一种多路输入光伏逆变系统的独立mppt跟踪方法
【专利摘要】本发明涉及一种多路输入光伏逆变系统的独立MPPT跟踪方法，通过选择各路光伏输入支路中电压给定最大的光伏输入支路由后级逆变电路完成MPPT跟踪，其余各路光伏输入支路分别由Boost电路完成该路光伏输入支路的MPPT跟踪，进而实现每一路光伏输入支路都工作在最大功率点，提高光伏系统的效率最大化利用。
【专利说明】
一种多路输入光伏逆变系统的独立MPPT跟踪方法
技术领域
[0001]本发明涉及多路输入光伏逆变系统的独立控制方法，特别是一种多路输入光伏逆变系统的独立MPPT跟踪方法。
【背景技术】
[0002]随着太阳能的广泛应用，对于光伏极板功率的利用率要求越来越高。现有的光伏应用，一般配置有多个光伏极板，全部光伏极板作为一路光伏输入，采用同一最大功率点跟踪，通过一级或两级电路实现逆变器并网。如果不同光伏极板的特性相差基本一致，采光调节也相近时，各路的最大功率点电压偏差不大，将全部光伏极板作为同一路输入或用同一个最大功率点电压进行跟踪，对光伏系统的输出功率的影响不大，整体效率相对较高。但在实际应用中，往往由于不同的光伏极板之间光照强度、角度以及老化程度等参数存在差异，这种情况下不同的光伏极板的最大功率点电压不同，此时若仍然将全部光伏极板以同一路或者同一个最大功率点电压进行跟踪，势必会造成MPPT跟踪效率低的情况。为了实现光伏输出功率的最大化，希望各路光伏输入支路能独立工作，并且各自拥有独立的MPPT控制。
[0003]对于单路两级光伏并网系统，一般的控制方法是当光伏MPPT跟踪电压给定低于逆变需求的最小母线电压时，通过Boost电路进行升压保证逆变波形不失真。当光伏高于这个最小的逆变需求母线电压时不进行Boost电路升压而转旁路工作，由后级逆变电路进行MPPT跟踪。根据上述的控制方法，当光伏输入开路电压低于母线电压给定时，全范围由Boost电路进行MPPT跟踪；当光伏输入开路电压高于母线电压给定且光伏输入电压给定低于最小母线电压给定时，电压较低时由Boost电路工作进行MPPT跟踪，电压较高时Boost电路不升压转旁路，由后级逆变电路进行MPPT跟踪；当光伏输入开路电压和光伏输入电压给定且光伏输入电压给定均高于母线电压给定时，全范围Boost电路不升压转旁路由后级逆变电路进行MPPT跟踪，采用上述控制方法能实现单路两级光伏并网系统不同情况全范围的MPPT跟踪。
[0004]对于多路两级光伏并网系统，当每一光伏输入支路电压都较低时由Boost电路进行MPPT跟踪时，或有且仅有一路光伏输入支路的Boost电路不升压走旁路由后级逆变电路进行MPPT跟踪时，可以沿用如上的控制方法;但当出现两路或多路的光伏输入支路需要由后级逆变电路进行MPPT跟踪时，如果沿用如上的控制方法，势必存在某些路光伏输入支路的工作点偏离自己最大功率点较远的可能性，无法正常跟踪到每一路光伏输入支路的MPPT电压。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种多路输入光伏逆变系统的独立MPPT控制方法，以克服现有技术中存在的多路输入光伏逆变系统，且各路光伏输入支路之间的最大功率点电压偏差较大的问题。
[0006]为实现上述目的，本发明的技术方案是:一种多路输入光伏逆变系统的独立MPPT跟踪方法，提供一多路输入光伏逆变系统，该多路输入光伏逆变系统包括:η路光伏输入支路以及一逆变电路;所述光伏输入支路包括依次相连的光伏板组串以及Boost电路;η路Boost电路输出端同极性并联，并连接至所述逆变电路的直流输入端，所述逆变电路的交流输出端连接至负载或电网;所述MPPT跟踪方法按照如下步骤实现:
步骤SI:获取每路光伏输入支路的MPPT跟踪电压给定值Upvref 1、Upvref2至Upvrefn中的电压给定最大值Upvrefmax，其中，n为大于I的整数；
步骤S2:判断所述电压给定最大值Upvrefmax是否大于预设电压参考值Uref，若否，则控制每路Boost电路进行升压，对光伏输入支路进行MPPT跟踪；否则，则所述电压给定最大值Upvrefmax对应的光伏输入支路的Boost电路不进行升压，使旁路导通，并控制所述逆变电路对该光伏输入支路MPPT跟踪，除该光伏输入支路外，控制每路Boost电路进行升压，对光伏输入支路进行MPPT跟踪。
[0007]相较于现有技术，本发明具有以下有益效果:本发明所提出的一种多路输入光伏逆变系统的独立MPPT控制方法，通过选择各路光伏输入支路中电压给定最大的光伏输入支路由后级逆变电路完成MPPT跟踪，其余各路光伏输入支路分别由Boost电路完成该路光伏输入支路的MPPT跟踪，进而实现每一路光伏输入支路都工作在最大功率点，提高光伏系统的效率最大化利用。
【附图说明】
[0008]图1为本发明实施例的多路输入光伏逆变系统结构图。
[0009]图2为本发明实施例获取每一光伏输入支路的MPPT跟踪电压给定Upvrefl，Upvref2...，Upvrefn中的电压给定最大值Upvrefmax的流程图。
[0010]图3为本发明实施例Boost电路实现对应光伏输入支路的MPPT跟踪的具体实现方法示意图。
[0011]图4为本发明实施例逆变电路实现所述逆变电路输出电流与电网电压同频同相的具体实现方法示意图。
[0012]图5为本发明实施例中两路输入光伏逆变系统的电气连接图。
[0013]图6(a)为本发明实施例一中两路光伏输入支路的电压给定情况。
[0014]图6(b)为本发明实施例二中两路光伏输入支路的电压给定情况。
[0015]图6(c)为本发明实施例三中两路光伏输入支路的电压给定情况。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
[0017]本发明一种多路输入光伏逆变系统的独立MPPT跟踪方法，多路输入光伏逆变系统如图1所示，包括相互独立的η路光伏输入支路以及一逆变电路;每一光伏输入支路包括一Boost电路，以及与Boost电路的输入端电气连接的光伏板组串；全部Boost电路的输出端同极性并联电气连接逆变电路的直流输入端，逆变电路的交流输出端连接负载或电网。其中，当光伏输入电压较低时，Boost电路将光伏输入电压升压到母线电压参考值同时实现MPPT跟踪；当光伏输入电压较高时，使Boost电路关闭，实现将光伏输入电压旁路导通。逆变电路实现Boost电路旁路导通的光伏输入支路的MPPT跟踪，同时实现直流母线电压的稳定以及系统输出电流与电网电压的同频同相。
[0018]在本实施例中，多路输入光伏逆变系统还包括控制单元(图中未画出)，该控制单元可采集每一光伏输入支路的电流和电压信号，并根据采集到的信号进行计算处理分别控制系统中每一 BOOST电路和逆变电路的运行，且优选地，控制单元可以是DSP或单片机等微处理器。
[0019]进一步的，在本实施例中，独立MPPT跟踪方法包括以下步骤:
获取每一光伏输入支路的MPPT跟踪电压给定值Upvref I，Upvref2...，Upvrefn中的电压给定最大值Upvrefmax，其中，n为大于I的整数；
判断电压给定最大值Upvrefmax是否大于预设的电压参考值Uref，若否，则控制每一个Boost电路进行升压实现对应光伏输入支路的MPPT跟踪；若是，则使电压给定最大值Upvrefmax对应的光伏输入支路的Boost电路不进行升压实现旁路导通，控制使逆变电路实现电压给定最大值Upvrefmax对应的光伏输入支路的MPPT跟踪，除电压给定最大值Upvrefmax对应的光伏输入支路外，控制每一Boost电路实现对应光伏输入支路的MPPT跟足示O
[0020]进一步的，在本实施例中，预设的电压参考值Uref不小于逆变电路需求的最小母线电压Ubusmin。
[0021]进一步的，在本实施例中，获取每一光伏输入支路的MPPT跟踪电压给Upvrefl，Upvref2...，Upvrefn中的电压给定最大值Upvrefmax，具体实现方法如下:
首先，创建数组Α={ Α[1]，Α[2]，...，A[n] }，数组B={ B[1]，B[2]，...Β[η]}，令A[I]=Upvrefl，A[2]=Upvref2，...，A[n]=Upvrefn;
其次，逐个判断A[1]，A[2]，...，A[n]与预设的电压参考值Uref的大小，当A[i]_Uref < 0,B[i] =0，当A[i]- Uref >0，B[i] =i ;也即，数组A中每一个元素都与预设电压参考值比较，假定数组4中有6个元素，仅有4[2]4[5]大于预设值，那么8={0，2，0，0，5，0}。
[0022]再次，由A[l]开始逐个比较数组A中A[i]与A[i+1]的大小，如果A[ i] >A[i+l ]，则交换A[i]和A[i+1]，同时交换B[i]与B[i+1];否则保持A[i]和A[i+l]，B[i]与B[i+1]不变，直到比较完A[n-1]与A[n]。
[0023]经如上比较，A[n]即为数组A的电压给定最大值，即为Upvrefmax，对应的光伏输入支路即为B[n]，如果Β[η] = 0，则说明每一光伏输入支路均由Boost电路进行MPPT跟踪，否则存在某一光伏输入支路对应的Boost电路不进行升压走旁路，由逆变电路实现该路光伏输入支路的MPPT跟踪。
[0024]进一步的，图3、图4分别给出了Boost电路实现对应光伏输入支路的MPPT跟踪的具体实现方法和逆变电路实现逆变电路输出电流与电网电压同频同相的具体实现方法示意图。
[0025]进一步的，在本实施例中，每路Boost电路实现对应光伏输入支路的MPPT跟踪的具体实现方法如图3所示:将光伏输入电压Upv和电流Ipv，经一MPPT控制产生电压给定Upvref，将电压给定Upvref减去当前电压Upv，将获得的差值经第一控制器调节输出第一电流参考值Ipvr，将第一电流参考值Ipvr减去当前电流Ipv经第二控制器控制输出占空比给第一 PffM发生器产生驱动信号驱动Boost电路运行。
[0026]进一步的，在本实施例中，逆变电路实现逆变电路输出电流与电网电压同频同相的具体实现方法如图4所示:母线电压给定Ubusref减去当前母线电压Ubus，将获得的差值经第三控制器控制输出第二电流参考值Ibusr，将所得的第二电流参考值Ibusr与获取的电网相位相乘后产生并网电流参考值Ir，将并网电流参考值与实际电网电流Ig相减后依次经第四控制器、第二 PWM发生器产生驱动信号驱动逆变电路运行。
[0027]其中，母线电压给定Ubusref为Upvref1+Δ Ul、Upvref2+AU2、...、Upvrefn +AUn、Ubusmin中的最大值，其中，AUl、AU2...Δ Un分别为对应Boost电路输出和输入的最小电压差。当存在某一路光伏输入支路对应的Boost电路不升压走旁路时，该路光伏输入支路的电压给定为Upvref 1+Δ Ul、Upvref2+AU2、...、Upvrefn + Δ Un、Ubusmin中的最大值，控制使母线电压给定Ubusref为该路光伏输入支路的MPPT跟踪电压给定，可实现由逆变电路实现该路光伏输入支路的MPPT跟踪。
[0028]进一步的，在本实施例中，以两路输入为例，逆变电路采用全桥逆变电路，系统框图如图5所示。两路输入的光伏逆变系统的电压给定分别为Upvrefl、Upvref2，二者电压给定存在以下三种情况，三种情况对应的具体实施例分别如下:
实施例一:全部光伏输入支路的电压给定均低于预设的电压参考值Uref:
两路输入的MPPT跟踪电压给定Upvrefl、Upvref2均低于预设的电压参考值Uref，如图6(a)所示，其中预设的电压参考值Uref >最小母线电压给定Ubusmin，此时数组A= {Upvref 1、Upvref 2 }，数组B={0，O }，此时不论哪路光伏输入支路为电压给定最大值Upvrefmax，对应的光伏输入支路B[2]中的值均为0，即两路光伏输入支路均由Boost电路实现MPPT跟踪。
[0029]实施例二:有且仅有某一光伏输入支路的电压给定高于预设的电压参考值Uref: 其一光伏输入支路的MPPT跟踪电压给定Upvrefl大于预设的电压参考值Uref (同样预设的电压参考值Uref 2最小母线电压给定Ubusmin)，另一光伏输入支路的MPPT跟踪电压给定Upvref2低于预设的电压参考值Uref，如图6(b)所示，此时数组A={ Upvref 1、Upvref2},数组B={1,0}，经过如上比较交换后，数组A={ Upvref2、Upvref 1}，数组B={0，1}，电压给定最大值Upvrefmax=Upvren，对应的光伏输入支路B[2]=l，不为0，则第一路光伏输入支路对应的Boost电路不升压实现旁路导通由后级逆变电路进行MPPT跟踪，而第二路光伏输入支路由Boost电路进彳丁MPPT跟足示。
[0030]实施例三，至少有两路光伏输入支路的电压给定高于预设的电压参考值Uref: 两路光伏输入支路的MPPT跟踪电压给定Upvrefl、Upvref2均大于预设的电压参考值
Uref (同样预设的电压参考值Uref >最小母线电压给定Ubusmin)，如图6(c)所示，此时数组A= { UpvrefUUpvref2}，数组B={1,2}，假定UpvrefI>Upvref2，经过如上比较交换后，数组A= { Upvref2、Upvref I},数组B={2，I}，电压给定最大值Upvrefmax=Upvref I，对应的光伏输入支路B[2]=l，不为0，则第一路光伏输入支路对应的Boost电路不升压实现旁路导通由后级逆变电路进行MPPT跟踪，而第二路光伏输入支路仍由Boost电路进行MPPT跟踪；
如上分析可知，本实施例中的多路输入光伏逆变系统的独立MPPT跟踪方法，对每一光伏输入支路进行独立的MPPT跟踪，实现效率最大化，适用两路输入支路光伏逆变系统的不同情况。对于支路多于两路的系统，其电压给定也可分为以上三种情况，通过以上对两路输入支路光伏逆变系统不同情况的说明，可以清楚的理解多路输入光伏逆变系统控制方法。
[0031]以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种多路输入光伏逆变系统的独立MPPT跟踪方法，其特征在于，提供一多路输入光伏逆变系统，该多路输入光伏逆变系统包括:η路光伏输入支路以及一逆变电路;所述光伏输入支路包括依次相连的光伏板组串以及Boost电路;η路Boost电路输出端同极性并联，并连接至所述逆变电路的直流输入端，所述逆变电路的交流输出端连接至负载或电网；所述独立MPPT跟踪方法按照如下步骤实现: 步骤SI:获取每路光伏输入支路的MPPT跟踪电压给定值Upvref 1、Upvref2至Upvrefn中的电压给定最大值Upvrefmax，其中，n为大于I的整数； 步骤S2:判断所述电压给定最大值Upvrefmax是否大于预设电压参考值Uref，若否，贝Ij控制每路Boost电路进行升压，对光伏输入支路进行MPPT跟踪；否则，则控制所述电压给定最大值Upvrefmax对应的光伏输入支路的Boost电路不进行升压，并控制所述逆变电路对该光伏输入支路MPPT跟踪，除该光伏输入支路外，控制每路Boost电路进行升压，对光伏输入支路进行MPPT跟踪。2.根据权利要求1所述的一种多路输入光伏逆变系统的独立MPPT跟踪方法，其特征在于，所述步骤SI包括如下步骤: 步骤 Sll:建立数组 Α={ Α[1]，Α[2]，...，A[n] }，数组 B={ B[1]，B[2]，...Β[η]}，令A[I]=Upvrefl，A[2]=Upvref2，...，A[n]=Upvrefn; 步骤S12:依次判断A[l]至A[n]与所述预设电压参考值Uref的大小，且当A[i]_ Uref <O 时，令 B[i] =0;当 A[i]_ Uref>0，令 B[i] =i ； 步骤S13:从A[l]开始，逐个比较所述数组A中A[i]与A[i + 1]的大小；若A[i]>A[i+l]，则交换A[i]和A[i+1]，且同时交换B[i]与B[i+1];否则，保持A[i]与A[i+1]，且B[i]与B[i+I]不变，直到完成A[n-1]与A[n]的比较，并将A[n]对应的值作为电压给定最大值Upvrefmaxο3.根据权利要求1所述的一种多路输入光伏逆变系统的独立MPPT跟踪方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述控制每路Boost电路进行升压，对光伏输入支路进行MPPT跟踪按照如下方式实现:将光伏板组串的输入光伏输入电压Upv以及光伏输入电流Ipv，输入至一MPPT控制单元产生电压给定值Upvref;将所述电压给定值Upvref与所述光伏输入电压Upv相减，经第一控制器调节输出第一电流参考值Ipvr，并将该第一电流参考值Ipvr与所述光伏输入电流Ipv相减，所得差值输入至一第二控制器;所述第二控制器输出占空比至第一PWM发生器，产生驱动信号驱动对应的Boost电路进行升压。4.根据权利要求1所述的一种多路输入光伏逆变系统的独立MPPT跟踪方法，其特征在于，所述逆变电路用于控制所述逆变电路的输出电流与电网电压同频同相。5.根据权利要求4所述的一种多路输入光伏逆变系统的独立MPPT跟踪方法，其特征在于，所述逆变电路控制所述逆变电路的输出电流与电网电压同频同相按照如下方式实现:将一母线电压给定值Ubusref与当前母线电压Ubus相减，并将差值传输至一第三控制器，输出第二电流参考值Ibusr;将该第二电流参考值Ibusr与电网相位相乘后产生并网电流参考值Ir;将该并网电流参考值Ir与实际电网电流Ig相减后，经一第四控制器以及一第二 PffM发生器产生驱动信号驱动所述逆变电路。6.根据权利要求5所述的一种多路输入光伏逆变系统的独立MPPT跟踪方法，其特征在于，所述母线电压给定值Ubusref取Upvref 1+Δ Ul、Upvref2+AU2、...、Upvrefn + ΔUn、Ubusmin中的最大值，其中，AUl、AU2，...，Δ Un分别对应为每路Boost电路输出与输入的最小电压差。7.根据权利要求6所述的一种多路输入光伏逆变系统的独立MPPT跟踪方法，其特征在于，所述预设电压参考值Uref不小于所述逆变电路的最小母线电压Ubusmin。
【文档编号】H02J3/38GK105871324SQ201610217697
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】张发展, 张蓬勃, 曾立钊, 宋辉淇
【申请人】厦门科华恒盛股份有限公司