一种串联光伏组件最大功率点跟踪方法

摘要

一种串联光伏组件最大功率点跟踪方法，包括：以开路电压为起始电压全局扫描；根据旁路二极管导通时串联光伏组件输出电压把多峰P-U曲线划分为单峰P-U区间；无旁路二极管导通P-U曲线为单峰区间；引入公式ΔU(n)＝N*ln|-dI(n+1)/dU(n+1)/[I(n+1)/U(n+1)]|，在各个单峰的0.4倍到0.98倍P-U区间计算得到ΔU(n)关于串联光伏组件输出电压U的直线方程值为0时电压值U₀，以U₀为起始电压ΔU(n)为步长电压值采用增量电导法跟踪MPP；通过比较得到全局MPP和工作电压。本发明既能保证串联光伏组件跟踪MPP的快速性和准确性，又能保证减少电路功率震荡和损耗。

主权项

一种串联光伏组件最大功率点跟踪方法，其特征是串联光伏组件的每个光伏组件两端反向并联有一个旁路二极管，串联光伏组件在受到局部遮挡时旁路二极管会发生导通，旁路二极管导通时串联光伏组件输出电压值U_D为串联光伏组件输出功率‑电压(P‑U)曲线波谷电压值，根据U_D把串联光伏组件受到局部遮挡时的多峰P‑U曲线划分为多个单峰P‑U区间，在划分的各个单峰P‑U区间引入自适应变步长电压公式，如公式(1)所示，$\Delta U\left(n\right)=N*ln|-\frac{dI(n+1)/dU(n+1)}{I(n+1)/U(n+1)}|---\left(1\right)$其中，dU(n+1)＝U(n+1)‑U(n)                     (2)dI(n+1)＝I(n+1)‑I(n)                     (3)公式(1)‑(3)中，ΔU(n)表示步长电压，N为正数，表示步长因子，其大小和数量级由实际情况确定，ln表示以e为底的对数，U(n+1)、I(n+1)分别表示当前时刻的采样电压值和采样电流值dU(n+1)、dI(n+1)分别表示当前时刻采样电压值和采样电流值的导数，U(n)、I(n)分别表示前一时刻的采样电压值和采样电流值，n＝1，2，3...；公式(1)的步长电压值在各个单峰P‑U区间的最大功率点处为0，且在划分的各个单峰P‑U区间的0.4倍到0.98倍P‑U区间，公式(1)的步长电压值ΔU(n)关于串联光伏组件输出电压U的曲线可看做一条直线，通过计算得到直线方程值为0时串联光伏组件的输出电压值U₀，以U₀为起始电压值公式(1)的值为步长电压值，在各个P‑U单峰区间采用增量电导法进行最大功率点跟踪(MPPT)，最终得到全局最大功率点P_gmax和P_gmax处的工作电压值U_m；串联光伏组件不受局部遮挡时旁路二极管不导通，P‑U曲线只有一个单峰区间，根据所述串联光伏组件受到局部遮挡时在划分的单峰P‑U区间的MPPT方法得到P_gmax和U_m；在具体操作时包括以下步骤：I.在控制器设定光伏组件两端反向并联的旁路二极管导通电压阈值U_ref；II.以串联光伏组件的开路电压U_oc为起始电压，以小步长电压u为步长电压，在[0，U_oc]区间进行快速全局电压扫描，同时检测每个旁路二极管两端输出电压U_d；III.检测到U_ref＝U_d时所述旁路二极管导通，在控制器采样存储整个串联光伏组件的输出电压值，依次记为V₁，V₂，...，V_m，其中m不大于整个串联光伏组件中所有反向并联的旁路二极管个数减1；IV.根据所述电压值V₁，V₂，...，V_m，在串联光伏组件P‑U曲线的[0，U_oc]区间划分P‑U单峰区间依次为[V₁，U_oc]，[V₂，V₁]，...，[0，V_m]；V.在所述划分的各个单峰P‑U区间引入自适应变步长电压公式(1)，在所述划分的各个P‑U单峰区间的0.4倍到0.98倍P‑U区间[V₁+0.4*(U_oc‑V₁)，0.98*U_oc]、[0.4*(V₁‑V₂)，0.98*V₁]、...、[0.4*V_m，0.98*V_m]，分别以0.98*U_oc、0.98*V₁、...、0.98*V_m为起始电压u为步长电压向电压减小方向进行三次电压电流采样，得到采样输出电压值U(1)、U(2)、U(3)和对应时刻的采样输出电流值I(1)、I(2)、I(3)，结合公式(1)‑(3)，计算得到公式(1)的步长电压值关于串联光伏组件输出电压U的直线方程表达式为0时的电压值U₀，如公式(4)所示，$U_0=\frac{U\left(2\right)\Delta U\left(1\right)-U\left(1\right)\Delta U\left(2\right)}{\Delta U\left(2\right)-\Delta U\left(1\right)}---\left(4\right)$VI.在所述划分的各个单峰P‑U区间以U₀为起始电压以公式(1)的值为步长电压值采用增量电导法进行MPPT，跟踪得到各个单峰P‑U区间的最大功率点P_lmax，取各个P_lmax中的最大值作为到全局最大功率点P_gmax；VII.若检测到所述的旁路二极管均不导通，则所述划分的单峰P‑U区间为[0，U_oc]，按照所述的串联光伏组件受到局部遮挡时在划分的各个单峰P‑U区间进行的MPPT步骤得到P_gmax；VIII.在控制器设置P_gmax对应的输出电压U_m为串联光伏组件的工作电压值。