[发明专利]一种单相单级光伏逆变器最大功率点跟踪控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏发电领域，具体而言，涉及一种单相单级光伏逆变器的最大功率点跟踪（MPPT，Maximum Power Point tracking）方法。

背景技术

近年来，新能源发电技术发展迅猛，其中光伏发电以其清洁性和经济性被认为是最具有发展前景的可再生能源利用技术。光伏屋顶被认为是未来光伏发电技术推广和普及的主要形式。在这种光伏系统中，光伏电池通过逆变器连接至单相电网或供给负载。逆变器作为光伏系统的关键元件，直接影响着系统的整体性能、效率和成本。单相单级逆变器因成本低、可靠性高和配置灵活等特点，是小容量光伏系统中最具有应用前景的拓扑结构，已成为国内外光伏领域的一个研究热点。

单相单级逆变器由于只有一个能量枢纽，需要同时兼顾最大功率点跟踪和输出电流波形控制。因此，控制复杂度增大，对各控制环节的要求也增加了。目前最大功率点跟踪控制技术常用的有恒电压跟踪方法、扰动观察法、增量电导法和极值寻优控制法（ESC，Exstreme Seeking Control）和智能MPPT等，其中恒电压跟踪有控制简单、可靠性高、稳定性好和易于实现等优点，但不能顺应温度变化的情况。扰动观察法（P&O，Perturb and Observe）是目前经常被采用的MPPT方法之一，该算法简单，且易于硬件实现，但是响应速度较慢，只适用于那些光照强度变化比较缓慢的场合。在稳态情况下，会导致光伏电池的实际工作点在最大功率点附近小幅振荡，因此会造成一定的功率损失，当然针对这些问题提出了一些变步长的改进P&O算法，一定程度上弥补其不足。增量电导法可使光伏电池输出电压能以平稳的方式追随光照强度的变化，而且稳态的电压振荡也较扰动观察法小，因此控制精度较高。但增量电导法可能导致系统稳定在一个局部的最大功率点。根据光伏电池的单峰函数特性，极值寻优控制法通过调制、解调等能自适应的搜索到最大功率点。随着智能控制的发展，模糊控制，神经网络思想也逐步应用在光伏系统的MPPT技术上，取得了较好的效果。

极值寻优控制是针对设定值无法事先确定，控制目标需要选择合适的设定值，从而使某个性能指标取得极值，这类特殊的控制问题而提出的一种控制方法。由于光照强度、环境温度的影响，最佳直流电压是未知和不断变化的，而最佳的直流电压设定值对应着最高的光伏电池效率。从这个角度看，直流电压设定值的寻优问题是典型的极值寻优控制问题。

发明内容

为克服已有技术的不足，本发明的目的在于提供一种无需额外引入扰动信号、动态性能能够符合要求的新型的单相单级光伏逆变器MPPT控制算法，其包括：

S101、采样光伏电池的输出电流和输出电压，并计算出光伏电池的输出功率；

S102、通过高通滤波将所述输出电压和所述输出功率的直流分量分别滤除，以得到所述输出电压的交流分量和所述输出功率的交流分量；

S103、将所述输出电压的交流分量作为极值寻优控制的扰动量；

S104、将所述扰动量与所述输出功率的交流分量相乘，之后经过低通滤波和积分得到光伏电池的最大功率输出点的估计的工作电压；以及

S105、将所述扰动量再叠加于所述估计的工作电压上，然后返回到步骤S101反复进行，以保证光伏电池始终在最大功率输出点附近工作。

其中，在步骤S104中，所述扰动信号与所述输出功率的交流分量的乘积经过低通滤波和积分后，进一步经过补偿控制以加快收敛速度。

根据本发明的一个实施例，所述补偿控制为比例控制，其中比例系数根据系统动态性能要求进行整定。

根据本发明的一个实施例，所述比例系数为9.5。

根据本发明的一个实施例，所述高通滤波和所述低通滤波均采用二阶巴特沃斯滤波。

根据本发明的一个实施例，低通滤波的截止频率为10Hz，高通滤波的截止频率为50Hz。

根据本发明的一个实施例，所述交流分量是二次谐波分量。

根据本发明的一个实施例，所述二次谐波分量的频率为100Hz，幅度为所述工作电压的1－3％。