一种光伏阵列局部遮挡下最大功率点跟踪方法技术

本发明专利技术公开了一种光伏阵列局部遮挡下最大功率点跟踪方法，该方法避免因扫描P-V曲线引起的功率损耗，对局部遮挡下的光伏阵列进行建模分析；在MPPT方法中引入约束条件，智能判断搜索区间的收缩方向和收缩大小：根据P-V特性曲线，在搜索区间中取三点大致描述P-V特性曲线的走势，如若判断大致走势为山顶图，则最大功率点出现在搜索区间中部，需自外向内双边收缩共计1/2的区间范围；反之，则最大功率点出现在搜索区间两端，通过计算两端各三点功率之和，准确把握单边收缩方向，避免陷入局部最大功率点；本发明专利技术提出单边收缩和双边收缩相结合的MPPT方法，通过智能调节收缩速率，避免陷入局部最大功率点，保证全局最大功率点跟踪精准度的同时，提高跟踪速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光伏阵列最大功率点跟踪方法，具体是一种光伏阵列局部遮挡下最大 功率点跟踪方法。
技术介绍
最大功率点跟踪技术（MPPT)是一种通过调节电路模块的工作电压，使光伏阵列 输出更多电能的关键技术。由于它能够实时侦测光伏阵列的输出电压，并快速跟踪最大功 率点，使系统以最高的效率输出电能，因此，其研究受到了广泛的重视。迄今已提出了许多 经典的MPPT方法，如恒定电压法、扰动观察法（Perturb and Observe，简称P&0)、导纳增量 法（Incremental Conductance，简称IncCond)等，以及其他改进方法。然而由于光伏系统 使用环境的复杂性，常常存在光照被局部遮挡的情况，从而导致光伏电池的输出功率曲线 存在如图1所示的多峰特性。用传统的MPPT技术处理多峰效应时，往往会陷入局部最大功 率点而难于达到跟踪最大功率点的目的。为此，局部遮挡下的最大功率点跟踪问题的研究 正在得到广泛的关注。 纵观现有研究，一般可分为两种方法：一是依靠扫描一定比例的光伏阵列输出特 性曲线求得最大功率点，二是采取基于人工智能的复杂MPPT方法，如粒子群优化、遗传算 法、差分进化算法、模糊逻辑控制等。前者易于陷入局部最大功率点，且功率损耗较大，对 MPPT技术中全局最大功率点（Global Maximum Power Point，简称GMPP)的跟踪精度和跟踪 速度之间的问题解决尚未达到满意的地步；而后者以牺牲计算成本为代价，控制过程复杂， 响应时间长，对硬件的要求高。这些方法在处理局部遮挡的问题时，由于特定对象的控制总 是复杂多变的，均存在经验值不具备代表性及高昂的计算成本限制了跟踪速度等问题。 针对光伏系统存在的光照局部遮挡的情况，近年来人们开展了大量的研究并取 得了一定的进展。Kobayashi 在文南犬"A study of a two stage maximum power point tracking control of a photovoltaic system under partially shaded insolation conditions"（Solar energy materials and solar cells，90(18)，2006)提出通过比较Rpm 与Rpv两个变量的大小，以判断所追踪的最大功率点是否为全局最大功率点，该方法能解决 大部分传统最大功率点跟踪方法容易陷入局部最大功率点，而不能到达全局最大功率点的 问题。但是，遇到特殊情况时，如全局最大功率点在Rpm的左侧，那么该方法失效。 为确保MPPT方法适应各种情况，Patel在文献"Maximum power point tracking scheme for PV systems operating under partially shaded conditions" （IEEE Transactions on Industrial Electronics，55(4)，2008)中根据在全局最大功率点任 一侧的局部最大功率点一直在减小的特点，提出基于爬山法的遮挡情况下MPPT的控制 方法。但是，该方法自初始电压V。= V。一85 %开始扫描P-V曲线，对遮挡强度敏感，需 要经历50 %以上的扫描才能获得全局最大功率点。Kazmi在文献"An improved and very efficient MPPT controller for PV systems subjected to rapidly varying atmospheric conditions and partial shading'，（in Australasian Universities Power Engineering Conference, 2009)提出通过控制测量电压和电流的占空比，计算出最佳电 压和电流来确定最大功率点的方法；Koutroulis在文献"A new technique for tracking the global maximum power point of PV arrays operating under partial-shading conditions"(IEEE Journal of Photovoltaics，2(2)，2012)提出在宽电压范围内扫描，控 制占空比依次绘制功率点，直到得到一个最大功率点的方法。上述三种方法，都是通过扫描 P-V曲线来得到最大值，虽然能够找到最大功率点，但其功率损耗较大，同时影响跟踪速度。 为避免扫描P-V曲线引起的功率损耗，Nguyen在文献"A global maximum power point tracking scheme employing DIRECT search algorithm for photovoltaic systems"（IEEE Transactions on Industrial Electronics，57 (10)，2010)提出分割矩 阵和爬山法相结合的最大功率点跟踪方法，通过判断两电压值是否落在相同峰值电压范围 内，来判定是否继续分割，但是在分割时，分割步长较小时，跟踪速度较低；分割步长较大 时该方法同样不能保证全局最大功率点的选取，在遮挡情况复杂时可能会陷入局部最大 功率点。Agrawal 在文南犬 "Golden section search (GSS) algorithm for Maximum Power Point Tracking in photovoltaic system'， （in2012IEEE 5th India International Conference on Power Electronics, 2012)提出采用黄金分割法搜索最大功率点，该方法 认为可按照黄金分割的比例系数单边缩小扫描范围，逼近最大功率点。同年，Ramaprabha 在文献"Maximum power point tracking of partially shaded solar PV system using modified Fibonacci search method with fuzzy controller'， （International Journal of Electrical Power&Energy Systems，43(l)，2012)提出基于斐波那契序列的最大功 率点跟踪，采用斐波那契序列中相邻两数之差作为系数，单边缩小扫描范围。由于Jaya Agrawal和Ramaprabha采用单边缩小扫描范围的方法确定全局最大功率点，当光照强度复 杂度上升时，一旦在前期错过全局最大功率点，那么后期就难以弥补。所以，上述两种方法 在处理两个以上局部最大功率点值相近的情况时，同样不能保证全局最大功率点的跟踪。 因此，在减少扫描P-V曲线以减少功率损耗的基础上，提高全局最大功率点的跟 踪精准度和跟踪速度构成了一对矛盾，同时也成为本专利技术的解决重点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种在局部遮挡下，减 少功率损耗和保证全局最大功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏阵列局部遮挡下最大功率点跟踪方法，其特征在于包括以下步骤：步骤①：光伏系统启动后，调节DC_DC电路占空比为0，采样光伏阵列开路电压Vr，设定第k次区间[Vleft_in(k),Vright_in(k)]，Vleft_in(k)、Vright_in(k)分别表示区间左、右端点输出电压值，令k＝0，则第0次区间数值为[0,Vr]；步骤②：计算区间范围△V＝Vright_in(k)‑Vleft_in(k)；步骤③：对区间范围△V进行条件判断：A)若满足△V>0.01，调节DC_DC电路占空比，采样光伏阵列输出电压和输出电流：当光伏阵列输出电压满足Vl(k)＝[Vleft_in(k)+Vright_in(k)]/4，记录此时输出电流Il(k)；当光伏阵列输出电压满足Vm(k)＝[Vleft_in(k)+Vright_in(k)]/2，记录此时输出电流Im(k)；当光伏阵列输出电压满足Vr(k)＝[Vleft_in(k)+Vright_in(k)]×3/4，记录此时输出电流Ir(k)；Vl(k)、Vm(k)、Vr(k)表示第k次采样的输出电压，Il(k)、Im(k)、Ir(k)表示第k次采样的输出电流，分别对应上述输出电压；计算第k次采样时，3点功率值P(k)＝V(k)×I(k)，并进行条件判断：a)若同时满足Pm(k)>Pl(k)和Pm(k)>Pr(k)，则记录当前最大功率点Pbest(k)为Pm(k)，同时更新区间[Vleft_in(k+1),Vright_in(k+1)]，数值为[Vl(k),Vr(k)]；采样次数k＝k+1，返回步骤②；b)若不能同时满足Pm(k)>Pl(k)和Pm(k)>Pr(k)，调节DC_DC电路占空比，采样光伏阵列输出电压和输出电流：当光伏阵列输出电压满足Vl_a(k)＝[Vleft_in(k)+Vl(k)]/2，记录此时输出电流Il_a(k)；当光伏阵列输出电压满足Vl_b(k)＝[Vl(k)+Vm(k)]/2，记录此时输出电流Il_b(k)；当光伏阵列输出电压满足Vr_a(k)＝[Vm(k)+Vr(k)]/2，记录此时输出电流Ir_a(k)；当光伏阵列输出电压满足Vr_b(k)＝[Vr(k)+Vright_in(k)]/2，记录此时输出电流Ir_b(k)；Vl_a(k)、Vl_b(k)、Vr_a(k)、Vr_b(k)表示第k次采样的输出电压，Il_a(k)、Il_b(k)、Ir_a(k)、Ir_b(k)表示第k次采样的输出电流，分别对应上述输出电压；计算第k次采样时，4点功率值P(k)＝V(k)×I(k)，并进行条件判断：i.若满足Pl_a(k)+Pl(k)+Pl_b(k)>Pr_a(k)+Pr(k)+Pr_b(k)，则记录当前最大功率点Pbest(k)为Pl(k)，同时更新区间[Vleft_in(k+1),Vright_in(k+1)]，数值为[Vleft_in(k),Vr(k)]；采样次数k＝k+1，返回步骤②；ii.若不满足Pl_a(k)+Pl(k)+Pl_b(k)>Pr_a(k)+Pr(k)+Pr_b(k)，则记录当前最大功率点Pbest(k)为Pr(k)，同时更新区间[Vleft_in(k+1),Vright_in(k+1)]，数值为[Vl(k),Vright_in(k)]；采样次数k＝k+1，返回步骤②；B)若不满足△V>0.01，得到输出电压V(k)＝[Vleft_in(k)+Vright_in(k)]/2，所对应的输出功率即为最大功率点，实现最大功率点跟踪。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：夏银水，寇彦宏，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33