[发明专利]一种基于功率预测的变步长扰动最大功率点跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏技术，尤其是光伏电池最大功率点跟踪技术领域。

背景技术

太阳能为绿色可再生能源，资源丰富、分布广泛，合理地利用光伏发电可以有效地缓解当前世界能源危机，减少不可再生能源的使用，保护环境。太阳能光伏发电由于不受能源资源、原材料和应用环境的限制，具有最广阔的发展前景，是各国最着力发展的可再生能源技术之一。光伏发电系统中，光伏电池的利用率除了与光伏电池的内部特性有关外，还受外界环境入光照强度、负载和温度等因素的影响。在不同的外界条件下，光伏电池可以工作于不同且唯一的最大功率点（MPP），最大限度地将光能转换为电能。实际的光伏电池输出特性会受到光照强度、环境温度和负载状态等外界因素的影响，所以通过调整光伏阵列的工作点使其运行于MPP的研究是光伏发电系统的关键控制技术之一。光伏电池的输出阻抗随外界条件的变化而变化，实质上，光伏电池的最大功率点跟踪（MPPT）过程就是通过控制使得光伏电池输出阻抗与负载阻抗等值相匹配的过程。

目前，针对最大功率点跟踪问题的研究成果相对较少。已提出的控制方法主要包括常用的MPPT方法主要有扰动观测法、增量电导法、恒压追踪法、智能控制方法等。扰动观测法因为计算简单，无需使用光伏电池模块的具体参数等优点得到了广泛使用，但是其跟踪速度较为缓慢，而且容易引起功率波动，在光照强度变化快的情况下会背离实际最大功率点变化方向，造成跟踪失败。增量电导法通过比较光伏阵列瞬间增加的电导来实现最大功率点跟踪。曲线拟合法是通过数学分析的方法找到最大功率点电流与光强成比例的电流之间的近似线性关系，但是只适用于温度变化不大的情况。智能控制方法，如神经网络控制方法，在光伏电池模块参数变化或外界环境变化时需要重新用新样本对神经网络进行反复训练和性能测试，不具有普遍使用性。

专利201110086187.8中提出了一种用于光伏并网发电的最大功率点跟踪控制方法，其跟踪控制是通过对占空比进行迭代，并在迭代过程中检测电压、计算改点的最大功率值，再利用黄金分割法计算最大占空比，该方法较为适用于光伏设备启动或重启时对最大功率点进行跟踪，但是当光伏电池外界环境改变时需要重新进行迭代，而且利用黄金分割法计算得到的最大占空比可能并不是当前条件下理想最大功率点所对应的占空比。专利201110112340.8中公开了一种太阳能电池最大功率跟踪方法，克服了在最大功率点上输出功率波动的缺点，但是在外界环境快速变化时，过程繁琐。专利201210022629.7中公开了一种用于实现光伏并网发电系统最大功率点跟踪的扰动观察法，克服了传统扰动观察法易造成直流母线电压崩溃以及光照较弱情况下无法正确跟踪最大功率点的缺点，但是步骤较多，时效性不强。

发明内容

鉴于现有技术的以上不足，本发明旨在提供一种基于功率预测的变步长扰动最大功率点跟踪方法，该控制方法是将功率预测方法与变步长方法结合，通过两种方法的双重功能进行光伏电池最大功率跟踪。该控制方法能够在外界环境大幅变化时克服误判和跟踪失败问题，而且能够有效地解决最大功率跟踪速度与精度之间存在的矛盾，快速跟踪到最大功率点，并保证实际电压跟随环境改变后的理论最大功率点电压。

本发明的目的通过如下手段来实现。

一种基于功率预测的变步长扰动最大功率点跟踪方法，将功率预测方法与变步长扰动观测法结合起来，实现光伏电池最大功率点的快速跟踪，包含以下步骤：

1）测量光伏电池模块输出电压U(k)与电流I(k)，计算功率P(k)，半个采样周期后测量光伏电池模块输出电压U(k+1/2)与电流I(k+1/2)，计算功率P(k+1/2)、P’(k)；

2）比较P(k)和P’(k-1)来判断当前工作点与最大功率点的位置，若P(k)–P’(k-1)＞0，则当前工作点位于最大功率点左侧；若P(k)–P’(k-1)<0，则当前工作点位于最大功率点右侧;若P(k)=P’(k-1)，则说明当前工作点即为最大功率点，本次不进行扰动控制；