一种基于负载跟踪响应的光伏组件MPPT控制方法与流程

本发明属于新能源，尤其涉及基于负载跟踪响应的光伏组件mppt控制方法。

背景技术：

1、对于新能源光伏场站中，由于各光伏组件所布置的空间位置不同，因此受环境温度、光照强度与外接负载的影响各不相同，为提高光伏组件的整体发电效率，光伏组件mppt控制是实现光伏组件最大功率输出的关键方法和重要手段。

2、目前常用的光伏组件mppt控制方法，可分为直接控制法、间接控制法、人工智能算法三种类型，其中，直接控制法包括扰动观察法、电导增量法、寄生电容法等，间接控制法包括恒电压跟踪、查表法、短路电流比例系数法等，人工智能算法包括神经网络控制法、模糊逻辑控制法、粒子群优化算法等。这些光伏组件mppt控制方法，都能够在一定程度下增加光伏组件的输出效率；然而这些方法未能考虑全局光伏组件mppt控制受外接负载影响的功率输出最优，不可避免存在光伏组件功率输出与负载匹配不佳的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了提供一种基于负载跟踪响应的光伏组件mppt控制方法，能有效解决常用光伏组件mppt控制方法存在光伏组件功率输出与负载响应匹配不佳的技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种基于负载跟踪响应的光伏组件mppt控制方法，它包括以下步骤：

4、步骤1：利用检测装置实时获取光伏组件支路的电压vsn、电流isn信息，以及负载支路的电压vrn与电流irn信息；

5、步骤2：将光伏组件支路的电压vsn、电流isn输入mppt控制器，利用mppt控制器计算光伏组件支路实时功率控制下的电导大小与电导变化量，并对光伏组件支路的电导与电导变化量进行大小比较，得到光伏组件跟踪后最大功率点对应的电压信号参考值；

6、步骤3：将光伏组件支路的电压信号参考值与负载支路的电压输入负载匹配控制器，负载匹配控制器对上述两者输入信息分别进行大小排序，并对光伏组件支路与负载支路进行成组匹配，再通过控制负载切换电路中连接各光伏组件支路的三极管切换开关，实现光伏组件支路与负载支路间的连接导通；

7、步骤4：利用数字控制器，采用电压外环与电流内环双闭环控制系统，对boost电路中的mosfet切换开关进行供电与控制，实现负载支路的跟踪响应；

8、步骤5：若负载支路上的负荷变化导致光伏组件支路跟踪后的最大功率点发生变化，则按照步骤2至步骤4，重新对光伏组件支路与负载支路之间进行成组优化匹配，并对负载支路进行控制跟踪响应，从而实现光伏组件mppt控制和负载跟踪响应。

9、在步骤1中，

10、光伏组件支路与负载支路间设置有负载切换电路和负载支路boost电路，光伏组件支路的正负极与负载切换电路的三极管切换开关q1n+～qnn+与q1n-～qnn-连接，负载支路与boost电路的mosfet切换开关s1～sn连接，实现光伏组件对负载的供电；

11、检测装置包含光伏组件支路正负极电压检测、光伏组件支路输出电流检测、负载支路电压检测、负载支路电流检测，上述的检测模块信号作为输入信号分别与光伏组件mppt控制器、负载匹配控制器、数字控制器连接。

12、在步骤2中，在获取各光伏组件支路的电压信号参考值时，将各光伏组件支路的电压vsn、电流isn信息输入到相应光伏组件mppt控制器中，通过实时比较光伏组件支路的电导变化量δcon＝δis/δus与电导con＝is/us之间的大小，得到各光伏组件跟踪后最大功率点对应的电压信号参考值vref1～vrefn；

13、具体的：

14、1)当-δcon<con时，则vref＝his(vref)+δv；

15、2)当-δcon>con时，则vref＝his(vref)-δv，其中vref表示一个控制周期内的电压参考值，his(vref)表示上一控制周期内得到的电压参考值，δv表示一个控制周期内的电压变化量；

16、3)当δcon＝0时，得到各光伏组件跟踪后最大功率点对应的电压信号参考值vref1～vrefn。

17、在步骤3中，在实现各光伏组件支路与各负载支路之间的成组匹配与连接导通时，根据步骤1检测得到的各负载支路电压vr1～vrn与步骤2得到的各光伏组件支路电压信号参考值vref1～vrefn，由负载匹配控制器分别对vr1～vrn与vref1～vrefn进行从大到小排序，两者大小排序后大小序号对应的光伏组件支路与负载支路进行成组匹配，再通过控制负载切换电路中连接各光伏组件支路的三极管切换开关q1n+～qnn+与q1n-～qnn-，要求切换开关qnn+与qnn-导通信号一致、切换开关qn1+～qnn+(qn1-～qnn-)只导通一个，保证一个光伏组件支路正负极唯一与一个负载支路正负极相连，实现光伏组件支路与负载支路间的匹配连接导通。

18、在步骤4中，数字控制器实现负载支路的跟踪响应的过程如下：

19、步骤4-1：数字控制器先根据步骤3中负载匹配控制器得到的光伏组件支路与负载支路成组匹配结果，将每一组匹配结果中对应光伏组件支路mppt控制器生成的电压信号参考值vref作为电压外环跟踪值，对应负载支路的电压值vr作为输入变量，两者比较得到电压误差信号ve；

20、步骤4-2：数字控制器将每一组电压误差信号ve送入电压控制器后得到电流参考值iref，并与对应负载支路检测装置测得的电流ir进行比较，得到电流误差值ie；

21、步骤4-3：数字控制器将每一组电流误差值ie送入电流控制器，得到对应输出控制通道的调制波；

22、步骤4-4：数字控制器将每一组输出控制通道的调制波调制后生成pwm开关信号，对对应负载支路boost电路中的mosfet切换开关进行供电与控制。

23、数字控制器采用电压外环、电流内环双闭环控制系统。

24、一种基于负载跟踪响应的光伏组件mppt控制电路，它包括光伏组件支路，光伏组件支路的输出端与负载切换电路的输入端连接，负载切换电路的输出端与负载支路boost电路的输入端连接，负载支路boost电路的输出端与负载支路的输入端连接；

25、数字控制器的控制端与负载支路boost电路的受控端连接，数字控制器的输入端与负载匹配控制器的输出端连接，负载匹配控制器的输入端与若干光伏组件mppt控制器的输出端连接。

26、光伏组件支路包括第一光伏组件支路、第二光伏组件支路，依此类推一直到第n光伏组件支路；负载切换电路包括第一光伏组件负载切换电路、第二光伏组件负载切换电路，依此类推一直到第n光伏组件负载切换电路，以及第一正负极连接小母线、第二正负极连接小母线，依此类推一直到第n正负极连接小母线；负载支路boost电路包括第一负载支路boost电路、第二负载支路boost电路，依此类推一直到第n负载支路boost电路；负载支路设有第一负载支路、第二负载支路，依次类推一直到第n负载支路；

27、光伏组件支路的任意第s支路，可以通过负载切换电路和负载支路boost电路，实现与负载支路的任意第r支路匹配连接导通；

28、其实现的电路结构如下：

29、第s光伏组件支路的输出端与第s负载切换电路的输入端连接，第s负载切换电路包括用于与光伏组件s01连接的正负极电路，在正负极电路之间并联有电容cs，在电容cs的两端并联有电源端电压检测模块s02v，在正负极电路之间串联有电源端电流检测模块s02i，正极电路设有n个三极管切换开关qs1+～qsn+(qs1+～qsn+的集电极均与第s光伏组件支路正极相连接，qs1+～qsn+的射极分别与第一～第n连接小母线正极相连接),负极电路设有n个三极管切换开关qs1-～qsn-(qs1-～qsn-的集电极均与第s光伏组件支路负极相连接，qs1-～qsn-的射极分别与第一～第n连接小母线负极相连接)；

30、通过负载匹配控制器控制第s负载切换电路中的三极管切换开关qs1+～qsn+与qs1-～qsn-，在保证qsn+与qsn-开关信号一致的前提下，使得只有qsr+与qsr-导通，其他开关均不导通，此时，第s光伏组件支路的正负极通过第s负载切换电路的正负极电路，与第r连接小母线正负极相连接；

31、第r连接小母线正负极电路与第r负载支路boost电路的正负极电路相连接，此时，第s光伏组件支路的正负极通过第s负载切换电路的正负极电路、第r连接小母线的正负极电路，与第r负载支路boost电路的正负极相连接；

32、第r负载支路boost电路的输出端与第r负载支路的输入端连接，第r负载支路boost电路包括用于与负载rr连接的正负极电路，在正负极电路之间并联有电容c’r，在电容c’r两端并联有负载端电压检测模块r03v，在正负极电路之间串联有二极管dr以及负载端电流检测模块r03i，在正负极电路之间设有mosfet切换开关sr(sr的栅极与数字控制器开关信号输出端连接，sr的源极、漏极分别与第r负载电路的正极、负极连接)，此时，第s光伏组件支路的正负极通过第s负载切换电路的正负极电路、第r连接小母线的正负极电路、第r负载支路boost电路的正负极电路，与第r负载支路的正负极相连接。

33、与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

34、发明建立了一种基于负载跟踪响应的光伏组件mppt控制方法，相比较现有mppt控制方法，通过对不同工作条件下的光伏组件支路与负载支路形成最优匹配，使光伏组件的最大功率点控制响应速度更快，提高整体光伏组件系统输出功率，适用于复杂多变的大规模光伏组件。