[发明专利]光伏发电系统、其最大功率点跟踪方法和跟踪装置

说明书

技术领域

本发明属于太阳能光伏发电技术领域，具体涉及一种光伏发电系统的最大功率点跟踪方法和跟踪装置，以及由该跟踪装置控制的光伏发电系统。

背景技术

随着太阳能光伏发电的发展，运用独立运行和并网太阳能光伏发电系统分别在解决边远无电地区用电和在城市中缓解能源供应紧张的问题中发挥了重要的作用。不论是独立运行系统或并网光伏发电系统，如何利用有限的空间和面积，提高系统的效率，获得最大的能量就显得尤为重要。太阳能光电池昂贵的价格和较低的效率是制约太阳能光伏系统推广应用的主要原因。因此充分利用太阳能资源，提高光电池的使用效率，降低光伏发电技术成本，是一个重要研究课题。

太阳能光伏电池的输出功率受日照强度，太阳能光伏电池温度等因素的影响。当温度增加时，太阳能光伏电池的开路电压下降，短路电流稍有增加，最大输出功率减小；如图1所示，当日照强度增加时，太阳能光伏电池的开路电压变化不大，短路电流增加，最大输出功率增加。如图2所示，在一定的温度和日照强度下，太阳能光伏电池具有唯一的最大功率点，当太阳能电池工作在该点时，能输出当前温度和日照条件下的最大功率。

在太阳能光伏系统中，通常要求太阳能光伏电池的输出功率始终最大，即系统要能跟踪太阳光伏电池输出的最大功率，必须在太阳光伏电池和负载之间加入阻抗变换器，调节太阳能光伏电池的负载阻抗，进而改变工作电压，使改变后的等效输入阻抗与太阳能光伏电池输出阻抗相匹配，从而使太阳能光伏电池以最大功率输出，这就是所谓的太阳能光伏电池的最大功率点跟踪。

对太阳能光伏电池进行最大功率点跟踪过程中，工作电压的控制是通过升压电路完成的。当占空比D越大时，升压电路的输入阻抗就越小，占空比D越小时，升压电路的输入阻抗就越大。通过改变升压电路的占空比D，这是采用升压电路能够实现最大功率点跟踪的理论依据。

实验表明：最大功率点跟踪器可使光伏电池的输出功率提高15%-25%，大大提高光伏发电系统利用效率。

传统的最大功率点跟踪法，如扰动观察法、导纳增量法等，都需要使用光伏电池阵列的输出电流和输出电压作反馈信号，电压电流乘积得到功率参数，在通过功率的变化来判断电压扰动方向。申请号：CN201010106853.5的发明就公开了一种基于导纳增量法的最大功率点跟踪系统。这样的控制系统不仅使电路结构尤为复杂，制造成本也相对较高，并且对于类似汽车经常处于变换的复杂光照条件下最大功率点跟踪（MPPT）会经常失效。

发明内容

本发明的目的是解决现有的以功率的变化来调整光伏发电系统的最大功率点的方法存在电路结构复杂、制造成本高和复杂光照条件下MPPT控制会经常失效的问题，提供一种以电压的变化来调整光伏发电系统的最大功率点的方法。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种光伏发电系统的最大功率点跟踪方法，包括以下步骤：

S1）以第一步长D_ref为单位遍历光伏发电系统的脉冲宽度调制控制器的占空比D=[0，1]，检测与不同占空比对应的光伏发电系统输出功率P，获得该占空比范围内输出功率P的最大值P_max对应的占空比D_max1；

S2）以该占空比D_max1为起点，以第二步长D_step为占空比的扰动量的单位对脉冲宽度调制控制器的占空比施加扰动，令NDuty=pre_Duty﹢D_step，其中NDuty为当前占空比，pre_Duty为前一周期的占空比，第二步长D_step小于第一步长D_ref；

S3）计算施加扰动后占空比对应的光伏发电系统输出电压的差值diff_vfan，令diff_vfan=vfan－pre_vfan，其中vfan为当前周期占空比NDuty对应的光伏发电系统输出电压，pre_vfan为前一周期占空比pre_Duty对应的光伏发电系统输出电压；

S4）若diff_vfan≥0，则以第二步长D_step为单位控制脉冲宽度调制控制器的占空比增加，令NDuty=pre_Duty﹢D_step；

若diff_vfan<0，则以第二步长D_step为单位控制脉冲宽度调制控制器的占空比减小，令NDuty=pre_Duty－D_step。