[发明专利]一种基于并网功率波动的线性外推MPPT方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏并网逆变器最大功率点跟踪(MPPT)技术领域，具体涉及一种基于并网功率波动的线性外推MPPT方法。

背景技术

上个世纪以来，随着石油、煤炭和天然气为代表的化石能源的逐渐消耗以及化石能源燃烧，造成环境问题日趋严峻，世界能源结构由以化石能源为主导向大力发展非化石能源的转变势在必行。

我国作为一个资源大国，同时也是世界上最大的发展中国家，能源结构的优化还有很长的路要走。根据最新的资料显示，2013年中国一次能源生产总量34亿吨标煤，居世界第一，其中煤炭产量占世界的47.5％，石油产量占5％，天然气产量占3.2％，非化石能源产量占15.3％，电力装机占24.5％，非化石能源消费占能源消费总量的9.8％，非化石能源装机总量占电力装机总量的30.9％，目前，风电并网容量累计达到8123万千瓦，位列世界前茅，光伏发电增长强劲，装机容量达到2242万千瓦。

国家主席习近平在APEC工商领导人峰会的演讲中，以及APEC第二十二次领导人非正式会议上的开幕辞里，两次提及“能源革命”，并将其与科技革命、产业革命并列为新一轮全球性的“革命”。中美发布的“气候变化和清洁能源合作的联合声明”，宣布了中国在2020年之后的气候变化行动。这是中国首次正式提出温室气体排放峰值将于2030年左右到来，并提出非化石能源占一次能源消费比例从2020年的15％提升到2030年20％左右。

光伏发电作为非化石能源的重要组成部分，具有其独特的优势条件。首先，太阳能资源储量巨大。太阳照射地球的功率达80万千瓦/每秒，假如将地球表面0.1％的太阳能转为电能，转换效率5％，则每年发电量可达5.6×1012kWh，相当于全球能耗的40倍。其次，太阳能发电系统不受地域、海拔等因素的限制，并且太阳能光伏发电本身不排放包括温室气体和其他废气在内的任何物质，无需燃料、无噪声，属于真正绿色可再生能源。此外光伏发电还可以很容易地与建筑物相结合，组成光伏、建筑一体化发电系统，无需单独占地，节省了宝贵的土地资源。

光伏并网系统是光伏发电系统的重要组成部分，单相多级式光伏并网逆变器系统结构简单、灵活易用，在光伏发电应用中占有重要地位。它的输出端与电网连接，负责将光伏电池组件产生的不稳定的直流电能转化为稳定的交流电能，送至电网。如图1所示，光伏组件产生的电能经DC/DC直流-直流调压后再经直流母线电容C_DC以及DC/AC直流交流逆变器转换为交流电能，与电网连接，将电能传输至电网。

转换效率的提高，是光伏并网逆变器设计最重要的目的之一。光伏组件的输出特性曲线具有非线性特征，受到光照强度、环境温度、湿度、地域和负载等情况影响，如图2所示。而MPPT的工作就是在光伏并网逆变器的输入端，在外界条件不断变化的影响下，通过改变光伏组件两端的电压，调整其工作点，使光伏组件始终以最大的功率向逆变器输送，在源头上提高光伏并网逆变器的效率。因而MPPT是光伏发电系统的关键技术之一，具有非常重要的意义。

通常采用的MPPT方法包括固定步长跟踪法、扰动观察法、电导增量法、智能MPPT控制法等。其中扰动观察法是使用最广泛的一种MPPT方法。该方法算法简单，对传感器精度要求不高，但却带有一些缺点，包括：稳态工作时工作点振荡，造成功率损失；人为施加扰动，若外界环境剧烈变化，会导致系统误判，造成功率损失，甚至于发生电压崩溃。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于并网功率波动的线性外推MPPT方法，与传统扰动观察法相比，没有人为施加扰动的环节，提高了MPPT的跟踪速度、精度。

本发明所采用的技术方案是：一种基于并网功率波动的线性外推MPPT方法，计算光伏组件输出功率P_PV，将嵌入式处理器产生的并网电网同步2倍频信号u_G2与计算得到的含有100Hz波动影响的光伏组件输出功率P_PV在一个或数个2倍工频周期(0.01秒)内进行积分，根据结果判断当前工作点与最大功率点的位置关系，通过线性外推法得到下一步光伏组件两端电压的指令值，调整光伏组件的工作点使其向最大功率点移动，实现最大功率点跟踪。

具体包括以下步骤：