区间的[Vi+0.4*(U0c-Vi)，0.98*U0c]、[0.4*(V广V2)，0.98* Vi].....[ο. 4*Vm，ο. 98*Vm]区间，分别 Wο. 98*U〇c、ο. 98*Vi.....0.98*Vm为起始电压u为步 长电压向电压减小方向进行Ξ次电压电流采样，得到采样输出电压值U(1)、U(2)、U(3)和对 应时刻的采样输出电流值1(1)、1(2)、1(3)，结合公式（1)-(3)，设公式(1)的步长电压值Δυ (η)关于输出电压U的直线方程表达式