[发明专利]一种复杂光伏阵列的最大功率点跟踪方法

说明书

本发明公开了一种复杂光伏阵列的最大功率点跟踪方法，步骤包括：在有阴影遮挡情况下获得光伏电池I‑V特性曲线，将曲线分解为多段抛物线模拟多点平抛运动；每段抛物曲线和质点平抛运动轨迹建立在同一坐标系中，将其分为三段，将横坐标电压V当作质点的运动时间，纵坐标电流I便是其在竖直方向上的位移，光伏电池的I‑V特性曲线看作质点从点(0,Isc)的位置做平抛运动的轨迹图，其初速度设为Vo，在质点的平抛运动轨迹中，假设存在三个不同的重力场g0＝0、g1、g2，三个重力场的分界点与I‑V特性曲线相同；通过推导得g1、g2公式，获得小球运动轨迹方程，即为光伏阵列模型每段的I‑V特性方程，最后再把每段得到的公式叠加；结合粒子群算法对多点平抛模型进行最大功率点跟踪，从而得到最大功率点。

技术领域

本发明涉及光伏阵列技术领域，特别是一种复杂光伏阵列的最大功率点跟踪方法。

背景技术

近些年来，太阳能发电作为新兴的绿色能源实现了快速发展，成为21世纪最具潜力的替代能源，实际应用中，光伏发电系统通常要求在安全、稳定的基础上利用光伏阵列向外输出最多的电量。所以必须实时调整系统的工作电压，使阵列在任意时刻都能工作在最大功率点处。这就要通过最大功率跟踪技术使阵列在任意时刻都能工作在最大功率点处。

目前，国内外对于最大功率点跟踪技术已经做了比较深入的理论、实验和仿真研究。数学模型法以光伏阵列的数学模型为基础建立等效电路模型，通过研究其输出特性曲线得出最大功率点电压在[0.75Voc,0.85Voc]区间内。扰动观察法通过周期性地给光伏阵列输出电压施加一定步长的扰动来改变输出电压，观察扰动之后输出功率变化来调节下一周期扰动的方向直到阵列输出最大功率。电导增量法通过比较光伏阵列的瞬时电导及其变化量来判断光伏阵列是否工作在最大功率点。随着科技的发展，一些智能算法(如模糊控制算法、神经网络算法) 与传统的MPPT算法结合，提高了跟踪进度与跟踪速度。但这些方法仅适用于单峰值的光伏阵列输出特性曲线。在实际应用中，由于环境等因素，光伏阵列受到的光照并不均匀，有些部分甚至会被遮挡，这就会产生光伏热斑，从而影响光伏系统的输出特性。此时组件的输出伏安特性曲面呈阶梯状，相应的功率电压曲线含有多个局域最大峰值。同时在光伏发电系统中，为了提高光伏电源输出的电压和功率，会对光伏电池进行串并联组成各种拓扑结构的光伏阵列。为此需要研究出一种适合复杂光伏阵列的最大功率点跟踪算法。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于多点平抛运动的光伏阵列热斑数学模型，可适用于热斑条件下复杂结构光伏阵列建模，并将模型与粒子群算法结合以达到最大功率点跟踪的复杂光伏阵列的最大功率点跟踪方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种复杂光伏阵列的最大功率点跟踪方法，步骤包括：

1)在有阴影遮挡情况下获得光伏电池I-V特性曲线，阴影的存在使光伏阵列的输出伏安特性曲线呈多段阶梯状，将曲线分解为多段抛物线模拟多点平抛运动，依次按照下述步骤推导出对应的方程；

2)每段抛物曲线和质点平抛运动轨迹建立在同一坐标系中，将其分为(0，xVm)，(xVm， Vm)，(Vm，Voc)三段，将横坐标电压V当作质点的运动时间，纵坐标电流I便是其在竖直方向上的位移，光伏电池的I-V特性曲线看作质点从点(0,Isc)的位置做平抛运动的轨迹图，其初速度设为Vo，在质点的平抛运动轨迹中，假设存在三个不同的重力场g0＝0，即质点做匀速直线运动、g1、g2，三个重力场的分界点与I-V特性曲线相同；

3)通过推导得g1、g2公式，获得小球运动轨迹方程，即为光伏阵列模型每段的I-V特性方程，最后再把每段得到的公式叠加；

4)结合粒子群算法对多点平抛模型进行最大功率点跟踪，从而得到最大功率点。

步骤3)由运动学理论推导出小球的运动轨迹方程为：