[发明专利]基于功率闭环扫描的光伏阵列多峰值最大功率点跟踪方法

说明书

技术领域

本发明属于电气工程领域的光伏发电技术，具体涉及一种光伏发电系统中光伏阵列在光照不均条件下的最大功率点跟踪控制(MPPT—Maximum Power Point Tracking)方法。

背景技术

太阳能作为一种可再生能源，具有分布广泛、可持续、无污染的优点。光伏发电技术是有效利用太阳能资源的基本途径之一。目前，包括光伏并网在内的各种光伏发电技术已经受到了各国政府的大力支持。

虽然光伏发电技术具有良好的应用前景，但其作为一种较新的技术，还面临着诸多有待解决的问题，其中之一便是光伏阵列阴影遮蔽问题。引起阴影遮蔽问题的原因有，光伏电池或光伏组件本身输出特性的不一致、工程安装时光伏电池的朝向与倾角不同、建筑物局部遮挡和积尘覆盖等。当光伏阵列受阴影遮蔽时，光伏阵列的输出特性曲线将表现出多峰值特点，此时很难使光伏阵列工作在全局最大功率点，光伏发电系统的运行效率显著下降；据统计，由阴影遮蔽导致的光伏阵列效率下降可高达15％以上。光伏阵列最大功率点跟踪控制是提高光伏阵列发电效率的基本途径，在无阴影遮蔽的正常情况下，光伏阵列的输出特性曲线为单峰值曲线，此时比较容易找到系统的最大功率点。

近期，常用的单峰值最大功率点跟踪方法主要包括扰动观测法、电导增量法、恒定电压法和滞环比较法等。这些方法主要适用于单峰值条件下光伏系统的最大功率点跟踪，对于由阴影遮蔽导致的多峰值情形，现有的单峰值最大功率点跟踪方法很难适应。因此，设计能够同时适用于单峰值和多峰值情形的最大功率点跟踪方法具有突出的工程意义。

目前，多峰值条件下最大功率点的跟踪控制方法已经成为光伏发电技术的研究热点问题，这既有学术论文对此做了深入的理论分析，也有实际应用的工程方法，如发明专利申请《光伏阵列多峰最大功率点跟踪方法》(CN103123514A)和《局部阴影下光伏阵列全局最大功率点快速寻优方法》(CN103324239A)。其中，

中国发明专利申请公开说明书CN103123514A于2013年5月29日公开的《光伏阵列多峰最大功率点跟踪方法》，是先根据无阴影时光伏阵列的开路电压和短路电流初步选取全局最大功率点(MPP)所在山峰；再以无阴影时光伏阵列最大功率点的电压与串联光伏组件数量之比值为基准，选取最大功率跟踪(MPPT)搜索步长，分别搜索左右两侧的MPP，直至搜索到某个MPP，其对应的输出功率值大于其左右两侧的MPP输出功率值，即认为该MPP为全局MPP；最后维持光伏阵列运行于全局MPP，并实时监测运行条件的变化，若运行条件变化，则重启多峰MPPT策略。但是，该跟踪方法存在着以下的不足：

1)实现过程需要依赖于光伏阵列的众多信息：无阴影时的光伏阵列开路电压、短路电流、光伏阵列中的组件类型、组件串联个数等，具体详见其步骤1所述，此缺陷决定了该方法的环境适应性不强；

2)采用电压闭环控制实现光伏阵列输出功率曲线的扫描，必须通过逐点扫描才能确定最大功率点的位置，导致了动态扫描的过程过于缓慢；

3)该方法中的局部搜索采用的是“扰动观测法”和“电导增量法”，这两种方法存在着动态过程误判、稳态跟踪过程小范围振荡问题，致使其动态的稳定性和稳态的精确性不高；

4)该方法的基本思路如2003年IEEE文献“A Study on a Two Stage Maximum Power Point Tracking Control of a Photovoltaic System under Partially Shaded Insolation Conditions”(“局部遮挡情况下光伏系统的一种两阶段最大功率跟踪方法研究”——2003年IEEE能源学会全体会议论文集)所述，其在部分情形下会做出误判，即“选择全局MPP的存在的范围”的依据不是普遍适应的，判断的结果有时是错误的；

5)没有给出环境动态变化的检测、MPPT方法重启的判断条件，即算法不完备。

中国发明专利申请公开说明书CN103324239A于2013年9月25日公开的《局部阴影下光伏阵列全局最大功率点快速寻优方法》采用的是“修正果蝇算法”实现全局搜索、“改进黄金分隔法”完成局部搜索。其存在的主要不足点包括：

1)采用的全局搜索策略——“修正果蝇算法”与“PSO算法”相似，都是一种进化算法，其虽有着在多维空间寻优时，具有收敛速度快的优点，但面对光伏阵列P-V曲线的极值搜索问题，其快速性表现不明显，同时“修正果蝇算法”的搜索性能依赖于初始工作点的选择，存在着不能收敛到全局最大功率点的情形；