一种基于功率增量法的多峰值最大电功率跟踪方法与流程

本发明涉及光伏系统的最大功率跟踪，特别涉及一种基于功率增量法的多峰值最大电功率跟踪方法。

背景技术：

当光伏阵列没有发生遮挡时，其p-v曲线上仅有一个单独的最大功率点(maximumpowerpoint，mpp)，如图1所示。此时，传统的最大电功率追踪算法(maximumpowerpointtracking，mppt)，如扰动观察法(perturb&observe，p&o)、电导增量法(incrementalconductance，inc)、beta法等，可以有效地追踪到其mpp。但是，当光伏阵列发生局部遮挡时，如图2所示，其p-v曲线上会出现多个局部最大功率点(localmaximumpowerpoint，lmpp)和一个全局最大功率点(globalmaximumpowerpoint，gmpp)。此时，传统的mppt算法可能使光伏系统工作于某一个lmpp而非gmpp，从而导致光伏阵列无法输出其最大功率。

为了能够解决这问题，很多gmppt算法被提出。其中，大多数的gmppt算法基于0.8voc的算法模型，其中，代表作为h.patel所提出的算法，其追踪流程如图2所示。

假定光伏系统起始工作点为点a，然后h.patel算法会先找到距离点a最近的第一个峰值，如图3深色箭头所示。当算法找到第一个lmpp时，由于每个峰值之间的距离约等于0.8voc，此时，工作点的电压将减小0.8voc，其然后会移动到点b，从而跳出右侧的峰值继而追踪下一个峰值。此后，算法追踪流程大致遵从点a→点b→点c顺序依次移动。当系统达到最左侧的峰值时，会根据之前所找到的峰值功率进行判断，选出全局最大功率点gmmp，并使系统稳定在此gmpp的位置上。

h.patel算法优点在于简单明了。但是，其缺点主要有以下两点：

1.可能存在误判的现象。例如，当算法准备跳出当前峰值所在区间时，由于噪音或者其他因素，工作点可能无法准确跳至下一个峰值所在区域，如图3点d所示。此时，由于d点仍处在上一个峰值所在的区间，因而算法会发生误判，使得工作点遵循浅色箭头所指方向，回到原来的峰值，从而错过下一个峰值，即gmpp。由于此类误判现象的发生，可能会导致整个光伏阵列无法输出其最大功率。

2.追踪速度慢，效率低。在实际情况下，光伏阵列可能产生5、6个甚至数十个峰值。此时，h.patel算法将不得不依次对这些峰值进行追踪，从而大大增加追踪时间，减小追踪效率。

技术实现要素：

本发明目的是：相对于h.patel算法以及其他基于0.8voc的算法，本发明提出提供一种基于功率增量法的多峰值最大电功率跟踪方法，此方法不仅简单明了，且追踪速度快，效率高。

本发明的技术方案是：

1.一种基于功率增量法的多峰值最大电功率跟踪方法，包括：

s1、首先假定光伏系统起始工作点位置位于点p1处，功率和电压分别为p(1)和v(1)，从光伏阵列p-v曲线右侧向左开始追踪；

s2、每次追踪的功率增量和电压增量分别为δp、δv，且均大于0，假定下一个移动的位置为p2'，功率和电压分别为p(k+1)＝p(k)+δp、v(k+1)＝v(k)-δv，k为工作点序列；并根据此时的负载线，追踪的工作点移动至与p-v曲线的交点p2处；

s3、重复完成步骤s2过程若干次后，工作点达到pm-1处，再次重复步骤s2过程并计算出下一个追踪的工作点pm；若此时pm的功率小于pm-1的功率，工作点直接移动至光伏阵列短路电流附近，即pm+1；

s4、当工作点移动至pm+1时，从光伏阵列左侧向右开始追踪，其过程中p(k+1)＝p(k)+δp、v(k+1)＝v(k)+δv，当工作点达到pn时，如果pn的电压超过pm，确定已经完成整个光伏阵列的搜索，继而开始判断最大功率点gmpp所处的位置；此时开始使用p&o法来维持算法工作在gmpp附近。

优选的，步骤s2中，工作点pk+1'的电流为i(k+1)＝p(k+1)/v(k+1)，电阻r(k+1)＝v(k+1)/i(k+1)，再根据公式

计算工作点pk+1'所对应的占空比，其中rload为负载电阻；由于pk+1'并不在光伏阵列的曲线上，因此根据此时的负载线，工作点实际应移动至pk+1处。

优选的，步骤s3中，pm的功率小于pm-1的功率时，将当前工作点电压设置为vbound；然后占空比直接设定为系统工作下线占空比dlow，工作点移动至即pm+1。

优选的，步骤s4中，当工作点达到pn时，由于pn的电压超过vbound，因此使算法确定已经完成整个光伏阵列的搜索，继而开始判断最大功率点gmpp所处的位置，开始使用p&o法来维持算法工作在gmpp附近。

优选的，最大电功率跟踪过程中还设置算法状态变量flag，flag初始设为1，即表示从光伏阵列右侧开始追踪，当flag设为2时，则表示从光伏阵列左侧开始追踪，设为0时表示完成整个光伏阵列的搜索并采用p&o法来维持算法工作在gmpp附近。

本发明的优点是：

本发明基于功率增量法的多峰值最大电功率跟踪方法，相对于h.patel算法以及其他基于0.8voc的算法，本发明方法不仅简单明了，且追踪速度快，效率高。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为无阴影遮挡光伏阵列的i-v曲线和p-v曲线；

图2为有阴影遮挡光伏阵列的i-v曲线和p-v曲线；

图3为基于0.8voc的算法模型的h.patel算法的追踪流程；

图4为本发明基于功率增量法的多峰值最大电功率跟踪方法的流程图；

图5为实施例中从光伏阵列右侧的p1工作点开始追踪的示意图；

图6为实施例中追踪工作点达到右侧第一个峰值附近的示意图；

图7为实施例中从光伏阵列左侧的p5工作点开始追踪以及找到gmpp的示意图；

图8为实施例中的系统结构图。

具体实施方式

如图4所示，为本发明基于功率增量法的多峰值最大电功率跟踪方法的流程图，具体如下。

1、算法初始化。

对δp、δv、dlow以及rload的值进行初始化，同时设置flag等于1。其中δp、δv为功率增量和电压增量，相当于传统mppt算法的步长；dlow为系统工作下线，一般对应光伏阵列短路电流附近；rload为负载电阻，一般为定值；flag为算法状态变量，初始设为1，即表示从光伏阵列右侧开始追踪，当flag设为2时，则表示从光伏阵列左侧开始追踪，设为0时表示完成整个光伏阵列的搜索并采用p&o法来维持算法工作在gmpp附近。

2、算法具体追踪流程。

s1、假定光伏系统起始位置位于点p1处，如图5所示。此时，flag等于1且δp大于0，因此算法应通过分支(a)。

s2、然后，假定下一个移动的位置为p2'，而其功率及电压可根据当前功率p(k)、电压v(k)和δp、δv进行计算，进而求得rpv,new，其可对应图5所示的负载线(loadline)。最后，根据公式

可求得p2'所对应的占空比。由于p2'并不在光伏阵列的曲线上，因此根据此时的负载线，工作点实际应移动至p2处。

s3、假定当算法重复完成上述步骤2过程若干次后，工作点达到右侧第一个峰值附近，即点p3。此时，算法将再次重复步骤2过程并计算出下一个移动的位置为p4'。同样，由于p4'并不在光伏阵列的曲线上，因此根据此时的负载线，工作点实际应移动至p4处，如图6所示。但是，此时由于p4的功率小于上一点p3的功率，满足δp小于0的条件，因此算法应通过分支(b)。此时，将当前工作点电压设置为vbound并将flag设置为2。然后，占空比直接设定为dlow，于是工作点直接移动至光伏阵列短路电流附近，即p5。

s4、当工作点移动至p5时，光伏阵列左侧开始追踪，其过程类似于过程a)，标记为p6、p7、p8和p9如图7所示。当工作点达到p9时，由于p9的电压超过vbound，因此使算法确定已经完成整个光伏阵列的搜索，继而开始判断最大功率点gmpp所处的位置。此时，flag设置为0并且开始使用p&o法来维持算法工作在gmpp附近。

如图8所示，本发明的系统结构图，其中包括了光伏阵列、dcdc变换器和mppt算法控制器。其中太阳能阵列模拟器(pvemulator)用来模拟光伏阵列的输出，dspace用来完成本算法的实现。

由于本算法是主要根据功率增量δp和电压增量δv来进行计算，故命名为功率电压增量法。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。