[发明专利]一种局部阴影下新型自适应最大功率跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种应用于复杂遮阴条件下的新型自适应最大功率跟踪控制方法。传统变步长MPPT方法对均匀光照条件下的单峰值特性寻优问题取得了良好的效果，但其在处理多峰值寻优问题时可能会失效。针对上述情况，提出一种新型自适应变步长MPPT方法。首先建立部分遮阴情况下光伏阵列数学模型，然后根据最大功率点所在电压区间与开路电压和短路电流呈现出的特殊规律，将多峰值寻优问题转化为单峰值寻优问题。找到其所在区间后启用改进自适应算法搜索全局最大功率点，仿真结果表明该算法在无遮阴和部分遮阴情况下均能有效找到全局最大功率点。

技术领域

本发明涉及光伏发电领域，特别是涉及一种应用于局部阴影下的最大功率跟踪方法。

背景技术

随着社会的进步，太阳能发电已经成为我国电能的主要来源之一。与传统的化石能源相比，光伏发电作为一种无污染可再生新能源具有巨大的发展前景。然而，光伏电池的输出特性随外界环境变化呈明显的非线性，并且其光电转换效率非常低。因此，最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)技术已经成为人们研究的热点问题。

到目前为止，人们已经提出多种MPPT控制策略。经典的方法有恒定电压法、扰动观测法以及电导增量法等。其中电导增量法和扰动观测法是目前应用最为广泛的两种方法。传统定步长MPPT方法在步长选取时难以解决稳态精度与瞬态响应速度之间的矛盾。当选取的步长较大时，输出功率在MPP附近存在严重的振荡现象；当选取的步长较小时，其搜索到MPP所用的时间较长，动态响应速度差。因此梯度式变步长MPPT算法在光伏系统中的应用(陈亚爱，周京华，李津，等.梯度式变步长MPPT算法在光伏系统中的应用.中国电机工程学报，2014，34(19)：p.3156-3161.)提出梯度式变步长MPPT策略，该方法采用定电压斜率启动方式，将步长因子定义为前后两次功率差的比值，并且加入功率预测算法，动态性能与稳态性能都取得了良好的效果。然而，当光伏阵列发生遮阴情况时，其输出特性呈现多峰特性，此时上述MPPT方法在寻找全局最大功率点(Global Peak，GP)时可能会失效。局部阴影条件下最大功率点跟踪改进算法(孙博，梅军，郑建勇.局部阴影条件下最大功率点跟踪改进算法.电力自动化设备，2014，34(1)：p.115-119.)提出改进型电导增量法，利用开路电压和最大功率点电压之间的近似关系来寻找最大功率点，但是该方法要搜索所有可能出现局部极值点的电压区间才能找到MPP，因此其动态响应速度较慢。

为解决上述问题，本发明提出新型自适应MPPT算法，当检测到光伏阵列发生遮阴现象时，通过所提算法快速将工作点调整到最大功率点所在的电压区间，此时多峰值寻优转化为单峰值寻优问题，然后通过自适应变步长方法即可找到全局最大功率点。同时，为了避免光伏电池输出功率在最大功率点处振荡，在上述算法中加入扰动终止策略。在Matlab/Simulink中搭建仿真模型，仿真结果表明该算法在无遮阴和部分遮阴情况下均能有效找到全局最大功率点，并且能够有效防止光伏阵列输出功率在MPP处振荡，提高光伏电池输出效率。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有最大功率追踪控制方法的不足，提出了一种局部阴影下新型自适应最大功率追踪控制策略，能够在无遮阴和部分遮阴情况下均能有效找到全局最大功率点，并且能够有效防止光伏阵列输出功率在MPP处振荡，提高光伏电池输出效率。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种局部阴影下新型自适应最大功率追踪控制方法，包括以下步骤：

1)本发明所提出的新型最大功率点跟踪控制系统由光伏阵列、GPI搜索装置、AMPPT控制器、Boost升压电路以及恒定负载组成。光伏阵列的输出电流和输出电压经过测量装置作为GPI搜索装置的输入信号，GPI搜索装置的输出信号经过AMPPT控制器后通过调整DC-DC电路中功率开关管控制信号的占空比，来获取光伏阵列输出的最大功率点，从而实现最大功率控制。