一种光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法与流程

本发明涉及光伏发电技术领域，特别是涉及一种光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法。

背景技术

并网逆变器和最大功率点跟踪(mppt)控制是光伏发电并网控制的核心技术。由于光伏发电具有随机性和不稳定性，必须经过逆变器和整流装置整流逆变后才能将光伏阵列的所发电能接入电网。另外，为了提高光能的利用率，需要加入mppt控制环节，并网逆变器将逆变后的交流电的相位、电流、电压、有功和无功、频率、同步等问题进行控制，进而实现光伏发电阵列与交流电网并联的功能，mppt控制使系统最大限度的保持在最大功率点附近。

目前应用较广的最大功率跟踪方法有：扰动观察法、恒电压法、爬山法、以及电导增量法。扰动观察法是目前光伏发电系统应用比较广泛的一种控制方法。传统的扰动观察法应用于mppt中时，采用固定步长的mppt算法都很难实现高效快速对最大功率点进行跟踪。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法，可以解决现有技术中存在的问题。

本发明提供了一种光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，对quasi-z源逆变器输出的电压upv和电流ipv进行采样，得到k时刻的采样电压upv(k)和采样电流ipv(k)；

步骤2，获得k+1时刻的采样电压upv(k+1)和采样电流ipv(k+1)；

步骤3，分别按照下式计算k时刻的功率p(k)和k+1时刻的功率p(k+1)：

p(k)＝upv(k)·ipv(k)(1)

p(k+1)＝upv(k+1)·ipv(k+1)(2)

步骤4，计算k时刻和k+1时刻的功率变化量：

δp(k)＝p(k+1)-p(k)(3)

步骤5，将功率变化量δp(k)输入到pi控制器，得到相应的参考电压变化量δuref；

步骤6，判断功率变化量δp(k)是否大于0，如果是则进入步骤7，否则进入步骤10；

步骤7，判断k+1时刻的采样电压upv(k+1)是否大于k时刻的采样电压upv(k)，如果是则进入步骤8，否则进入步骤9；

步骤8，按照下式计算k+1时刻的参考电压，并进入步骤11：

uref(k+1)＝uref(k)+δuref(4)

步骤9，按照下式计算k+1时刻的参考电压，并进入步骤11：

uref(k+1)＝uref(k)-δuref(5)

步骤10，判断k+1时刻的采样电压upv(k+1)是否大于k时刻的采样电压upv(k)，如果是则利用式(5)计算k+1时刻的参考电压，否则利用式(4)计算k+1时刻的参考电压；

步骤11，在步骤8、9和10得到k+1时刻的参考电压后，求取参考电压和k时刻的采样电压upv(k)之间的电压差，将该电压差输入到pi控制器中得到k+1时刻光伏阵列的给定电流然后根据该电流确定步长d(k)，按照该步长进行最大功率点追踪控制。

本发明实施例中的一种光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法，对quasi-z源逆变器输出的电压和电流进行采样，根据采样结果分别计算k时刻和k+1时刻的功率，计算得到功率变化量后输入到pi控制器确定相应的参考电压变化量，采用变步长算法计算最终的参考电压，根据该参考电压进行最大功率点跟踪，可以实现光照强度发生变化时输出功率的快速响应，并达到最大功率点，提高最大功率跟踪的动态性能，高效的实现最大功率跟踪。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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。

图1是本发明发明实施例提供的中使用的quasi-z源逆变器的主电路图；

图2是本发明实施例中提供的最大功率点跟踪方法的控制框图；

图3是与图2中控制框图对应的流程图；

图4是本发明的具体实例中光照强度变化图；

图5是利用本发明的方法对图4中光照强度进行控制后输出的功率、电压和电流示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。

参照图1至图3，本发明实施例提供了一种光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，对quasi-z源逆变器输出的电压upv和电流ipv进行采样，得到k时刻的采样电压upv(k)和采样电流ipv(k)；

步骤2，获得k+1时刻的采样电压upv(k+1)和采样电流ipv(k+1)；

步骤3，分别按照下式计算k时刻的功率p(k)和k+1时刻的功率p(k+1)：

p(k)＝upv(k)·ipv(k)(1)

p(k+1)＝upv(k+1)·ipv(k+1)(2)

步骤4，计算k时刻和k+1时刻的功率变化量：

δp(k)＝p(k+1)-p(k)(3)

步骤5，将功率变化量δp(k)输入到pi控制器，得到相应的参考电压变化量δuref；

步骤6，判断功率变化量δp(k)是否大于0，如果是则进入步骤7，否则进入步骤10；

步骤7，判断k+1时刻的采样电压upv(k+1)是否大于k时刻的采样电压upv(k)，如果是则进入步骤8，否则进入步骤9；

步骤8，按照下式计算k+1时刻的参考电压，并进入步骤11：

uref(k+1)＝uref(k)+δuref(4)

上式中，uref(k+1)表示k+1时刻的参考电压。

步骤9，按照下式计算k+1时刻的参考电压，并进入步骤11：

uref(k+1)＝uref(k)-δuref(5)

步骤10，判断k+1时刻的采样电压upv(k+1)是否大于k时刻的采样电压upv(k)，如果是则利用式(5)计算k+1时刻的参考电压，否则利用式(4)计算k+1时刻的参考电压。

步骤11，在步骤8、9和10得到k+1时刻的参考电压后，求取参考电压和k时刻的采样电压之间的电压差，将该电压差输入到pi控制器中得到k+1时刻光伏阵列的给定电流然后根据下述公式(12)确定步长d(k)，按照该步长进行最大功率点追踪控制。

根据图1中quasi-z源逆变器的电路，当quasi-z源逆变器处于非直通状态，其等效电压方程为：

当quasi-z源逆变器工作在直通状态时，其等效电压方程为：

将式(6)与(7)进行离散化处理，并且以t为其步长，可得：

假设quasi-z源逆变器在一个pwm周期的占空比为d，式(8)两边与(1-d)相乘，式(9)两边与d相乘，将整理后的(8)式与(9)式相加，得：

由(10)式得，quasi-z源逆变器在一个pwm周期的占空比d为：

若在下一个周期k+1时刻达到光伏阵列的给定电流即则：

结合以上分析，加入电流预测的变步长mppt控制的连接图如图2所示。由式(12)推导可知，光伏发电输出电流在下一个周期到达给定电流，实现无差拍跟踪。因此，能够显著提高系统的动态性能。

下面通过一个具体实例对本发明的效果进行说明。

并网线电压380v，并网电感设定为5mh，quasi-z源逆变器网络中电容c＝330μf，电感l＝10μf，开关频率20khz。光伏发电系统中，光照强度和温度对光伏输出模块的影响较大，为了验证改进mppt的正确性，对光伏输入模块的光照强度进行改动，光伏阵列的光照强度如图4所示。加入电流预测后的mppt控制其仿真结果如图5所示，光伏并网后，当光照强度从1000下降250和从250上升到1000时，光伏模块输出功率能够很好的跟踪上最大输出功率点，同时电压跟踪用时也较短，输入quasi-z源逆变器的电压经过1.9×10^-4s可跟踪上最大功率点电压，加入电流预测后能够改变其直通占空比，升压作用明显。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。