[发明专利]用于功率系统的有动态功率限制的双采样最大功率点跟踪

说明书

一种用于操作PV系统(14)的方法，该系统(14)集成到连接至功率网(22)的功率系统(10)中，方法包括基于最大功率点跟踪(MPPT)算法(102)来确定对于PV系统(14)的电压操作点。如果PV系统(14)的可用功率输出可提供至功率网(22)，方法包括基于电压操作点(106)来操作PV系统(14)。如果PV系统(14)的最大可用功率输出不能提供至功率网(22)，方法包括向电压操作点施加电压阶跃，以使PV系统(14)的功率输出朝外部功率约束(108)来驱动。且公开一种连接到功率网的混合功率系统。

技术领域

本主题大体上涉及用于混合功率系统的最大功率点跟踪，且更特别地涉及用于带有动态功率限制的用于此类混合功率系统的光伏电池的双采样最大功率点跟踪的方法。

背景技术

诸如光伏(PV)电池的可再生功率源可集成到诸如风力涡轮的其它功率生成应用中，以形成混合功率系统。PV功率转换器接收低电压下的输入电流且产生较高电压下的输出电流，其可用来为系统生成补充功率。

此类功率系统可使用最大功率点跟踪(MPPT)算法来在所有状况下最大限度地增加功率提取。更特别地，PV电池具有特殊的非线性I/V曲线，且因此也具有非线性P/V曲线。图1中示出示例性P/V曲线。如示出的，P/V曲线的最大值与电池的最大功率点(MPP)一致。因此，PV电池仅在该操作点处工作时输送最大功率。由于变化的天气状况，MPP可快速移动，从而导致模块效率低下。由于MPP的动态特性，PV电池需要主动调整电气操作状况，以便保持最大功率输出。对于调整PV电池的操作状况的主要目标是跟踪电池的MPP，因此用语“最大功率点跟踪”通常用来描述该功能。

扰动及观察(PO)由于其容易实施，是此类功率系统中最通常使用的MPPT算法。在PO方法中，系统控制器少量地调整向PV阵列施加的电压且测量功率；如果功率增加，尝试在该方向上进一步调整，直到功率不再增加。因此，任何PO方法的组成部分是借助于PV功率转换器输出电压来施加的扰动(在该情况下为电压阶跃)的大小。

然而，PO方法具有一些限制，包括但不限于稳态操作中MPP周围的振荡、慢响应速度以及在快速变化的辐照度/大气状况下以错误的方式跟踪。此类限制通常转化为PV功率系统的最大功率输出的损失。另外，在一些情况下，PV系统必须与其它能源共存。因此，此类源之间的协调是不可避免的，典型地以子系统优先级和/或容量使用规则的形式。

双采样MPPT提供在动态大气状况下带有优良性能的改进的PO方法，其在两倍的更新时间后反应，以便选择正确的操作点。更特别地，如图2中示出的，操作点序列用来示出双采样MPPT算法如何工作。如示出的，在第一采样周期之后，该算法计算功率值和增量功率。这在PV功率转换器电压引发正增量阶跃之后引起PV电池在点A处操作。由于新的功率变化是负的，方向必须反转以便追求MPP。电压上的下一次降低将在时间段t₀至t₁之后将操作点带到B，然而，与电压阶跃的减小同时的突然的辐照度增加导致点C。重要的是注意，传统的MPPT解释是电压减小导致功率增加(即，ΔP₁是正的)，且当前操作点在目标MPP之后于曲线中向上移动。因而，再次需要电压上的降低。该判断是错误的，因为电压和辐照度的影响不能独立地判别和作用于。因而，双采样MPPT算法等待额外更新的功率值(例如，操作点D)且计算第二增量功率(例如，ΔP₂)。如果功率-电压曲线上的功率移动近似为线性的，可通过从ΔP₁中减去ΔP₂来估计仅由于电压阶跃造成的功率变化。对提高PV功率转换器输出电压的单独影响具有更好的近似允许更有效的MPP跟踪。更特别地，仍参照图2且假设影响是功率下降，在时间间隔t₀至t₂之后，先前的电压阶跃必须反转，使操作状况到点D的右边。如果辐照度继续拉高功率-电压曲线且同组计算继续进行，双采样MPPT算法将使操作点从E引向目标MPP。