[实用新型]一种变步长光伏最大功率跟踪硬件系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及光伏发电技术领域，特别是涉及变步长光伏最大功率跟 踪硬件系统。

背景技术

太阳能光伏发电是太阳能利用的一种重要形式，是采用太阳电池将光能 转换成电能的发电方式，而且随着技术不断进步，光伏电池是最具发展前景 的发电技术之一。太阳电池的基本原理为半导体的光伏效应，即在太阳光照 射下产生光电压现象。1954年美国贝尔实验室首次实用新型了以PN结为基本 结构的具有使用价值的晶体硅太阳电池，从此太阳能电池首先在太空技术中 得到广泛应用，现在开始逐步在地面得到推广应用。太阳能光伏发电由于不 受能源资源、原材料和应用环境的限制，具有最广阔的发展前景，是各国最 着力发展的可再生能源技术之一，是未来世界和电力的主要来源。

在光伏发电系统中，光伏电池的利用率除了与光伏电池的内部特性有关 外，还受使用环境如光照强度、负载和温度等因素的影响。在不同的外界条 件下，光伏电池可运行在不同且唯一的最大功率点(MaximumPowerPoint， MPP)上。为了尽可能地提高光伏发电的能量转换效率，使光伏电池在应用环 境不断变化的情况下，一直保持最大功率输出，光伏发电系统 MPPT(MaximumPowerPointTracking，最大功率跟踪)技术应运而生。通过最 大功率跟踪，可以实现光伏电池输出功率最大化，极大提高光伏电池的利用 效率。因此，针对于光伏最大功率跟踪控制技术的研究已成为光伏发电领域 的热点之一。

寻找一种新型最大功率跟踪系统及方法，使其同时满足最大功率点跟踪 时的快速性和准确性要求，并且满足光照或者温度条件剧烈变化时的跟踪要 求，是现代光伏发展要求对最大功率跟踪控制方法的要求。经对现有技术文 献的检索发现，(一种新型的最大功率跟踪算法及其硬件实现，中国专利号： CN201410504089.5)提出了一种最大功率跟踪方法，它通过采样测量当前太 阳能电池板开路电压和蓄电池电压，在不同的情况下输出不同曲线，通过比 较电流采样单元实时采样输出电流,获得太阳能电池板最大功率点，且不受光 照、温度、阴影遮挡等环境因素限制。但是采样过程复杂，不便于应用于各 种环境中。为了提高最大功率跟踪方法进行最大功率点跟踪时的快速性和准 确性，本实用新型在传统定步长最大功率跟踪方法的基础上提出了变步长最 大功率跟踪方法。同时，我们引入了确保最大功率跟踪方法收敛性的可变比 例系数，能随着跟踪过程而改变，这个比例系数的选择确保了系统能取得良 好的动态响应和稳定性能。本实用新型能快速、准确地跟踪系统变化，快速 到达新的稳态工作点，具有较好动态响应特性。在光伏发电系统的设计中， 具有重要的理论意义和实用价值。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对光伏发电系统，提出了一种基于电导增量法 (IncrementalConductance，INC)的新型变步长最大功率跟踪硬件系统。

本实用新型的变步长光伏最大功率跟踪硬件系统由光伏阵列、检测装置、 升压电路、DSP控制器、负载组成，检测装置包括电流互感器和电压互感器。 升压电路输入端与光伏阵列连接，输出端与负载连接，检测装置装载在光伏 阵列的输出端，将电流电压检测结果传递给DSP控制器，DSP控制器根据检 测结果控制升压电路的工作，实现光伏系统最大功率跟踪控制。

传统的INC方法通常采用一个固定的迭代步长来进行最大功率点跟踪。 然而这种定步长的电导增量法存在明显缺陷：若步长较小，会使光伏电池较 长时间滞留在低功率输出区域；若步长过大，又会加剧系统震荡。传统的INC 方法只能兼顾二者要求，在动态响应性能和最大功率跟踪稳态震荡中取得一 个折中效果。为了提高电导增量法进行最大功率点跟踪时的快速性和准确性， 在INC方法的基础上提出了变步长的方案。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和技术效果：本实用新型结 构简单，容易实现，通过检测装置(电流互感器和电压互感器)、升压电路， 在远离最大功率点区域，利用DSP控制器跟踪的步长适度变大，以提高最大 功率跟踪速度；而在最大功率点附近区域，系统跟踪的步长适当变小，以提 高最大功率跟踪精度。

附图说明

图1是光伏最大功率跟踪硬件系统框图。

图2是实例中光伏系统P-V特性曲线以及阈值函数(C)曲线图。

图3是实例中变步长INC方法控制流程图。