[发明专利]单级式光伏逆变MPPT方法

说明书

技术领域：

本发明涉及太阳能光伏发电和电力电子学与技术的领域，特别涉及一种无DC-DC变换的单级式逆变方法下光伏发电MPPT方法和算法。

背景技术：

随着光伏发电系统的发展及诸多光伏发电并网运行的实现，人们对光伏并网逆变器的性能要求日益升高，如何提高光伏逆变器的稳定性和效率成为当前电力电子研究的焦点之一。光伏逆变器的效率很大程度上决定着光伏发电系统的利用效率，目前光伏逆变器主要有推挽逆变电路、全桥逆变电路和高频升压逆变电路等，多属于两级逆变器，即在逆变器前端引入了DC-DC变换电路。两级逆变器运行时，前端DC-DC电路中存在多重电磁能量变换，储能元件电感器和电容器引起多个功率损耗，阻碍了逆变效率的提高。因而替代或剔除前级DC-DC变换电路，简化逆变电路结构，是探索高效逆变器的重要途径。

发明内容：

本发明是在简化两级式逆变电路结构，研究正弦波周期稳幅条件下基于电荷流积均衡(ICF)的单级式光伏逆变机制和方法，减少电能交换环节和提高逆变电路效率的基础上，提出和实现检测启动MPPT和MPPT计算控制的新方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

单级式光伏逆变MPPT方法，所述方法包括如下步骤：

(1)提出和采用功率电压法(DPDVM)的MPPT启动算法，DPDVM的特点是能有效捕捉电池组件I-V特性的功率变化点和变化方向，检测计算量小，判别快捷，控制精确可靠；

(2)采用基于正弦波单周期或半周期的电量计算，实现光照和电网电压变化下的连续MPPT的控制算法，包括连续MPPT的算法模型和控制流程，有效和稳定的实现光伏发电最大功率点跟踪。

本发明的逆变系统控制由多个闭环控制环节组成，包括输入控制的MPPT反馈调节和输出控制的逆变PWM调节，使系统稳定工作在MPP点。当光伏环境变化较大较快时，采用模糊PID或参数整定自适应方式在输入输出环节间构成MPP状态反馈控制环节，实现系统最佳动态控制性能，使逆变系统获得较高的效率和稳定性。

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为无DC-DC变换逆变系统的电路图；

其中：E为电源，S₁、S₂、S₃、S₄为逆变桥，D、D₁、D₂、D₃、D₄为二极管，G为公网电源，L、L_e为电感，C、C_e、为电容。

图2为直联方式的电池组件I-V特性上PMW开关周期动态过程的示意图。

图3为MPPT调节的基本流程图。

图4为改进的MPPT调节的流程图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

由图1可知，本发明中单级式光伏逆变基本模型由前级电路光伏电源E、4个逆变桥堆S1-S4输出级电路和来自公用电网的电网电源G组成。周期时段上，换流过程中由储能元件保持MPP偏置电压，在能率最大化下满足系统MPPT运行。光伏电源E在光照下激发光生电荷，向储能元件C和逆变桥S1-S4输送电流。

电荷的灌入和灌出速率不同时，电容和电感储能元件电压迁移，因此需要两个能流转换的子环反馈控制和MPP状态反馈外环干预下实现MPPT逆变运行。

MPP能流和逆变的控制由级联的逻辑前级和电路后级两级完成。逻辑输入级完成算法DC-DC变换，控制能流和MPP偏置电压调节。在物理后级逆变调制下，逻辑前级输出后级输入的直流偏置分量U_c和脉动分量Δu_c。脉动电压Δu的频率f_c是正弦调制信号频率f_s的两倍。如图2所示，从光伏电源I-V特性观测，PWM单个开关周期τ上，直联耦合运行的物理过程如图3所示。光伏环境变化的MPP电压迁跃调节是由非等电荷过程实现的。

MPPT启动算法基于功率电压法(DPDVM)。DPDVM的特点是检测计算量小，判别快捷，控制精确可靠。低频稳态工作下，组件的输出电流波形与u c是一致的。通过太阳能光伏电池的简化数学模型可推导出光照和逆变负载变化时光生电压的变化，从而获得光照变化下启动MPPT的监测反馈控制方法，如下表所示：