专利名称：一种光伏并网逆变器mppt方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光伏并网逆变器技术领域，具体涉及一种光伏并网逆变器MPPT方法和装置。
背景技术：
光伏并网逆变器可以将光伏电池输出的直流电逆变成交流电，并将符合标准的交流电并入电网中，是并网光伏发电系统能量转换以及控制过程的核心。·因为光伏电池特性曲线任一时刻存在唯一的最大功率点，因而需要通过MPPT(Maximum Power Point Tracking,最大功率点跟踪)控制算法使系统工作在最大功率点上。目前主要使用自寻优的控制方案，如扰动观察法，电导增量法。该类方法通过不断地施加扰动，理论上能够跟踪到最大功率点处。但是，由于环境的变化以及光伏电池匹配等问题的存在，使得扰动观察法存在误判、局部最大点等问题，且扰动补偿的引入必然导致稳态震荡的问题，增加了 MPPT的静态损耗。
发明内容
本发明实施例提供一种光伏并网逆变器MPPT方法和装置，以解决现有的MPPT方法存在的误判等问题。一种光伏并网逆变器MPPT方法，包括
在kT和(k+l)T时刻进行采样，获取光伏并网逆变器在kT时刻的功率P (k)，以及在(k+1) T时刻的功率P (k+1/2 )，所述光伏并网逆变器在kT和(k+1) T时刻的工作电压均为U (k), k为自然数；
根据P (k)和P (k+1/2)预测光伏并网逆变器在(k+2)T时刻对应于工作电压U (k)的功率P’ (K)；
在(k + I ) T 时亥Ij 增力卩电 压扰 动Ai/,使光伏并网逆变器在(k+2) T时刻的工作电压为U (k+2), U (k+2)= U (k) + AU ；在(k+2)T时刻进行采样，获取光伏并网逆变器在(k+2)T时刻对应于工作电压U (k+2)的功率P (k+Ι)；
根据P’(K)和P (k+Ι)对光伏并网逆变器的最大功率点位置进行判断，并根据判断结果确定(k+3) T时刻的工作电压U (k+3)。一种光伏并网逆变器MPPT装置，包括
采样单元,预测单元,扰动单元，以及处理单元；
所述采样单元，用于在kT和(k+1) T时刻进行采样，获取光伏并网逆变器在kT时刻的功率P (k)，以及在(k+1 )T时刻的功率P (k+1/2)，所述光伏并网逆变器在kT和(k+1 )Τ时刻的工作电压均为U (k)，k为自然数；
所述预测单元，用于根据P (k)和P (k+1/2)预测光伏并网逆变器在(k+2)T时刻对应于工作电压U (k)的功率P’(K);所述扰动单元，用于在(k+l)T时刻增加电压扰动Α /，使光伏并网逆变器在(k+2)T时刻的工作电压为 U (k+2), U (k+2) = U (k) + ACT ；
所述采样单元，还用于在(k+2)T时刻进行采样，获取光伏并网逆变器在(k+2)Τ时刻对应于工作电压U (k+2)的功率P (k+Ι)；
所述处理单元，用于根据P’(K)和P (k+Ι)对光伏并网逆变器的最大功率点位置进行判断，并根据判断结果确定(k+3) T时刻的工作电压U (k+3)。本发明实施例采用根据前两个采样时刻的数据预测下一个采样时刻的数据，并将预测的数据与下一个采样时刻的实际数据进行对比，从而实现判断最大功率点位置的技术方案，由于预测数据与实际数据在同一条光伏特性曲线上，因此可以提高准确度，减少误判。
图1是光伏特性曲线的示意图2是本发明实施例提供的光伏并网逆变器MPPT方法的流程图3是本发明实施例方法的原理图4是本发明一个具体应用例的不意图5是本发明另一个具体应用例的示意图6是本发明实施例提供的光伏并网逆变器MPPT装置的流程图。
具体实施例方式本发明实施例提供一种光伏并网逆变器MPPT方法，可以解决现有的MPPT方法存在的误判等问题。本发明实施例还提供相应的装置。以下分别进行详细说明。传统的扰动观测法是一种基于静态光伏特性曲线的MPPT方法，但实际上由于外界环境的变化，光伏特性曲线是动态变化的，因此，扰东观察法会产生误判，下面结合附图进一步论述。如图1所示，以电压为横坐标，以功率为纵坐标，光伏特性曲线是功率对电压的函数。在光照强度等环境因素快速变化的情况下，不同时刻采样得到的功率数据分布在不同的光伏特性曲线上。假设在某时刻测得图1中标号I处的电压、电流得到此时的功率PU时施加扰动电压Al/ ,下一个采样时刻测得标号3处的电压、电流，并得到此时的功率P3，显然，由于两次采样在不同的光伏特性曲线上，若使用标号1、3两处的功率对最大功率点进行判断，将会得出当前工作点位于最大功率点右侧，或者说，最大功率点位于当前工作点左侧，这样的错误结论。上述实例中误判的原因就在于外部环境的变化使得标号为1、3的两点不在同一条光伏曲线上。根据上述分析可知，如果如果能够在某一时刻同时测出未加扰动前对应的工作点功率以及施加扰动后对应的工作点功率，并以这两组数据进行MPPT判别，就可以避免误判。当然，实际应用中同时测得这两组数据是不可能的，但是，却可以考虑利用某种方法近似实现该功能。本发明就是在现有的扰动观察法的基础上，根据上述思路做出的改进。本发明的核心思想是，假定外部环境变化是匀速进行的，相应的光伏特性曲线的变化也是均匀的，通过两个或者两个以上时刻的采样数据判断光伏特性曲线的变化情况，将该变化情况考虑到MPPT中，进而解决环境变化引起的误判问题。下面，对本发明实施例方法进行详细说明。如图2所示，本发明实施例提供一种光伏并网逆变器MPPT方法，包括
210、在kT和(k+1) T时刻进行采样，获取光伏并网逆变器在kT时刻的功率P (k)，以及在(k+1)T时刻的功率P (k+1/2)，所述光伏并网逆变器在k!^P(k+l)T时刻的工作电压均为U (k), k为自然数。当采样频率较高时，可以近似认为相同采样周期时间内外部环境的变化是均匀的。如图3所示，首先，依次在kT、(k+l)T两个连续的采用时刻进行采样，这两个时刻的工作电压相同，记为U (k)，kT时刻测得的功率记为P (k)，(k+1) T时刻测得的功率记为P (k+1/2)。
220、根据P (k)和P (k+1/2)预测光伏并网逆变器在(k+2) T时刻对应于工作电压U (k)的功率P’(K)。本步骤中，利用P(k)和P(k+l/2)对外部环境的变化进行判断。假定环境变化时匀速进行的，则kT和(k+l)T两个时刻的光伏特性曲线之间的距离，与(k+l)T和(k+2)两个时刻的光伏特性曲线之间的距离，是相等的，如图3所示。于是，可以根据P (k)和P (k+1/2)预测光伏并网逆变器在(k+2) T时刻对应于工作电压U (k)的功率P’(K)。本实施例中，P，(K) =2X P (k+1/2) - P (k)。230、在(k+1) T时刻增加电压扰动At/，使光伏并网逆变器在(k+2) T时刻的工作电压为 U (k+2), U (k+2) = U (k) + Ai/0240、在(k+2) T时刻进行采样，获取光伏并网逆变器在(k+2) T时刻对应于工作电压 U (k+2)的功率 P (k+1)。将(k+2) T时刻测得的工作电压U (k+2)处的功率记为P (k+1)。本实施例中，可以近似认为P(k+1)与之前预测的P’(K)是位于同一光伏特性曲线上，但对应与不同工作电压的两个点。250、根据P’(K)和P (k+Ι)对光伏并网逆变器的最大功率点位置进行判断，并根据判断结果确定(k+3) T时刻的工作电压U (k+3)。由于可近似认为P(k+1)与P’(K)是在同一光伏特性曲线上电压扰动前后的两个工作点功率，因此，根据实际检测功率P (k+Ι)和预测功率P’ (K)进行基于扰动观测法的MPPT，就可以对光伏并网逆变器的最大功率点位置进行正确的判断，避免误判问题。判断最大功率点以及确定U (k+3)的具体流程，包括
比较P (k+Ι)和P’ (K)的大小；
如果P (k+Ι)等于P’(K)，则确认工作电压U (k+2)为最大功率点位置，使U (k+3) =U (k+2)；
如果P (k+1)大于P’(K)，则确认最大功率点位置在U (k+2)—侧，并在U (k+2)大于U (k)时，使 U (k+3)= U (k+2)+M/,在 U (k+2)小于 U (k)时，使 U (k+3) = U (k+2) —AU ；
如果P (k+1)小于P’(K)，则确认最大功率点位置在U (k)—侧，并在U (k+2)大于U (k)时，使 U (k+3) = U (k+2) — Δ ,在 U (k+2)小于 U (k)时，使 U (k+3) = U (k+2)+ AC/。更详细的具体流程可以如图4所示。综上，本发明实施例提供了一种光伏并网逆变器MPPT方法，该方法提出了 MPPT的梯度预测方案，通过检测光伏特性曲线随外部环境变化的情况，预测新的光伏特性曲线工作点，再与扰动后新测量的工作点相比较，得到最大功率点的扰动改变方向，由于预测数据与实际数据在同一条光伏特性曲线上，因此可以提高准确度，减少误判。现有技术中，最大功率点(MPP)的跟踪速度和稳态震荡之间存在矛盾，分析可知，是由于步长固定的问题。最直观的解决方法就是在跟踪的过程中改变步长。因此，本发明的优选实施例中，采用二分法的思想，每当跟踪过程经过一次最大功率点时，将步长也就是电压扰动AU变为原来的一半。从而，在最大功率点的跟踪过程中，二分法对应的步长会逐渐减小，理论上可以兼顾跟踪速度和稳态震荡，减轻扰动补偿导致的稳态震荡，避免局部最大点，降低MPPT的静态损耗。二分法对应的具体流程如图5所示。实施例二、
请参考图6，本发明实施例还提供一种光伏并网逆变器MPPT装置，包括
采样单元310，预测单元320，扰动单元330，以及处理单元340 ；
所述采样单元310，用于在kT和(k+1) T时刻进行采样，获取光伏并网逆变器在kT时刻的功率P (k)，以及在(k+l)T时刻的功率P (k+1/2)，所述光伏并网逆变器在kT和(k+1)T时刻的工作电压均为U (k)，k为自然数；
所述预测单元320，用于根据P (k)和P (k+1/2)预测光伏并网逆变器在(k+2) T时刻对应于工作电压U (k)的功率P’(K);
所述扰动单元330，用于在(k+1) T时刻增加电压扰动MI，使光伏并网逆变器在(k+2 )T时刻的工作电压为U (k+2), U (k+2) = U (k) + At/ ；
所述采样单元310，还用于在(k+2 ) T时刻进行采样，获取光伏并网逆变器在(k+2 ) T时刻对应于工作电压U (k+2)的功率P (k+Ι)；
所述处理单元340，用于根据P’(K)和P (k+Ι)对光伏并网逆变器的最大功率点位置进行判断，并根据判断结果确定(k+3) T时刻的工作电压U (k+3)。进一步的，
预测单元320可以根据公式P’ (K)=2X P (k+1/2) - P (k)计算P’(K)。处理单元340可以具体用于
比较P (k+Ι)和P’ (K)的大小；
如果P (k+Ι)等于P’(K)，则确认工作电压U (k+2)为最大功率点位置，使U (k+3) =U (k+2)；
如果P (k+1)大于P’(K)，则确认最大功率点位置在U (k+2)—侧，并在U (k+2)大于U (k)时，使 U (k+3)= U (k+2)+Ai/,在 U (k+2)小于 U (k)时，使 U (k+3) = U (k+2) —Af/
如果P (k+1)小于P’(K)，则确认最大功率点位置在U (k)—侧，并在U (k+2)大于U (k)时，使 U (k+3) = U (k+2)—Ai/,在 U (k+2)小于 U (k)时，使 U (k+3) = U (k+2)+ Ai/。
扰动单元330还用于每经过一次最大功率点时，将电压扰动Ai/减小一半。综上，本发明实施例提供了 一种光伏并网逆变器MPPT装置，该装置根据前两个采样时刻的数据预测下一个采样时刻的数据，并将预测的数据与下一个采样时刻的实际数据进行对比，从而判断最大功率点位置，该装置可以正确判断最大功率点的位置，解决了误判问题。本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括只读存储器、随机读取存储器、磁盘或光盘等。以上对本发明实施例所提供的光伏并网逆变器MPPT方法和装置进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，不应理解为对本发明的限制。本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种光伏并网逆变器MPPT方法，其特征在于，包括 在kT和(k+l)T时刻进行采样，获取光伏并网逆变器在kT时刻的功率P (k)，以及在(k+1) T时刻的功率P (k+1/2 )，所述光伏并网逆变器在kT和(k+1) T时刻的工作电压均为U (k), k为自然数； 根据P (k)和P (k+1/2)预测光伏并网逆变器在(k+2)T时刻对应于工作电压U (k)的功率P’ (K)； 在(k + I ) T 时亥Ij 增力卩电 压扰 动AU，使光伏并网逆变器在(k+2) T时刻的工作电压为U (k+2), U (k+2)= U (k) + AU ； 在(k+2)T时刻进行采样，获取光伏并网逆变器在(k+2)T时刻对应于工作电压U (k+2)的功率P (k+Ι)； 根据P’(K)和P (k+Ι)对光伏并网逆变器的最大功率点位置进行判断，并根据判断结果确定(k+3) T时刻的工作电压U (k+3)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于 根据公式 P’(K)=2X P (k+1/2) - P (k)计算 P’(K)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的根据P’(K)和P(k+1)对光伏并网逆变器的最大功率点位置进行判断，并根据判断结果确定(k+3)T时刻的工作电压U (k+3)包括 比较P (k+Ι)和P’ (K)的大小； 如果P (k+Ι)等于P’(K)，则确认工作电压U (k+2)为最大功率点位置，使U (k+3) =U (k+2)； 如果P (k+Ι)大于P’(K)，则确认最大功率点位置在U (k+2)—侧，并在U (k+2)大于U (k)时，使 U (k+3)= U (k+2)+Ai/,在 U (k+2)小于 U (k)时，使 U (k+3) = U (k+2) —AU ； 如果P (k+Ι)小于P’(K)，则确认最大功率点位置在U (k)—侧，并在U (k+2)大于U (k)时，使 U (k+3) = U (k+2)—Al/,在 U (k+2)小于 U (k)时，使 U (k+3) = U (k+2)+ AU。
4.根据权利要求1至3中任一所述的方法，其特征在于 每经过一次最大功率点时，将电压扰动MJ减小一半。
5.一种光伏并网逆变器MPPT装置，其特征在于，包括 采样单元,预测单元,扰动单元，以及处理单元； 所述采样单元，用于在kT和(k+1) T时刻进行采样，获取光伏并网逆变器在kT时刻的功率P (k)，以及在(k+1 )T时刻的功率P (k+1/2)，所述光伏并网逆变器在kT和(k+1 )Τ时刻的工作电压均为U (k)，k为自然数； 所述预测单元，用于根据P (k)和P (k+1/2)预测光伏并网逆变器在(k+2)T时刻对应于工作电压U (k)的功率P’(K); 所述扰动单元，用于在(k+l)T时刻增加电压扰动Α 7，使光伏并网逆变器在(k+2)T时刻的工作电压为 U (k+2), U (k+2) = U (k) +Al/ ;所述采样单元，还用于在(k+2)T时刻进行采样，获取光伏并网逆变器在(k+2)Τ时刻对应于工作电压U (k+2)的功率P (k+Ι)； 所述处理单元，用于根据P’(K)和P (k+Ι)对光伏并网逆变器的最大功率点位置进行判断，并根据判断结果确定(k+3) T时刻的工作电压U (k+3)。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于 所述预测单元根据公式P’ (K)=2X P (k+1/2) - P (k)计算P’(K)。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理单元具体用于 比较P (k+Ι)和P’ (K)的大小； 如果P (k+Ι)等于P’(K)，则确认工作电压U (k+2)为最大功率点位置，使U (k+3) =U (k+2)； 如果P (k+1)大于P’(K)，则确认最大功率点位置在U (k+2)—侧，并在U (k+2)大于U (k)时，使 U (k+3)= U (k+2) + M/,在 U (k+2)小于 U (k)时，使 U (k+3) = U (k+2) —AU ； 如果P (k+1)小于P’(K)，则确认最大功率点位置在U (k)—侧，并在U (k+2)大于U (k)时，使 U (k+3) = U (k+2)—M/,在 U (k+2)小于 U (k)时，使 U (k+3) = U (k+2)+ Al/。
8.根据权利要求5至7中任一所述的装置，其特征在于 所述扰动单元还用于每经过一次最大功率点时，将电压扰动MI减小一半。
全文摘要
本发明公开了一种光伏并网逆变器MPPT方法，包括首先在kT和(k+1)T时刻进行采样，根据测得的P(k)和P(k+1/2)预测(k+2)T时刻的功率P’(K)，然后增加电压扰动，在(k+2)T时刻采样，根据测得P(k+1)和预测的P’(K)对光伏并网逆变器的最大功率点位置进行判断。本发明还提供相应的装置。本发明技术方案由于预测数据与实际数据在同一条光伏特性曲线上，因此可以提高准确度，减少误判。
文档编号H02J3/38GK103001251SQ20121046943
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月20日 优先权日2012年11月20日
发明者翦志强, 司徒琴, 张灿烂 申请人:深圳市金宏威技术股份有限公司