一种光伏阵列局部阴影下最大功率点追踪系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光伏阵列最大功率点追踪技术，具体涉及一种光伏阵列局部阴影下最 大功率点追踪系统及方法。
【背景技术】
[0002] 光伏方阵(PV Array)又称光伏阵列，是由若干个光伏组件或光伏板在机械和电气 上按一定方式组装在一起并且具有固定的支撑结构而构成的直流发电单元。给蓄电池充 电，光伏阵列板的输出电压必须高于蓄电池的当前电压，如果光伏阵列板的电压低于电池 的电压，那么输出电流就会接近0。而传统的太阳能充放电控制器就有点象手动档的变速 箱，当发动机的转速增高的时候，如果变速箱的档位不相应提高的话，势必会影响车速。而 MPPT控制器会实时跟踪太阳能板中的最大的功率点，来发挥出太阳能板的最大功效。当外 界环境发生变化时，如果不进行最大功率追踪，光伏阵列此时的效率不能达到最大。理论上 讲，使用MPPT控制器的太阳能发电系统会比传统的效率提高50%，但是跟据我们的实际测 试，由于周围环境影响与各种能量损失，最终的效率也可以提高20%_30%。
[0003] 最大功率点跟踪(maximum power point tracking，MPPT)技术是提高光伏发电系 统效率的关键技术之一。在实际应用中，局部阴影情况往往使得光伏阵列的功率-电压(P-V)特性曲线呈现多个功率极值点，此时，传统的Μ P P T控制系统通常采用如扰动观察法 (perturb and observe，Ρ&0)、电导增量法（incremental conductance，1C)等，往往容易陷 入局部极值点而无法追踪到全局最大功率点。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种光伏阵列局部阴影下最大功率点追踪系统及方法，解决现有技术 中传统的MPPT控制系统在追踪最大功率点时常常陷入局部极值点导致无法追踪到的问题， 具体技术方案如下：
[0005] -种光伏阵列局部阴影下最大功率点追踪系统，包括顺序连接的光伏阵列、第一 开关、DC/DC模块、负载，还包括追踪电路和控制器，所述追踪电路通过第二开关与光伏阵列 连接，所述追踪电路与控制器连接，所述控制器连接DC/DC模块。
[0006] 进一步的，所述追踪电路包括：电流传感器、电容C、第三开关、放电电阻心、乘法 器、峰值检测与触发器、采样保持器和分压电阻R 2、R3,所述电容C与电流传感器、第一开关串 联后连接在光伏阵列的两端，所述放电电阻心与第三开关串联后与电容C并联，所述分压电 阻R 2、R3为兆欧级电阻且串联后也与电容C并联，所述乘法器的输入端一路连接电流传感器， 另一路连接R2与R3的中间，所述乘法器输出端连接峰值检测与触发器，所述峰值检测与触 发器连接采样保持器，所述采样保持器采集R2与R3之间的电压值，所述采样保持器输出追 踪点的电压值到所述控制器。
[0007] 进一步的，所述控制器为PI调节器，所述采样保持器将其电压采样值送入PI调节 器，PI调节器调节占空比，输出PWM脉冲至DC/DC模块。
[0008] 进一步的，所述DC/DC模块为升压电路。
[0009] 进一步的，所述电容C可以通过选择合适的容值使得电容C的充放电时间为毫秒 级。
[0010] 进一步的，所述DC/DC模块包括电压和电流检测单元，所述电压和电流检测单元将 检测到的光伏阵列输出的电压值和电流值传给控制器。
[0011] -种光伏阵列局部阴影下全局最大功率点追踪方法，包括如下步骤：
[0012] S1:判断当前DC/DC模块采集到的光伏阵列输出功率P (k+1)与前一次跟踪电路得 到的输出功率p(k)之差是否超过设定值Ρε,，是则转入S2，否则转入S6;
[0013] S2:断开光伏阵列与后级的DC/DC模块的连接开关Κ1，连通光伏阵列与跟踪电路之 间的连接开关Κ2，断开跟踪电路内电容的放电电路开关Κ3;
[0014] S3:通过跟踪电路内电容的充电起始和终止时刻实时采样光伏阵列输出的电流值 和电压值，再利用乘法器得到光伏阵列输出功率值，最后通过跟踪电路内的峰值检测与触 发器获得光伏阵列最大输出功率Pmpp时对应的电压值Vmpp，并将Vmpp输入ΡΙ控制器；
[0015] S4:连通光伏阵列与后级的DC/DC模块的连接开关K1，断开光伏阵列与跟踪电路之 间的连接开关K2，连通跟踪电路内电容的放电电路开关K3;
[0016] S5: PI控制器根据获得的电压值Vmpp，根据PI调节器的输出大小调节占空比，输出 PWM脉冲至DC/DC模块，并通过PI调节器的闭环作用使光伏阵列输出电压保持在Vmpp，进而使 光伏阵列稳定工作于最大功率点。
[0017] S6:利用DC/DC模块内的电压检测单元和电流检测单元检测光伏阵列的输出电压 Upv和电流Ipv，并计算P(k+1) =UpvX Ipv，转入S1。
[0018] 需要说明的是，开始追踪时，光伏阵列与负载断开非常短暂的时间，一般几毫秒， 同时与一个外部电容相连，在对外部电容器充电的过程中由追踪电路获得光伏阵列最大功 率点的电压Vmpp和电流Impp，然后光伏阵列与负载重新连接，将获得的Vmpp作为参考电压，通 过闭环控制作用使光伏阵列输出电压保持在Vmpp，使光伏阵列稳定工作于最大功率点。
[0019] 有益效果：
[0020] 本发明提供一种光伏阵列局部阴影下最大功率点追踪系统及方法，相对于传统技 术，本发明具有方法简单、搜索速度快、精度高、适用于局部阴影情况下光伏阵列最大功率 点的追踪等优点。
【附图说明】
[0021] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本发明总体控制原理图；
[0023]图2为追踪电路原理图；
[0024]图3为局部阴影下光伏阵列功率电压曲线；
[0025]图4为DC/DC模块控制原理图；
[0026]图5为追踪方法步骤图。
【具体实施方式】
[0027]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的 技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全 部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028] 实施例1:
[0029] 局部阴影情况下的光伏阵列的全局最大功率点追踪系统的原理图如图1所示，当 进行全局最大功率点追踪时，K1 (第一开关)断开，使光伏阵列与后级的DC-DC模块隔离，K2 (第二开关）闭合，使光伏阵列与追踪电路连接，通过追踪电路找到此时的光伏阵列的全局 最大功率点的电压Umpp和电流Impp，此时，K2断开，K1闭合；电压、电流值被送入控制器，控制 器将电压值Umpp作为PI调节器的给定，通过PI调节器的闭环调节作用使光伏阵列的输出电 压保持在电压值Umpp上，从而使光伏阵列稳定工作于最大功率点。
[0030] 追踪电路的原理如图2虚线所包围部分所示。R#PR3组成分压网络，通过采样和计 算可得光伏阵列的电压，R#PR 3阻值为兆欧(Μ Ω )级。
[0031]
( 1)
[0032] 式（1)中，UPV为光伏阵列的电压，UR3为电阻R3两端电压。
[0033] 当进行全局最大功率点追踪时，K2闭合，此时，光伏阵列、K2、电容C构成闭合回路 (由于R#PR3阻值非常大，流过电流可忽略不计），光伏阵列给电容C充电（充电起始时，电容C 两端电压为〇)，在充电过程中，得到光伏阵列的电压Upv(式1可得)和电流IPV(通过电流传感 器得到），将这两个值送入乘法器得到光伏阵列的功率Ppv，将此功率送入峰值检测与触发 器，不停检测Ppv，当Ppv最大时(此时对应为Pmpp)，峰值检测与触发