[发明专利]应用于多级式光伏并网发电系统的最大功率点追踪方法

权利要求书

1.应用于多级式光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1：对光伏阵列电压、直流母线电压、并网电流和电网电压进行采样；

步骤2：对多级式光伏并网发电系统进行建模，并分析得出系统的稳定性工作条件；

步骤3：对多级式光伏并网发电系统进行最大功率点跟踪。

2.根据权利要求1所述的应用于多级式光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法，其特征在于，所述的步骤2对多级式光伏并网发电系统进行建模，并分析得出系统的稳定性工作条件，具体按照以下步骤实施：

用可控直流电压源代表直流母线，控制其电压为母线电压给定V_dcref，将DC_DC变换器等效为理想的直流变压器，变压器变比满足由于V_PV随着光伏阵列的工作点而改变，所以变压器为可调变比的，将逆变并网部分直接等效为电流源；忽略防反充二极管的压降，电容C两端的电压与光伏阵列电压相等，以i_PV、i_C、i分别表示光伏阵列输出瞬时电流、直流滤波电容瞬时充电电流以及滤波电容后面部分电路的瞬时电流，V_PV表示光伏阵列输出瞬时电压，p_ref为给定瞬时并网功率，忽略并网无功功率的影响，以P₁和P₂分别表示变压器原边和副边的功率，P₁与P₂相等，P_dc表示直流母线的功率流动量，则：

ipv=ic+i=Cdvpvdt+p1vpv,]]>

∫tt+TPref=∫tt+T(P2+Pdc)=P2T+12CdcΔvdc2,]]>

其中，T为并网周期，Dv_dc为一个并网周期内母线电压的变化量，而母线电压经过控制以后波动非常小，可以忽略，得出：

P_ref=P₂=P₁，

ipv=ic+i=Cdvpvdt+prefvpv,]]>

结合光伏电池组件的工程数学模型I_z=f(I_ph,V)=I_ph-ε[exp(ξV_z)-1]与上式可以得到如下式表示的光伏并网发电系统动态模型，式中，

v·pv=IphC-ϵC[exp(ξvpv)-1]-prefCvpvvpv=vpv(0)+v·pv,]]>

其中，I_z为光伏组件输出电流，I_ph为电池组件的等效光生电流，V_z为光伏组件输出电压，ε=n_pI₀，n_p为并联电池单元数目，I₀为光伏电池内部等效二极管的P-N结反向饱和电流，ξ=q/n_ck_cTn_s，q为电子电荷量，n_c为二极管特性因子，k_c为波尔兹曼常数，T为光伏电池绝对温度，n_s为串联电池单元数目；

对于单相系统，p_ref中含有交流成分，描述为：

pref=p‾+p‾cos2ωgt,]]>

其中，为平均输出功率，ω_g为电网频率；

对于三相系统，p_ref中仅含有直流成分，用下式表示：

pref=p‾,]]>

直流滤波电容中储存一定的能量，且存在：

p_pv=p_ref+i_cv_pv，

由以上对多级式光伏并网发电系统的建模，定性分析得出稳定性规律：在光伏阵列P-V曲线最大功率点左侧，如果对给定功率p_ref一个正扰动，则光伏阵列电压V_PV下降，光伏阵列输出功率p_pv下降，如果连续施加正扰动，则阵列电压会持续向左移动导致系统崩溃；如果对给定功率p_ref一个负扰动，则光伏阵列的电压V_PV上升，光伏阵列输出功率p_pv上升，如果持续施加负扰动，则阵列电压会持续向右移动直到进入最大功率点右侧区域；在最大功率点右侧，对给定功率p_ref一个正扰动，则光伏阵列电压V_PV下降，光伏阵列输出功率p_pv上升，连续施加正扰动会使阵列电压持续向左运动，输出功率不断上升，直至越过最大功率点进入左侧区域；所以对于多级式光伏并网发电系统，不管是三相还是单相，光伏阵列的稳定工作点都在包括最大功率点在内的右侧区域，最大功率点左侧区域为非稳定工作区；在非稳定区域时通过减小并网逆变器输出功率改变光伏阵列输出电压的运动轨迹，从而使其进入稳定工作区。

3.根据权利要求1所述的应用于多级式光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法，其特征在于，所述的步骤3对多级式光伏并网发电系统进行最大功率点跟踪，具体按照以下步骤实施：

利用DC_DC变换器实现母线稳压控制，选用Boost电路，采用母线电压外环加电感电流内环控制，外环采用PI控制器，内环采用P控制器，利用并网逆变器实现最大功率点跟踪，在光伏阵列电压稳定工作时以一定步长给并网功率值施加一个正扰动信号，若光伏阵列电压下降速率逐渐减小并再次趋于稳定，则证明光伏阵列输出电压位于最大输出功率点电压右侧，此时继续给并网功率施加正扰动；若阵列电压下降速率逐渐增大，电压值无法稳定，则证明光伏阵列工作点在最大功率点左侧，此时对并网功率施加负扰动，使光伏阵列工作电压恢复至最大功率点电压右侧，稳定后继续以一定步长给并网功率施加正扰动使光伏阵列工作电压点趋于最大功率点电压；在光伏阵列输出电压变化过程中，不对并网功率进行改变。