[发明专利]一种光伏电源结构及最大功率跟踪控制方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏发电技术领域，涉及一种光伏电源结构及最大功率点跟踪控制方法。

背景技术

能源是发展国民经济，提高人民生活水平的物质基础。随着经济社会的发展，传统化石能源日益减少，寻求新的能源来取代化石能源已成为能源发展的必然趋势。太阳能具有储量巨大，无需开采和运输，没有地域性限制等众多优点，因此在所有新能源发电中，太阳能发电地位突出，优势明显，具有重要的研究价值和广阔的应用前景。

光伏发电是太阳能发电的主导。在光伏发电系统中，如何使光伏系统获得最大功率，提高整个系统的输出效率至关重要。要使光伏系统获得最大功率，首先得控制每个光伏组件工作在最大功率点。扰动观察法是传统的最大功率点跟踪控制方法，需要同时用到电流传感器和电压传感器，还需要用到存储器来存储对上一时刻的数据进行存储，电路结构复杂，成本高。而且当光照强度很低时，还容易失效。

基于传统方案的不足，本发明提出一种光伏电源结构及最大功率跟踪控制方法。与扰动观察法相比，本方法只需要采样电压，电路结构简单，不需要电流传感器、存储器和微处理器，只需要简单的电路即可实现最大功率的跟踪控制,能大幅度降低成本。

发明内容

本发明提出了一种光伏电源结构及最大功率点跟踪控制方法，电路结构简单，成本低，能快速有效实现最大功率点的跟踪控制，大幅度降低成本。

发明的技术解决方案如下：

（1）A、B为型号相同的两光伏组件，它们工作于相邻位置，也可认为它们工作的外部环境相同，因此两组件的伏安特性曲线和最大功率点也大致相同。

（2）两BOOST电路输出端采用串联结构，输出电流I_out相等。光伏组件A的输出功率P_A=U_A*I_out，组件B的输出功率P_B=U_B*I_out，U_A和U_B分别为BOOST电路A和BOOST电路B的输出电压，因此比较光伏组件A、B的输出功率大小，只用比较U_A和U_B的大小。

（3）控制光伏组件A、B输出电流为一个较小差值△I。由光伏组件的功率-电流曲线知，最大功率点处有dP/dI=0，写成差分形式[P(I)-P(I+△I)]/△I=0，ΔI为一个较小值，当P(I)=P(I+ΔI)时，即认为光伏组件工作在最大功率点处。保持A、B两BOOST电路的占空比为D和D+△D，根据BOOST电路的输入与输出电流的关系I_in=I_out/D，A、B两光伏组件的输出电流分别为I_out/D和I_out/(D+ΔD)，A、B两组件电流差值△I=I_A-I_B=△D*I_out/[D(D+△D)]≈△D*I_out/D²,ΔD为一较小正值，因此△I也为一个较小正值。

（4）动态调节两BOOST电路的输出电压，使U_A=U_B，即光伏组件的工作在最大功率点。光伏组件A的输出电流始终比光伏组件B的输出电流大ΔI，因此组件A的工作点始终在组件B的右侧。对两BOOST电路的输出电压U_A和U_B进行采样，当U_A>U_B，此时A、B两组件同时工作在最大功率点的左侧，将它们的差值经PI调节器后，占空比D减小，光伏组件的输出电流增大，工作点向右移动，逐渐向峰值靠拢。当U_A<U_B，此时A、B两组件同时工作在最大功率点的左侧，将他们的差值经PI调节器后，占空比增大，光伏组件的输出电流减小，工作点向左移动，逐渐向峰值靠拢。最终，组件A工作在峰值右侧，组件B工作在峰值左侧，U_A=U_B，两光伏组件的输出功率相等，可认为光伏组件工作于最大功率点处。ΔD值的大小决定了ΔI值的大小，ΔI的大小决定了两光伏组件功率相等时与实际最大功率点的逼近程度。ΔD值越小，稳定工作时，光伏组件的工作点越接近于实际最大工作点，但相应的调节时间也越长。