[0050]
.(之:)..
[0051] Boost电路的输出功率P2，可用式⑶表不：
[0052]
(?)
[0053] 根据式（2)和式（3)，分别得到光伏电池模组输出等效I-U特性曲线和P-U特示意 图如图4所示。结合式2、式3和图4,可对光伏电池模组等效输出特性曲线作如下分析：
[0054] ①、0〈U2〈UM时，随电压U 2升高，对应输出功率P /变大，此时电流I = I M，称该阶段 为恒流区。
[0055] ②、UM< U 2〈Udcniax时，光伏电池模组输出功率P2不变，即P2= P M，随电压U2升高， 输出电流I2呈反比例减小，称此阶段为恒功率区。
[0056] ③、U2> U d。ΜΧ时，由于Boost电路过电压保护，光伏电池模组的输出被限制了，此 阶段为截断区。
[0057] 因此，单个光伏模组输出等效I-U和P-U特性曲线，具有明显的三段性，且主要由 三个参数来确定，即I M、UM和U d。_。其中Ude _为设计参数，一旦光伏模组中Boost电路的 电压等级被确定后，此参数便可知；Im和Um除决定于光伏电池的硬件设计之外，还受外界环 境的光照强度S和温度T的影响，需进行测量获取其参数大小。
[0058] 本发明主要研究是复杂光照下的MPPT，故可以假设温度不变，S不同对Um的影响 较小，对P m(即Im)的影响较大，因此可以近似认为不同S下，Um值不变，参考文献中给出U m 与开路电压的关系式如式4所不：
[0059] Um~KU。。 (4)
[0060] 式⑷中U。。为光伏电池的设计参数，为已知参数，K取决于光伏电池的特性，取值 范围为0. 71~0. 80,由此能确定Um值。至于I M，需进行测量获取其参数大小，但测量结果 易于获得，本发明选用PSIM软件的Solar Module (physical model)功能进行该参数的获 取。
[0061] 综上所述，本发明中光伏模组输出等效特性曲线具有三段性，且能通过IM、U M和U d。 _三个可测量参数直接得到。
[0062] 步骤3 :光伏阵列最佳工作电压优化预估。
[0063] 对于N个光伏模组串联连接的光伏阵列，一旦知道它的等效特性曲线，便能很简 单的预估出其最佳工作电压的范围，记为Ru。为了简便起见，取N = 2来进行具体分析，可 以推广到任意N个光伏模组串联后的一般情况。分别将这两个光伏模组命名为A和B，模组 A和模组B串联连接，工作在复杂光照条件下，光照强度不同，分别记为SjP S B，令模组A和 模组B的其它运行参数相同。
[0064] 假设 SA>SB，则有 IMPPA>IMPPB;且由于：
[0065]
(5)
[0066] 故ImMi3bi3其中IjP I。汾别为模组A和模组B电压取U d。_对应的电流值。从 而模组A和模组B之间的电流关系有且仅有以下两种情况：
[0067] 情况 1 :1 MPPA>I〇A>ImPPB>I〇B
[0068] 情况 2 :ΙΜρρΑ>ΙΜρρΒ>Ι(] Α>Ι0Β
[0069] 故本发明分两种情况来讨论光伏阵列的最佳工作电压预估范围，具体方法是，首 先运用前文式（1)中的结论，得到光伏模组的简化等效特性曲线，再根据简化等效特性曲 线来推算最大功率点与对应电压的关系。推算过程比较繁琐，由于文本篇幅有限，本文 直接给出最终的推算结果。当电流关系满足情况1时，即I mppaMmMmppbMi3b，结果为：如果 PmPPA〉（Udc max+UM) *ΙΜΡΡΒ，则 Ru - [U M，UtJc max];如果 P\1PPA〈（Udc max+UM) * Imppb，则 Ru - (U dc max+UM) 〇 当电流关系满足情况I时，即ImppaMmppbMmMi3b，结果为对应最佳工作电压区间为[P mppa/ ImPPB+Um，Udc μχ+Ρμρρβ/Ιμ]，且结果唯一，相比情况一要简单。
[0070] 步骤4 :一种基于电压预估法的光伏发电系统MPPT算法流程图的设计。
[0071] 本发明一种基于电压预估法的光伏发电系统MPPT算法，将其应用图1所示电路 中后级MPPT装置上，算法流程图如图5所示。图5中后级MPPT的电压参考值直接取值在 Ru(电压预估值）附近，其中UJ电压允许误差阈值）相比特性曲线的任意两个峰值之间的 电压差值足够小。
[0072] 采用MATLAB/Simulink建立了图1所示电路结构的光伏系统仿真模型。仿真时， 光伏电池组件的外部参数设置如下：温度T = 25°C ;两个串联电池组件的光照强度分别为 Sa= 1000W/m2, Sb= 800W/m2。仿真模型的内部参数取值如下：Ιω= 2· 02A，I ΜΡΡΒ= 2· 84A， Pmppa= 60. 53ff, P MPPB= 48. 3ff, U dc nax= 30V, U M= 15. 96V, U n= -3. 28V〇
[0073] 仿真结果如图6和图7所示，图6是采用DMPPT电路结构的光伏阵列输出特性曲 线。由图7(a)可知，R u= 33. 95V。由图7(b)可知，光伏发电系统工作时，越过了次优点， 最终稳点在最佳工作点上，输出功率保持在最大值附近。
[0074] 本发明通过仿真，给定运行参数，模拟本发明一种基于电压预估法的光伏发电系 统MPPT算法的实施过程，但上述实施例不以任何形式限定本发明，本发明适用于实际应 用。
【主权项】
1. 一种基于电压预估法的光伏发电系统MPPT算法，其特征在于包括以下步骤： 步骤1 :选用单个光伏电池组件，采用DMPPT组件电路结构，即对每个光伏电池模组来 实施最大功率追踪，光伏电池模组内DC/DC转换器采用Boost电路，Boost电路输出电压 和电流设有上限值，且具有有限升压转换率，U d。_为电路允许的最大电压值，其中对光伏 电池模组MPPT选用P&0法；以光伏电池模组为研究对象，光伏电池的输出电压和电流作为 Boost电路的输入，记为仏和I 1;B〇〇st电路的输出电压和电流即为光伏电池模组的输出电 压和电流，记为1] 2和I 2;记光伏电池模组最大功率点电流、电压和功率分别为頂、UM、PM，短 路电流为Isc，由于Isc~頂，故假设0〈U〈UM时，有I为常数，取I =頂； 有：t = tO是Boost电路的输出电压达到UM的时刻；t = tl是Boost电路的输出电压达到 Udcmax的时刻；t = 1:2是Boost电路的输入电压达到Um的时刻，综合上述分析可知，Boost 电路的输出的4和I 2关系如式（2)所不：根据式（2)和式（3)，分别得到光伏电池模组输出等效I-U特性曲线和P-U特性示意 图； 步骤2 :复杂光照下的MPPT，故可以假设温度不变，S不同对Um的影响较小，对P M的影 响较大，因此可以近似认为不同S下，Um值不变，Um与开路电压的关系式如式（4)所示： Um ~KUcic (4) 式（4)中开路电压Uoc为光伏电池的设计参数，为已知参数，K取决于光伏电池的特性， 取值范围为〇. 71~0. 80,由此能确定Um值；至于I M，需进行测量获取其参数大小，但测量结 果易于获得； 步骤3:对于N个光伏模组串联连接的光伏阵列，一旦知道它的等效特性曲线，便能很 简单的预估出其最佳工作电压的范围，记为Ru;为了简便起见，取N = 2来进行具体分析，可 以推广到任意N个光伏模组串联后的一般情况，分别将这两个光伏模组命名为A和B，模组 A和模组B串联连接，工作在复杂光照条件下，光照强度不同，分别记为SjP S B，令模组A和 模组B的其它运行参数相同； 假设SA>SB，则有IMPPA>I MPPB;且由于：故，其中Im和I分别为模组A和模组B电压取Ud。_对应的电流值，从而模组A和模组B之间的电流关系有且仅有以下两种情况： b况I : IMPPA〉10A> IMPPB〉IOB t冃况 2 :IMppA>IMppB>I〇A>I〇B〇2. 根据权利要求1所述一种基于电压预估法的光伏发电系统MPPT算法，其特征在于， 所述步骤1中，对光伏电池模组等效输出特性曲线作如下分析： ① 、0〈U2〈UM时，随电压1]2升高，对应输出功率P/变大，此时电流I=IM，称该阶段为恒 流区； ② 、UM<U2〈Udc _时，光伏电池模组输出功率P2不变，SPP2=PM，随电压U2升高，输出 电流I2呈反比例减小，称此阶段为恒功率区； ③ 、U2》UdcJ寸，由于Boost电路过电压保护，光伏电池模组的输出被限制了，此阶段 为截断区。3. 根据权利要求1所述一种基于电压预估法的光伏发电系统MPPT算法，其特征在于， 所述步骤3中，分两种情况来讨论光伏阵列的最佳工作电压预估范围，具体方法是，首先运 用式（1)中的结论，得到光伏模组的简化等效特性曲线，再根据简化等效特性曲线来推算 最大功率点与对应电压的关系；当电流关系满足情况1时，即ImppaM mMmppbMi3b，结果为：如 果PmPPA〉(Udcmax+UM) *IMppB，则Ru -[UM，UtJcmax];如果PmppA〈(UtJcmax+UM) *Imppb，则Ru-(Udcmax+UM)； 当电流关系满足情况I时，即ImppaM mppbMmMi3b，结果为对应最佳工作电压区间为：[Pmppa/ Imppb+Um, Udc max+P^pB/IoA]〇
【专利摘要】一种基于电压预估法的光伏发电系统MPPT算法，是应用于光伏阵列处于复杂光照条件下时的一种最大功率点追踪优化算法。光伏阵列采用DMPPT电路结构，并得出了光伏阵列中单个光伏电池模组的简化等效输出特性曲线，推导出了由两个光伏电池模组串联连接成的光伏阵列处于不同光强中的工作电压预估值的计算公式。本发明一种基于电压预估法的光伏发电系统MPPT算法，将光伏系统设计为DMPPT电路结构，应用该结构下光伏发电系统输出特性，根据特性曲线规律，推算出光伏阵列工作点的最佳电压范围，优化的电压预估值，能使系统有效跳过次优点。确定最佳电压范围后再结合P&O法，实现复杂光照条件下的最大功率点追踪。
【IPC分类】G05F1/67
【公开号】CN105138065
【申请号】CN201510452527
【发明人】代春燕, 袁建华
【申请人】三峡大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年7月29日