专利名称：在部分受遮挡条件下光伏发电系统输出功率优化方法及跟踪装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电力电子及自动控制技术领域，尤其涉及一种太阳能光伏发电系统工作在部分受遮挡条件下的光伏发电系统功率优化方法及实现该方法的系统装置。
背景技术：
太阳能光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分。但由于光伏电池价格昂贵、光伏系统本身特性复杂导致其转换效率很低，已制约了太阳能的高效利用。因此，如何进一步提高太阳能电池的转换效率，充分利用光伏阵列转换的能量，是研究光伏发电系统的主要方向和关键技术。对光伏发电系统的最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)是提高太阳能电池转换效率的有效途径之一。传统的MPPT方法如扰动观测法(P&0)、增量导纳法(ICA)以及基于扰动观测法的改进算法等主要是基于光伏阵列在辐照、温度一定的条件下，其P-V曲线是单峰性基础上进行研究的。但在实际应用中，遮阴造成的阵列失配现象以及热斑现象等严重影响光伏系统的功率输出，导致太阳能电池板的发电效率显著下降。实验数据表明只要有10%的太阳能电池板阵列面积被遮蔽，整个光伏发电系统便会损失多至50%的发电量。并且在局部阴影条件下光伏阵列的P-V特性出现多个极值点，使得常规的最大功率跟踪算法在这种情况下失效。本发明针对光伏阵列集中式控制方式，在不改变光伏阵列多极值点输出特性条件下，考虑到光伏系统的输出受光照影响快速变化的特点，利用APSO算法在多峰函数优化、 全局寻优方面的良好性能及其算法简单等特点，研究自适应判断搜索方向及位置和粒子群算法相结合的APS0MPPT算法，并将其用于部分遮挡下光伏系统多峰输出特性快速寻优问题，以实现光伏系统全局最大功率输出。
发明内容
本发明的目的是提供一种在部分受遮挡条件下光伏发电系统输出功率优化方法， 该方法可以提高太阳能电池的发电效率。为实现上述目的，本发明采取以下设计方案—种在部分受遮挡条件下光伏发电系统输出功率优化方法,其米用一光伏发电系统在部分受遮挡下全局最大功率点跟踪装置，该跟踪装置中具有光伏电池板的输出电压、电流采集电路，并具有一内置在部分受遮挡下APSOMPPT (Adaptive Particle Swarm Optimization Maximum Power Point Tracking,APSOMPPT)最大功率点跟踪控制算法程序的控制器，控制器中带有定时器、A/D转换器和PWM (脉宽调制)产生器，该PWM输出经驱动电路控制一 BOOST单元电路，BOOST单元电路的输出接负载；所述的方法步骤如下I)系统初始化断开负载，获取光伏电池板的开路电压Uoc，然后初始化光伏发电系统在部分受遮挡下的最大功率点跟踪装置控制器的参数，其中包括光伏电池板最大输出
4电压Umax，即光伏电池板的开路电压Uoc ;同时设定初始化数值用于A/D转换的定时器采样时间T、光伏发电系统结束与否的标志EndFlag ；EndFlag = I表示结束，EndFlag = O表示正常运行；2)系统初始化后，启动定时器；3)若定时时间未到，则继续步骤3);若定时时间到，进行下一步；4)再次启动定时器，然后调用APSOMPPT子程序；5)将通过运行APSOMPPT子程序得到的全局最优值Ug作为光伏阵列的输出电压给定值，作用于光伏阵列；6)读取程序结束运行的标志EndFlag,若EndFlag = I,则关闭定时器,整个程序结束；否则转入步骤3)。所述的在部分受遮挡条件下光伏发电系统输出功率优化方法中，所述步骤4)中的APSOMPPT子程序的方法是4-1)预先在该程序中设定光伏电池板的电压粒子数为m= 10;当前迭代次数now_iter = I、迭代最大次数max_iter = 10 ;第I代的m个粒子的初始位置
=l25 + ^7x(Umax-l25)，这里now iter = I ;粒子速度的最大值Vmax (即光伏发电系 m-Ι—
统电压扰动的最大改变量)为一块光伏电池开路电压Vocmodule的60 85%的值；运行的粒子数i = I ;光伏电池板由控制器控制时允许的最小输出工作电压Umin(这是由光伏电池板所连接的逆变器工作时的最小工作电压所决定，这里可假定为125V)；4-2)执行第nowjter次迭代过程，将根据第i个粒子的初始位置作为光伏阵列的输出电压给定，进而检测第now_iter代第i个粒子所对应的光伏阵列输出电压Ui' 电流Ii,并计算得到第i个粒子的功率Pi ；4-3) i = i+Ι，若第now_iter次迭代过程中进行的粒子数i >m，进入下一步，否则转入步骤4-2)；4-4)得到第i个粒子在第now_iter次迭代过程中的所对应的光伏阵列最优值 urw-Iter，以及目前为止的迭代过程中的全局最优；4-5)设置迭代次数 now_iter = now_iter+l,若 now_i ter > max_i ter,令全局最优值Ug = U w-Iter，则转入步骤4-11)，否则令i = 1，继续下一步；4-6)计算:T1 = (random (0,1) +random (O, I)) /2 > r2 = (random (0,1) +random (0, 1))/2 ；Random(0,l)为0_1范围内的随机函数；
权利要求
1.一种在部分受遮挡条件下光伏发电系统输出功率优化方法，其采用一光伏发电系统在部分受遮挡下全局最大功率点跟踪装置，该跟踪装置中具有光伏电池板的输出电压、电流采集电路，并具有一内置在部分受遮挡下APS0MPPT最大功率点跟踪控制算法程序的控制器，控制器中带有定时器、Α/D转换器和PWM产生器，该PWM产生器的输出经驱动电路控制一 BOOST单元电路，BOOST单元电路的输出接负载；其特征在于所述的方法步骤如下1)系统初始化断开负载，获取光伏电池板的开路电压Uoc，然后初始化光伏发电系统在部分受遮挡下的最大功率点跟踪装置控制器的参数，其中包括光伏电池板最大输出电压 Umax,即光伏电池板的开路电压Uoc ;同时设定初始化数值用于Α/D转换的定时器米样时间T、光伏发电系统结束与否的标志EndFlag ；EndFlag = I表示结束，EndFlag = O表示正常运行；2)系统初始化后，启动定时器；3)若定时时间未到，则继续步骤3);若定时时间到，进行下一步；4)再次启动定时器，然后调用APS0MPPT子程序；5)将通过运行APS0MPPT子程序得到的全局最优值Ug作为光伏阵列的输出电压给定值，作用于光伏阵列；6)读取程序结束运行的标志EndFlag,若EndFlag= I,则关闭定时器,整个程序结束； 否则转入步骤3)。
2.根据权利要求I所述的在部分受遮挡条件下光伏发电系统输出功率优化方法，其特征在于所述步骤4)中的APS0MPPT子程序的方法是4-1)预先在该程序中设定光伏电池板的电压粒子数为m= 10;当前迭代次数now_iter = I、迭代最大次数max_iter = 10 ;第I代的m个粒子的初始位置=l25 + ^7x(Umax-l25)，这里now iter = I ;粒子速度的最大值Vmax为一块光伏电m-Ι—池开路电压值的60 85% ;运行的粒子数i = I ;光伏电池板由控制器控制时允许的最小输出工作电压Umin ；4-2)执行第now_iter次迭代过程，将根据第i个粒子的初始位置作为光伏阵列的输出电压给定，进而检测第now_iter代第i个粒子所对应的光伏阵列输出电压Ui、电流Ii,并计算得到第i个粒子的功率Pi ;4-3) i = i+Ι，若第now_iter次迭代过程中进行的粒子数i >m，进入下一步，否则转入步骤4-2)；4-4)得到第i个粒子在第now_iter次迭代过程中的所对应的光伏阵列最优值， 以及目前为止的迭代过程中的全局最优值u=°w-to;4-5)设置迭代次数now_iter = now_iter+l,若now_iter > max_i ter,令全局最优值 Ug = U w-Iter，则转入步骤4-11)，否则令i = 1，继续下一步；4-6)计算
3.根据权利要求I所述的在部分受遮挡条件下光伏发电系统输出功率优化方法，其特征在于步骤3)中所述的定时时间到后，运行APS0MPPT算法子程序，并得到将全局最优值 Ug返回给主程序，并作为此次光伏系统输出电压的给定值。
4.根据权利要求I所述的光伏发电系统在部分受遮挡下的最大功率跟踪方法，其特征在于粒子速度的最大值Vmax为一块光伏电池开路电压值的80%。
5.一种在部分受遮挡条件下光伏发电系统输出功率优化跟踪装置，包括光伏电池板及光伏电池板的由霍尔电压传感器和霍尔电流传感器构成的电压电流采集电路；其特征在于还包括一 DSP控制器，其采用内置有APS0MPPT最大功率点跟踪控制算法程序的DSP控制芯片，并带有Α/D转换输入和PWM脉宽调制输出；一 BOOST 电路；所述光伏电池板的输出一路接光伏电池板的电压、电流采集电路，该光伏电池板的电压、电流采集电路的输出端分别再接所述控制器的输入端；所述控制器的PWM控制输出端经IGBT驱动电路控制BOOST电路；所述光伏电池板的另一路输出接BOOST电路的输入， BOOST电路的输出接负载。
6.根据权利要求5所述的在部分受遮挡条件下光伏发电系统输出功率优化跟踪装置， 其特征在于所述DSP控制器采用型号为TMS320F28335的DSP芯片。
7.根据权利要求5所述的在部分受遮挡条件下光伏发电系统输出功率优化跟踪装置， 其特征在于所述光伏电池板的电压、电流采集电路由霍尔电压传感器、霍尔电流传感器和两个电阻构成，其中，光伏电池板的电压输出端接至霍尔电流传感器的输入端，并通过一电阻接入霍尔电压传感器输入端，霍尔电流传感器的输出端接到DSP芯片的Α/D输入端。
8.根据权利要求5所述的在部分受遮挡条件下光伏发电系统输出功率优化跟踪装置， 其特征在于所述驱动电路为IGBT驱动器或采用MOS驱动电路。
全文摘要
一种部分受遮挡的光伏发电系统输出功率优化方法及系统装置，包括光伏电池板及光伏电池板的电压、电流采集电路及DSP控制器，控制器内置有APSOMPPT最大功率点跟踪控制算法程序，控制器的控制输出端经PWM驱动电路控制一BOOST电路，BOOST电路的输出接负载。跟踪方法是首先获取光伏电池板的开路电压，根据开路电压确定光伏电池板最大输出电压，系统初始化并启动定时器，当定时时间到时，要运行APSOMPPT最大功率点跟踪控制算法子程序进行多次迭代，最后将迭代过程中的所有粒子的全局最优值作为光伏阵列的电压给定作用于光伏阵列。从而实现光伏发电系统功率优化输出。
文档编号H02N6/00GK102594211SQ201210018058
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者廉小亲, 张晓力, 王嵩, 王敬瑞 申请人:北京工商大学