基于光伏并網發電系統的局部陰影下最大功率點跟蹤方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請號為201310207872. 0、申請日為2013年5月30日、發明名稱為"光 伏并網發電系統的數字物理混合仿真系統"的發明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002] 發明涉及的是一種光伏并網發電系統的數字物理混合仿真系統，是基于 RTDS(Real Time Digital Simulator)平臺具備局部陰影下最大功率點跟蹤（MPPT)功能的 數字物理混合實時仿真系統。
【背景技術】
[0003] 隨著電力系統的發展，傳統的數字仿真或者物理實驗仿真都已經難以描繪電力系 統所面臨的一些新的問題，特別是隨著大功率電力電子元件的興起，數字物理混合仿真已 經顯得越來越重要。數模混合仿真可以綜合數字仿真和物理實驗的優點，解決目前電力系 統所遇到的諸多問題。光伏發電是一種重要的可再生能源，對于光伏發電并網系統的研究 已經成為電力系統仿真分析的一個重要領域。
[0004] 在大規模光伏并網系統中，當光伏電池板較多的時候難以保證所有的電池板都有 最好的光照條件，局部陰影會使得光伏陣列的P-V曲線呈現多峰特性，從而影響最大功率 點跟蹤的算法。在實際情況下，一些光伏系統中因為局部陰影情況發生的能量損失可能高 達70%。因此，研究局部陰影情況下的光伏陣列特性和最大功率點算法的意義顯得尤為重 要。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種光伏并網發電系統的數字 物理混合仿真系統，能夠提高仿真精度及可信度，使得光伏并網系統準確追蹤到最大功率 點，避免能量損失。
[0006] 本發明的技術解決方案如下：
[0007] -種光伏并網發電系統的數字物理混合仿真系統，其特點在于，該系統包括RTDS 數字系統、DSP物理系統、模擬量輸出卡（GTAO)和數字量輸入卡（GTDI);所述的RTDS數 字系統中的光伏電池板輸出的直流電壓和直流電流信號經模擬量輸出卡傳輸入DSP物理 系統，DSP物理系統中驅動斬波升壓電路的一路PffM脈沖經數字量輸入卡傳輸入RTDS數字 系統。
[0008] 所述的RTDS數字系統，包括依次連接的光伏陣列、斬波升壓電路、逆變電路和電 網。光伏系統能夠實現基本的最大功率跟蹤、并網控制功能。
[0009] 所述的DSP物理系統包括MPPT控制器和斬波PffM控制器，該MPPT控制器接收RTDS 數字系統中的光伏陣列輸出的直流電壓和直流電流信號，并輸出調制信號給斬波PWM控制 器，斬波PWM控制器輸出PWM脈沖。
[0010] -種局部陰影下最大功率點跟蹤方法，其特點在于，該方法包括如下步驟：
[0011] 第一步，根據光伏陣列的工作電壓電流判斷是否發生了陰影遮蔽的情況；
[0012] 第二步，當發生局部陰影時，則使光伏陣列工作點從B點移動到工作點C，公式如 下：
[0013] C點的電壓
其中開路電壓Vcirf和短路電流I 由光伏陣列本身決定， 為常數，而光伏陣列工作電流Ib由實時測量所得；
[0014] 第二步，利用最大功率點跟蹤方法精確尋找最大功率點。
[0015] 所述的第一步根據光伏陣列的工作電壓電流判斷是否發生了陰影遮蔽的情況，具 體方法如下；
[0016] 首先得到在無陰影均一光照的情況下光伏陣列工作在最大功率點時的電流IA_， 目前實測的光伏陣列工作電流為I a;
[0017] 若Λ I = IAnax-IA< K i，則光伏陣列沒有受到陰影遮蓋，
[0018] 若Λ I = IA_-IA> K i，則光伏陣列受到了陰影遮蓋；
[0019] 其中，&是設定的常數。
[0020] 與現有技術相比，本發明的技術特點是：建立了光伏并網發電數字物理混合實時 仿真系統，系統中采用的MPPT方法能夠在局部陰影下準確追蹤到全局最大功率點，無需附 加電路，并且適用于多種極端光照情況。由于采用了數字物理混合實時仿真的手段，使得結 果精確度和可信度都得到了提高。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發明的光伏并網系統結構示意圖。
[0022] 圖2是本發明的數字物理混合系統結構圖。
[0023] 圖3是本發明的局部陰影下光伏陣列特性示意圖。
[0024] 圖4是本發明的局部陰影下MPPT方法的示意圖，（a)為I-U曲線，（b)為P-U曲 線。
[0025] 圖5是本發明的局部陰影下MPPT方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護范 圍。
[0027] -種光伏并網發電系統的數字物理混合仿真系統，其特征在于，該系統包括RTDS 數字系統、DSP物理系統、模擬量輸出卡（GTAO)和數字量輸入卡（GTDI);所述的RTDS數字 系統中的光伏電池板輸出的直流電壓和直流電流信號經模擬量輸出卡傳輸入DSP物理系 統，DSP物理系統中驅動斬波升壓電路的一路PffM脈沖經數字量輸入卡傳輸入RTDS數字系 統。
[0028] 本發明的具體操作過程如下：
[0029] 第一步，在RTDS系統中搭建光伏系統的純數字仿真模型，如圖1所示，包括光伏陣 列、斬波升壓電路、逆變電路、濾波部分、電網部分及其相關控制策略，光伏系統能夠實現基 本的最大功率跟蹤、并網控制功能。
[0030] 搭建數字物理混合系統。如圖2所示，RTDS中搭建的部分為數字系統，DSP為物理 系統，兩者通過通信接口連接，即構成數字物理混合系統。數字系統主要進行整個光伏系統 特性的模擬，物理系統進行最大功率點跟蹤計算。DSP物理系統包括最大功率跟蹤（MPPT) 控制器和斬波PWM控制器，該MPPT控制器接收RTDS數字系統中的光伏陣列輸出的直流電 壓和直流電流信號，并輸出調制信號給斬波PWM控制器，斬波PWM控制器輸出PWM脈沖。
[0031] 第二步，編寫數字系統和物理系統之間的通信接口，使用RTDS自帶的GTAO(模擬 量輸出）卡和GTDI (數字量輸入）卡，GTAO卡將數字系統的輸出量（光伏陣列的電壓電流） 傳送給物理系統作為輸入量，GTDI卡將物理系統的輸出量（PffM波）傳送給數字系統作為 輸入量。通過GTAO卡和GTDI卡將RTDS數字系統同物理DSP系統構成數字物理回路，形成 硬件在環仿真平臺