[发明专利]一种基于模型辨识的光伏发电系统最大功率跟踪方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源电力与供电技术领域，具体涉及一种基于模型辨识的光伏发电系统最大功率跟踪方法。

背景技术

新能源特别是光伏的应用，已经受到全球各国政府的重视和扶植，大力推广光伏产业的普及与应用。随着应用的深入和技术的发展，全球专家都汇集到新能源电力特别是光伏发电的应用方式和技术方向。

光伏发电成本和效率一直是光伏产业推广和应用的关键共性问题，核心攻克点主要涉及两个环节，分别为太阳能电池组件光电转化率和光伏发电系统的能量转换效率，前者的转换率普遍偏低，就进入实际发电系统而言，转换效率最高的单晶硅太阳能电池的平均效率仅为17％，多晶硅太阳能电池转换率为16.4％，薄膜电池就更低了。这方面的提升主要是材料问题，因此从系统集成的角度而言，就要求提高从太阳能电池发出的直流电能转换成用户所用的交流电能过程效率，即提高光伏发电系统中的能量转换效率，而调节太阳能电池的工作状态，使其时刻工作在最大输出功率点上是解决该问题的有效途径。然而，在不同的光照强度和电池温度下，太阳能电池的最大输出功率(MPP)点是不相同的，为了得到最佳的能量利用效率，必须采取措施使电池的输出功率自动地跟踪气候条件等外部环境变化而变化，最大功率跟踪技术(MPPT)就是针对这一问题而提出的。国内外许多学者对光伏发电系统的MPPT作了深入地研究，如恒定电压法、直线近似法、扰动观察法、总量电导法、模糊法和综合法等一些MPPT方法已经被实现。

国际上对于光伏发电系统MPPT的研究始于2000年前后，并逐渐成为研究热点，相关研究部门主要集中于北美和欧洲，北美的研究主要有Sandia国家实验室，欧洲的主要集中于荷兰、丹麦和德国的高校以及民间的相关机构。

国外对光伏并网逆变系统的最大功率跟踪研究常用方法有：开路电压法，通常使用0.76倍的开路电压作为最大功率点电压。短路电流法，近似的认为工作在最大功率点的太阳能电池的输出电流与太阳能电池板的短路电流成线性关系，这个值大约在0.85左右，该方法动态响应快，而且现实起来并不复杂，其缺点是控制精度不高，总是低于实际的最大功率点。Nobuyoshi通过分析得出，在不同的光照强度下，输出电流与短路电流的线性系数不同，在照度值小于150W/m²时，线性系数在0.8到0.87之间变化，当照度值大于150W/m²时，线性系数在0.87到0.95之间变化。扰动观测法(Perturbation and observation method)通过有规律的增加和减少光伏电池的输出电压调整光伏系统工作点到最大功率点，当光照强度随时间变化不大时，该方法跟踪简单、容易实现，对传感器精度要求不高。但是光伏阵列在最大功率点附近振荡运行，导致一定功率损失，而且在太阳光照强度和环境温度急剧变化时，扰动观测法可能会跟踪失败。另外还有电导增量法也在光伏发电系统中广泛使用，通过比较光伏阵列的电导的增量和瞬时电导值来改变控制信号从而跟踪最大功率点。控制算法需要通过测量光伏阵列的输出电压、电流的变化量来确定。电导增量法控制精确，响应速度比较快。但是对硬件的要求特别是传感器的精度要求比较高，因而整个系统的硬件造价比较高，同时存在振荡和误判的缺陷。学者们提出了基于变步长的扰动观测法和电导增量法来有效地抑制了振荡的发生。此外，模糊理论也被应用到光伏最大功率跟踪当中。