一种改进的光伏发电系统mppt方法
阅读说明：本技术 一种改进的光伏发电系统mppt方法 (Improved MPPT method of photovoltaic power generation system ) 是由 李洁 魏登 李壮 李宁 于 2021-10-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种改进的光伏发电系统MPPT方法,具体包括如下步骤：步骤1,计算光伏板的输出功率P-(pv)以及变换器输入功率P-(L)；步骤2,对第一个周期t-(1)增加变换器输入功率；步骤3,每过周期t-(1)判断一次ΔP-(pv)(t-(1))/ΔV-(pv)(t-(1))的正负；步骤4,每过周期t-(2)判断一次ΔP-(pv)(t-(2))/ΔV-(pv)(t-(2))的正负；步骤5,将当前时刻的功率参考值P-(ref)(t)与变换器输入功率P-(L)作差,经过PI调节器转化为脉冲信号,驱动开关管IGBT的通断。本发明解决了现有直接功率控制的MPPT方法以及传统算法扰动速度和精度无法兼顾,稳态工作时会因振荡而损失能量,输出功率无法实现与负载功率的自平衡问题。(The invention discloses an improved MPPT method of a photovoltaic power generation system, which specifically comprises the following steps: step 1, calculating the output power P of the photovoltaic panel pv And converter input power P L (ii) a Step 2, aiming at the first period t 1 Increasing the converter input power; step 3, every passing period t 1 Determining the primary Δ P pv (t 1 )/ΔV pv (t 1 ) Positive and negative; step 4, every passing period t 2 Determining the primary Δ P pv (t 2 )/ΔV pv (t 2 ) Positive and negative; step 5, the power reference value P of the current moment is obtained ref (t) and converter input power P L And (4) making a difference, converting the difference into a pulse signal through a PI regulator, and driving the on-off of the IGBT. The invention solves the problems that the disturbance speed and precision of the traditional MPPT method for direct power control and the traditional algorithm cannot be considered at the same time, energy is lost due to oscillation during steady-state work, and self-balancing between output power and load power cannot be realized.)
技术领域
本发明属于新能源发电技术领域，涉及一种改进的光伏发电系统MPPT方法。
背景技术
近年来能源短缺和环境污染问题日益严重，清洁、高效、环保的能源受到市场追捧。太阳能因为其分布广、易获取、清洁高效和可持续等特性成为新能源研究的热点。
光伏发电系统由太阳电池、蓄电池、控制器和逆变器组成，可以将太阳光能转换成电能。电阳能电池板输出具有非线性，其P-V曲线呈单峰特性。为了最大程度的获取太阳能，需要太阳能电池板工作在最大功率点(MPP)。
现在主流的MPPT(最大功率点跟踪)方法大多采用扰动观察法(P&O)又称为登山法或爬山法和电导增量法(INC)及其一些改进方法(如变步长，零振荡等)。这两种方法原理简单易懂且实现方便。该方法优点是易于实现，显示精度适中，工作点围绕最大功率点(MPP)振荡。但该方法缓慢而不适用于快速变化的条件，同时易影响并网电流的质量。
这些缺点是算法本身固有的，只能被改进但不能被消除。因此还有一些其他的方法如FuzzyLogic、神经网络算法等，但这些算法十分复杂，因此采用的并不多。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的光伏发电系统MPPT方法，解决了现有直接功率控制的MPPT方法以及传统算法扰动速度和精度无法兼顾，稳态工作时会因振荡而损失能量，输出功率无法实现与负载功率的自平衡问题。
本发明所采用的技术方案是，一种改进的光伏发电系统MPPT方法，具体包括如下步骤：
步骤1，控制变换器输入功率PL为0，分别采集光伏板的输出电流Ipv、变换器流过的电流IL以及光伏板的输出电压Vpv，并计算此时光伏板的输出功率Ppv以及变换器输入功率PL；
步骤2，对第一个周期t1增加变换器输入功率；
步骤3，从第二个周期开始，每过一个周期t1判断一次ΔPpv(t1)/ΔVpv(t1)的正负；
步骤4，从第二个周期开始，每过一个周期t2判断一次ΔPpv(t2)/ΔVpv(t2)的正负；
步骤5，将当前时刻的功率参考值Pref(t)与变换器输入功率PL作差，经过PI调节器转化为脉冲信号，驱动开关管IGBT的通断。
本发明的特点还在于：
采用如下公式(1)计算光伏板的输出功率Ppv，采用如下公式(2)计算变换器的输入功率PL：
Ppv＝Vpv·Ipv (1)；
PL＝Vpv·IL (2)。
步骤2中，第一个周期t1增加变换器输入功率后，满足如下公式(3)：
PL(t1)＝PL+Pup (3)。
步骤3中，ΔPpv(t1)/ΔVpv(t1)的判断过程：
当ΔPpv(t1)/ΔVpv(t1)大于等于0时，则不动作；
当ΔPpv(t1)/ΔVpv(t1)小于0时，则：
Pref(t)＝PL(t)+ln[1-ΔPpv(t1)/ΔVpv(t1)]Pup (4)。
步骤4中，ΔPpv(t2)/ΔVpv(t2)的判断过程为：
当ΔPpv(t2)/ΔVpv(t2)大于等于0时，则：
Pref(t)＝PL(t)-ln[1+ΔPpv(t2)/ΔVpv(t2)]Pdown (5)；
当ΔPpv(t2)/ΔVpv(t2)小于0时，则不动作。
本发明的有益效果是：对比传统的功率控制的MPPT方法，传统算法在光照变化时，存在光伏板输出电压Vpv极具降低，损耗太大，需要重新启动，而本发明通过重新对功率参考值进行了设计，光照变化时，不会出现光伏板输出电压Vpv极具降低，不需要重新启动，从而减少损耗，且本发明的对数函数在追踪速度和精度上优于传统功率控制算法。
附图说明
图1为本发明一种改进的光伏发电系统MPPT方法的实施例中太阳能光伏发电系统的拓扑图；
图2为本发明一种光伏发电系统的MPPT控制方法的流程示意图；
图3(a)～3(d)为本发明一种改进的光伏发电系统MPPT方法中光伏系统的工作曲线图；
图4为本发明一种改进的光伏发电系统MPPT方法与传统方法的理论达到最大功率点的对比图；
图5为传统方法光伏板功率仿真图；
图6为本发明一种改进的光伏发电系统MPPT方法中光伏板功率仿真图；
图7为传统方法稳态时仿真图；
图8为本发明一种改进的光伏发电系统MPPT方法稳态时仿真图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
图1为太阳能光伏发电系统的电路图，本发明中使用Sepic电路进行详细说明；其中L1、L2为电感，C1、C2为电容，RL为负载，D1为二极管，图1中显示功率PL和PC的流向，显然有公式(1)成立。
Ppv＝PL+PC (1)；
本发明一种改进的光伏发电系统MPPT方法，具体包括如下步骤：
步骤1，控制变换器输入功率PL为0，采集光伏板的输出电流Ipv、电感L1上的电流IL以及光伏板的输出电压Vpv，并计算此时光伏板的输出功率Ppv以及变换器输入功率PL。
其中Ppv＝Vpv·Ipv，PL＝Vpv·IL。由图1可知，有Ppv＝PL+PC恒成立，系统稳定时，有Ppv＝PL，所以只需要控制变换器输入功率PL。
步骤2，第一个周期t1增加变换器输入功率，使PL(t1)＝PL+Pup；增加变换器功率是为了扰动系统的工作状态，使得功率值和电压值变化。PL(t1)为周期t1内的变换器输入功率；
步骤3，从第二个周期开始，每过周期t1判断ΔPpv(t1)/ΔVpv(t1)的正负；若大于等于0，则不动作；若小于0，Pref(t)＝PL(t)+ln[1-ΔPpv(t1)/ΔVpv(t1)]Pup，其中Pup是功率上调值。ΔPpv(t1)为周期t1内光伏板输出功率的差值，ΔVpv(t1)为周期t1内光伏板输出电压的差值。
步骤4，与步骤3独立进行，无先后顺序关系，从第二个周期开始，每过周期t2判断ΔPpv(t2)/ΔVpv(t2)的正负；若大于等于0，Pref(t)＝PL(t)-ln[1+ΔPpv(t2)/ΔVpv(t2)]Pdown，其中Pdown是功率下降值；若小于0，则不动作；ΔPpv(t2)为周期t2内光伏板输出功率的差值，ΔVpv(t2)为周期t2光伏板输出电压的差值。
步骤5，将当前时刻的功率参考值Pref(t)与变换器输入功率PL作差，经过PI调节器转化为脉冲信号，驱动开关管IGBT的通断。
ΔPpv(t)＝Ppv(t)-Ppv(t-1)；
其中，ΔVpv(t)为当前t时刻的光伏板输出电压的差值。
Ppv(t)为当前t时刻的光伏板的输出功率；
Ppv(t-1)为t-1时刻的光伏板的输出功率；
ΔVpv(t)＝Vpv(t)-Vpv(t-1)；
ΔVpv(t)为当前t时刻的光伏板输出电压的差值；
Vpv(t)为当前t时刻的光伏板的输出电压；
Vpv(t-1)为t-1时刻的光伏板的输出电压；
步骤3中，判断ΔPpv(t)/ΔVpv(t)的正负来表达此时工作点位于左半平面还是右半平面，根据图3(a)、图3(b)、图3(c)及图3(d)的理论，位于右半平面时，应将功率参考值进行上调，位于左半平面内应将功率参考值进行下调。
图3(a)是光伏系统工作在特性曲线左平面，变换器功率增加时工作特性图；
图3(b)是光伏系统工作在特性曲线左平面，变换器功率减小时工作特性图；
图3(c)是光伏系统工作在特性曲线右平面，变换器功率增加时工作特性图；
图3(d)是光伏系统工作在特性曲线右平面，变换器功率减小时工作特性图；
由图3(a)，当稳定工作点在最大功率点左边时，增加PL，Ppv不会瞬时改变，为了满足公式Ppv＝PL+PC，PC减小，VC减小，导致电路失控，其中VC为电容两端的电压即光伏板输出电压；根据图3(b)，当稳定工作点在最大功率点左边时，减小PL，Ppv不会瞬时改变，为了满足公式Ppv＝PL+PC，PC增大、VC增大，此时会稳定在最大功率点右侧；根据图3(c)，当稳定工作点在最大功率点右边时，增加PL，Ppv不会瞬时改变，为了满足公式Ppv＝PL+PC，PC减小，VC减小，此时功率值上调；根据图3(d)，当稳定工作点在最大功率点右边时，减小PL，Ppv不会瞬时改变，为了满足公式Ppv＝PL+PC，PC增大，VC增大，此时功率值下降；
图4展示了本发明的方法与传统功率控制达到最大功率点的速度以及在稳态震荡的波动范围，根据图中显示，在近似开路启动阶段，dP/dV≤-1，快速跟踪，快接近最大功率点时，减慢速度，为了更慢的超过最大功率点而进入左半平面。
图5～图6为本发明和传统方法下的仿真图，光伏板的参数为Voc＝20V，Vmpp＝17V，Isc＝3A，Impp＝2.94，在光照为1000W/m2，温度为25℃时的最大功率为49.98W。此仿真的光照强度为800-500-800W/m2，温度为25℃，其中Pup＝2，Pdown＝0.3，t1＝0.003s，t2＝0.0003s，从图中可以看出图6经过0.6s达到最大功率点，图5经过1.4s达到最大功率点，即本方法相较于传统算法具有更快的追踪速度。
图7～图8为0.8s到0.9s时刻的稳态功率波形图，可以看出图8相较于图7有更小的震荡和波动范围，功率损耗更低。无论是追踪速度还是稳态震荡误差，都较传统功率算法好。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：低压差线性稳压器