[发明专利]一种自适应扰动频率和步长的最大功率点跟踪方法

说明书

技术领域

本发明属新能源技术领域，涉及的是一种太阳能光伏电池的最大功率点跟踪方法，特别涉及一种自适应扰动频率和步长的最大功率点跟踪方法，即MPPT(Maximum Power Point Tracking)方法。

背景技术

世界范围内的能源危机和环境问题，使得太阳能光伏发电技术成为各国关注和研究的热点。

太阳能光伏电池是光伏发电系统的核心和关键部件，在特定光照和温度条件下的太阳能光伏电池输出电压u_PV和输出功率p_PV的典型关系曲线如附图1所示。根据附图1可知，相同的外部环境条件下，光伏电池输出功率与输出电压具有对应关系，为了最大程度发挥光伏电池的效用，最大程度提高光伏电池的发电量，增加光伏电池的产能，需要调整光伏电池输出端电压，使光伏电池的输出功率时刻保持在最大功率点(附图1中的M点)，即需要采用最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)技术。

目前常用的几种MPPT方法主要有：恒定电压法、电导增量法、扰动观察法等。扰动观察法是每隔一定的时间改变光伏阵列的输出电压，实时观察比较改变前后两点的输出功率值以改变调节电压的方向，最终稳定在最大功率点附近，由于扰动观察法算法简单、实现方便而广泛应用。扰动观察法实现MPPT时，扰动步长和扰动频率的选取极为关键，常规的扰动观察法采用固定的扰动步长和扰动频率，若步长过小，则使光伏电池长时间滞留在低功率输出去，若步长过大，又会使系统振荡加剧，特别是会增大稳态时的功率损失。这是由于光伏电池的输出电压要一直在最大功率点附近扰动，步长越大，扰动时偏离真正的最大功率点越远，引起的功率损失也会越大。为了解决该问题，研究工作者通常从改变扰动步长的角度来改善MPPT跟踪的精度和快速性，但很少从改变扰动频率的角度提出该问题的解决对策。

注意到，在基于扰动观察法的MPPT方法中，最关键问题是施加扰动后功率变化方向的准确获取，同时下一次扰动的施加需要在本次扰动达到稳态后再进行，否则会产生扰动方向的误判断。为了保证光伏电池的输出电压已经达到稳态后再施加下一次扰动，通常的做法是选取相对较长的MPPT周期，保证在一个MPPT周期结束时，输出电压已经达到稳态。然而对应不同的扰动步长，输出电压达到稳定的时间并不一样，因此，固定MPPT周期的方式无法使变扰动步长MPPT跟踪效果达到最优。

发明内容

本发明针对现有MPPT方法所存在的不足，提出一种自适应扰动频率和步长的最大功率点跟踪方法，能够克服常规扰动观察法、变步长扰动观察法的缺点，使光伏电池快速、稳定的跟踪到最大功率点。

为了达到上述目的和效果，本发明所提供的自适应扰动频率和步长的最大功率点跟踪方法采取以下步骤：

(1)检测太阳能电池的输出电压u_PV，电流i_PV；

(2)判断输入电压计数值N_UK是否大于输入电压计数值基准N_{UK_R}；

若N_UK≤N_{UK_R}，则转入步骤(3)；

若N_UK＞N_{UK_R}，则转入步骤(4)；

(3)判断太阳能电池输出电压u_PV与当前MPPT周期的光伏电池输出电压参考值u(k)的误差绝对值是否小于设定的电压误差参考值Δu_R；

若|u_PV-u(k)|＜Δu_R，则N_UK增1，结束；

若|u_PV-u(k)|≥Δu_R，则N_UK置为0，结束；

(4)根据光伏电池的输出电压u_PV、电流i_PV计算光伏电池的输出功率p_PV：

p_PV＝u_PVi_PV

同时使功率计算计数值N_P增1，然后计算光伏电池的当前输出功率p_PV与上一MPPT周期光伏电池平均输出功率P(k-1)的差值，并将该功率差值加入功率差值累加值Δp：

Δp＝Δp+p_PV-P(k-1)

(5)判断功率差值累加值的绝对值|Δp|是否大于功率差值参考值ΔP_R：