一種最大功率點跟蹤方法和系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光伏發電技術領域，尤其涉及一種最大功率點跟蹤方法和系統。
【背景技術】
[0002] 在光伏發電系統中，光伏電池是最基本的環節，若要提高整個系統的效率必須要 提高光伏電池的轉換效率，使其最大限度地輸出功率。然而，光伏電池的電流（I) 一電壓 (V)特性是非線性的，它隨著外界環境(溫度、光照強度）的變化而變化，光伏電池的工作電 壓改變時其輸出功率也會改變；為了始終能獲得最大的輸出功率，需要進行最大功率點跟 蹤（MPPT)。
[0003] 目前廣泛應用的是電壓源型逆變器，要實現最大功率追蹤控制方法，需要檢測電 網電壓、輸入電流和直流母線電壓以及母線電流。直流母線電壓傳感器和母線電流傳感器 檢測光伏組件的電壓和電流以獲得功率及其變化方向；交流電壓傳感器檢測電網電壓的角 度，用來提供控制器的參考并抑制電網電壓波動的影響；交流電流傳感器提供電流反饋信 號，實現過流保護。眾多傳感器及其信號處理電路帶來高成本及復雜性問題。
【發明內容】
[0004] 有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種最大功率點跟蹤方法和系統，以至少 實現低成本、高可靠性、適用于光伏發電的無電流傳感器的最大功率點跟蹤。
[0005] 為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：
[0006] -種最大功率點跟蹤方法，該方法包括：
[0007] 采樣光伏電池的直流母線輸出電壓u(k-l)，逆變器三相交流電壓ua(k-l)、 ub(k_l)、uc(k_l)和逆變器三相輸出電流ia(k_l)、ib(k_l)、ic(k_l)，k為大于1的整數；
[0008] 根據所述ua(k_l)、ub(k_l)、uc(k_l)、ia(k_l)、ib(k_l)和ic(k_l)，計算逆變器 輸出瞬時功率P(k-l);
[0009] 施加擾動，所述擾動維持第一時間段，經過所述第一時間段后，采樣光伏電池的直 流母線輸出電壓u(k)，逆變器三相交流電壓ua(k)、ub(k)、uc(k)和逆變器的三相輸出電流ia(k)、ib(k)、ic(k)；
[0010] 根據所述ua(k)、ub(k)、uc(k)、ia(k)、ib(k)和ic(k)，計算逆變器輸出瞬時功率 P(k)；
[0011] 計算電壓增量u(k)-u(k-1)、以及瞬時功率增量P(k)-P(k-1)，根據增量值判斷下 一次施加擾動的方向，并依據所述下一次施加擾動的方向施加所述下一次擾動。
[0012] 該方法進一步包括：根據采樣所得逆變器三相交流電壓和逆變器三相輸出電流， 基于三相電路瞬時無功功率理論，計算所述逆變器輸出瞬時功率。
[0013] 所述施加擾動為：控制所述直流母線輸出電壓增加AV或者減小AV，所述AV為 擾動電壓變量。
[0014] 所述根據增量值判斷下一次施加擾動的方向包括：判斷電壓增量U(k)-u(k-l)、 以及瞬時功率增量p(k)-p(k-1)的方向，并根據所述增量的方向判斷下一次施加擾動的方 向。
[0015] 所述判斷電壓增量u(k)-u(k-l)、以及瞬時功率增量P(k)-P(k-1)的方向包括：
[0016]設定兩個三值函數：sign(Ap) =sign(P(k)-P(k_l))和sign(Au) =sign(u(k)-u(k_l)),sign(Ap)和sign(Au)取值范圍為{+1、-1、0};其中， sign(P(k)-P(k-1))表示功率增量的方向符號，sign(u(k)-u(k-1))表示電壓增量的方向 符號；
[0017]當 P(k)_P(k_l)>0,sign(Ap)=sign(P(k)_P(k_l)) =1 ;
[0018] 當 P(k)_P(k_l)〈0,sign(Ap)=sign(P(k)_P(k_l)) =-1;
[0019] 當 P(k)_P(k_l)=0,sign(Ap)=sign(P(k)_P(k_l)) = 0;
[0020] 當 u(k)_u(k_l) >0,sign(Au)=sign(u(k)_u(k_l)) = 1;
[0021] 當 u(k)_u(k_l)〈0,sign(Au)=sign(u(k)_u(k_l)) =-1;
[0022] 當 u(k)_u(k_l)=0,sign(Au)=sign(u(k)_u(k_l)) = 0。
[0023] 所述根據所述增量的方向判斷下一次施加擾動的方向包括：
[0024] 當sign(Au) =1，sign(Ap) =1時，所述下一次施加擾動的方向為正擾動；
[0025] 當sign(Au) =1，sign(Ap) =_1時，所述下一次施加擾動的方向為負擾動；
[0026] 當sign(Au) =_1，sign(Ap) =1時，所述下一次施加擾動的方向為負擾動；
[0027] 當sign(Au) =_1，sign(Ap) =_1時，所述下一次施加擾動的方向為正擾動；
[0028] 當sign(Au) =1，sign(Ap)=0時，所述下一次施加擾動的方向為不擾動；
[0029] 當sign(Au) =_1，sign(Ap)=0時，所述下一次施加擾動的方向為不擾動；
[0030] 當sign(Au)=0,sign(Ap) =1時，所述下一次施加擾動的方向為正擾動；
[0031] 當sign(Au)=0,sign(Ap) =_1時，所述下一次施加擾動的方向為負擾動；
[0032] 當sign(Au)=0，sign(Ap)=0時，所述下一次施加擾動的方向為正擾動或者 負擾動；
[0033] 其中，所述正擾動為控制所述直流母線輸出電壓增加AV，AV>0，
[0034] 所述負擾動為控制所述直流母線輸出電壓減小AV，AV>0
[0035] 所述不擾動為控制直流母線輸出電壓增加AV=0。
[0036] 一種最大功率點跟蹤系統，該系統包括：
[0037] 采樣模塊，用于采樣光伏電池的直流母線輸出電壓u(k-1)，逆變器三相交流電壓 ua(k-l)、ub(k-1)、uc(k-1)和逆變器三相輸出電流ia(k-l)、ib(k-1)、ic(k-1)，k為大于 1 的整數；
[0038]計算模塊，用于根據所述ua(k-1)、ub(k-1)、uc(k-1)、ia(k-1)、ib(k-1)和 ic(k-1)，計算逆變器輸出瞬時功率P(k-1);
[0039] 加擾模塊，用于施加擾動，所述擾動維持第一時間段，經過所述第一時間段后，通 知所述采樣模塊；
[0040] 所述采樣模塊還用于，根據所述加擾模塊的通知，采樣施加擾動維持所述第一時 間段后，光伏電池的直流母線輸出電壓u(k)，逆變器三相交流電壓ua(k)、ub(k)、uc(k)和 逆變器的三相輸出電流ia(k)、ib(k)、ic(k);
[0041]所述計算模塊還用于，根據所述ua(k)、ub(k)、uc(k)、ia(k)、ib(k)和ic(k)， 計算逆變器輸出瞬時功率p(k)，并計算電壓增量U(k)-U(k-1)、以及瞬時功率增量P(k)-P(k-1)；
[0042] 所述加擾模塊還用于，根據增量值判斷下一次施加擾動的方向，并依據所述下一 次施加擾動的方向施加所述下一次擾動。
[0043] 所述計算模塊進一步用于，根據采樣所得逆變器三相交流電壓和逆變器三相輸出 電流，基于三相電路瞬時無功功率理論，計算所述逆變器輸出瞬時功率。
[0044] 所述施加擾動為：控制所述直流母線輸出電壓增加AV或者減小AV，所述AV為 擾動電壓變量。
[0045] 所述根據增量值判斷下一次施加擾動的方向包括：判斷電壓增量u(k)-u(k_l)、 以及瞬時功率增量P(k)_P(k_l)的方向，并根據所述增量的方向判斷下一次施加擾動的方 向。
[0046] 本發明提供的一種最大功率點跟蹤方法和系統，根據逆變器輸出功率包含了光伏 陣列的輸出功率的信息，通過三相電路瞬時無功功率理論計算出逆變器的瞬時有功功率， 可以獲得光伏陣列輸出功率的變化方向，進而實現對光伏陣列的最大功率點跟蹤。與傳統 的MPPT方法相比，本發明不需要光伏陣列的輸出電流傳感器，利用光伏逆變器自身的電流 電壓反饋量準確的完成最大功率點跟蹤，降低了系統的成本，提高了系統的可靠性。
【附圖說明】
[0047] 圖1為本發明實施例的一種最大功率點跟蹤方法的流程圖；
[0048] 圖2為本發明實施例的光伏發電系統的拓撲結構示意圖；
[0049] 圖3為本發明實施例中將a、b、c三相坐標系轉換為a- 0二相坐標系的示意圖；
[0050] 圖4為本發明實施例的a- 3坐標系中的電壓、電流矢量示意圖；
[0051] 圖5為本發明實施例的擾動觀察法的示意圖；
[0052] 圖6為本發明實施例的一種最大功率點跟蹤系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0053] 下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術方案進一步詳細闡述。
[0054] 本發明實施例提供一種最大功率點跟蹤方法，該方法適用于圖2所示的光伏發電 系統中，如圖2所示，該光伏發電系統包括光伏電池和光伏逆變器；所述