专利名称：一种用于光伏阵列步长快速自适应的最大功率点跟踪方法
技术领域：
本发明涉及光伏阵列最大功率点跟踪方法，尤其是涉及一种用于光伏阵列步长快 速自适应的最大功率点跟踪方法。
背景技术：
最大功率点跟踪(MPPT)技术几乎是光伏系统中最重要的一部分。在恒定电压法、 扰动观察法(Perturb and Observe,简称 P&0)、导纳增量法(IncrementalConductance,简 称IncCond)等经典方法基础上，已提出了大量改进的MPPT方法并加以应用。
恒定电压法的原理是忽略环境温度对系统的影响，将从生产商获得的最大功率点 输出对应的电压数据作为光伏阵列的输出电压。它操作简单易于实现，并且因为控制电压 一定，不会出现剧烈震荡，具有较好的稳定性。但是，以单晶硅光伏阵列为例，当环境温度上 升l°c，开路电压下降O. 4%-0. 5%，这样，大大影响了恒定电压法的跟踪精度，难以进行准确 的最大功率点跟踪，造成能量损失。
扰动观察法是通过比较本次光伏阵列的输出功率Pi+1与上次输出功率Pi来确定增 加或减少光伏阵列工作电压来实现最大功率点的跟踪，如
图1 ;若Pw-PiX),说明光伏阵列 的工作状态位于上坡段，即最大功率点的左端，需继续增大工作电压，从左边向最大功率点 靠近；若Pi+1-Pi〈0，减小工作电压，从右边向最大功率点靠近；最终光伏阵列工作于最大功 率点附近。导纳增量法是通过比较光伏阵列的瞬时导纳与导纳变化量的方法来完成最大功 率点的跟踪；达到最大功率点的条件是输出导纳变化量等于输出瞬时导纳的负值，即dl/ dU=-1/U。扰动观察法和导纳增量法的优点在于控制思路简单，实现较为方便，可实现对最 大功率点较为精准的跟踪。但是，在设定适当的步长V来跟踪最大功率点时，虽然较大的步 长V可提高系统对光照强度响应速度，但同时也会加大在最大功率点附近的振荡幅度，从 而影响跟踪精度。为了兼顾MPPT方法的跟踪速度和跟踪精度，1998年A. al-amoudi等在 “Optimal control of agrid-connected PV system for maximum power point tracking and unity power factor，， (Seventh International Conference on Power Electronics and Variable Speed Drives, No. 456) 一文中提出了在到达最大功率点附近时,跟踪步长 减半的思想。即在未到达最大功率点时，Pi〈Pi+1，每当Pi>Pi+1，那么，Pi为最大功率点，则步 长减半，在新的步长下继续判断Pi与？1+1的关系。该方法中跟踪曲线表现为呈锯齿状上升， 最大功率点附近逐渐减小振荡幅度。所提出的变步长思想，弥补了传统MPPT方法采用恒定 大步长虽能快速到达最大功率点附近，但扰动幅度过大的不足。但该方法依然存在初始步 长大，最大功率点附近振荡时间长的缺点，并且这段振荡是不可避免的，它仍不能完全解决 最大功率点附近最大功率点跟踪速度与精度的矛盾。
为克服上述问题，自适应步长法应运而生。导纳增量法是基于越接近最大功 率点导纳越小，最大功率点处|dP/dV|=0，来判断是否跟踪到最大功率点。因此，Fang Luo 等人在文献“A Variable Step Maximum Power Point Tracking MethodUsing Differential Equation Solution，， (2nd IEEE Conference on IndustrialElectronicsandApplications, 2007)中设自适应步长V=M* | dP/dV | ,其中M表示自适应步长修正常数。 选取适当的M值，可保证在距离最大功率点较远的位置时，自适应步长V较大；而在最大功率点附近时，自动减小步长V，以消除最大功率点附近因大步长引起的振荡，提闻了跟踪精度。但该自适应步长V受光伏特性曲线P-V曲线斜率影响大，当P-V曲线斜率较大时，自适应步长V较大^P-V曲线斜率较小时，自适应步长V较小，这就限制了它的跟踪速度。2011年 Qiang Mei 等在“A Novel Improved Variable Step-Size Incremental-Resistance MPPT Methodfor PV Systems，，( IEEE Transactions on Industrial Electronics, 58(6)，2011) 一文中提出了自适应步长按
权利要求
1. 一种用于光伏阵列步长快速自适应的最大功率点跟踪方法，其特征在于包含以下步骤 ①系统启动阶段采取恒定电压法，令初始电压V(O)迅速降为开路电压Vr的80%，gpV (O) =Vr*80 %，同时根据初始电压V (O) =Vr*80 %，对初始电流I (O)进行采样； ②在系统启动阶段结束后，对光伏阵列输出电压和输出电流进行采样，V(k)表示第k(k=l，2，...，K)次采样的输出电压，I (k)表示第k(k=l，2，...，K)次采样的输出电流； ③分别计算第k次采样时的输出电压变化量dV=V(k)-V(k-l);输出电流变化量dl=l(k)-1(k-l);功率变化量 dP=I(k)*V(k)-1(k-l)*V(k-l)； ④对dV进行条件判断 a)若满足dV古0，则计算N=dP/dV，其中N表示光伏阵列P-V曲线斜率；1.对N进行条件判断 若满足N > O，则计算自适应步长 v=M*Vr*log2 (|N +1) / (Iog2 (| N +1) +1)； 若满足N〈0，则计算自适应步长 v=-M*Vr*log2 (|N +1) / (Iog2 (| N +1) +1)； 其中M表示自适应步长修正常数，M*Vr表示最大步长值；I · I表示求绝对值操作； ii修正并替代输出电压值V' (k)=V(k)+v ；ii1.根据修正后的输出电压V'(k)，对输出电流进行重新采样由I' (k)替代I(k); iv.当自适应步长V古O时,返回步骤②； 当自适应步长v=0时可得到输出电压V' (k)和输出电流Γ (k)，使得输出功率P' (k)=r (k)*V' (k)为最大功率点，实现最大功率点的跟踪； b)若满足dV=0，则对dl进行条件判断 若满足dl =0，则步长V=O，可得到输出电压V (k)和输出电流I (k)，使得输出功率P (k) =I (k) *V (k)为最大功率点，实现最大功率点的跟踪； 若满足dl Φ 0，则返回步骤①；直到满足dl=0，则步长v=0，可得到输出电压V(k)和输出电流100，使得输出功率？00=1(10*￥(10为最大功率点，实现最大功率点的跟踪。
全文摘要
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于光伏阵列步长快速自适应的最大功率点跟踪方法，该方法不但设计思路简单易于实现，还能自动调整步长来跟踪光伏阵列的最大功率点。本方法提出自适应步长v采用对数运算形式，使v=|dP/dV|在最大功率点的邻域U(Pmax，ε)外，保持较大、稳定的步长；在最大功率点的邻域U(Pmax，ε)内，进一步迅速减小自适应步长v，并保证最大功率点处步长v=0，使自适应步长v更加灵敏，提高系统的跟踪速度和跟踪精度。
文档编号G05F1/66GK103019293SQ20121050422
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月29日 优先权日2012年11月29日
发明者夏银水, 寇彦宏 申请人:宁波大学