[发明专利]基于最终功率回馈的前级调压式太阳能MPPT系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能发电跟踪算法，具体地说是基于最终功率回馈的前级调压式太阳能MPPT系统及控制方法。 

背景技术

随着社会经济的快速发展，全球能源消耗量也逐年迅速增长，从而导致越来越严重的环境污染，推动了研究新能源的热潮。在目前的各种新能源中，太阳能因具有可再生、无污染、地域分布广等优点，受到人们的高度重视，所以太阳能发电作为一种非常有效的利用方式，也得到了迅速的发展。但在利用太阳能的过程中，仍存在着成本高、转换效率低、利用不便等问题。最大功率跟踪（Maximum Power Point Traeking，简称MPPT）技术能够有效提高太阳能的转换效率，使同一组太阳能电池能输出更大功率，从而改善太阳能发电中转换效率低的问题。 

目前常见的太阳能跟踪方法有许多种，如固定电压法、扰动观测法、增量导纳法、开路电压法、最优梯度法、滑模控制法、模糊控制法、电流单参量控制法等，其中最常用的是扰动观测法和增量导纳法。上述方法在单独使用时或多或少都存在一些缺陷，例如固定电压法和开路电压法不是真正意义上的最大功率跟踪算法，只是工作在较大功率点上；扰动观测法是在最大功率点附近震荡运行，也不是最大功率点，且在外界环境变化时可能出现跟踪错误的情况；增量导纳法要求测到的电流和电压精度较高，需要精度很高的传感器，实现较困难；其它方法也存在计算量大、工作点不稳定等问题。所以，有人提出了根据上述算法衍生出来的组合算法，即在算法中综合使用了多种跟踪方法，以达到更好的跟踪效果。 

但上述算法在跟踪最大功率点时，都是根据太阳能电池组直接输出的功率作为判断依据，而真正存储到储能设备中的能量或传输到电网中的能量是经过DC/DC转换后输出的能量，二者之间还存在DC/DC电路转换效率等问题，而该效率在不同的输入输出电压和电流时是变化的，所以上述算法得到的最大功率点并不是系统最终利用的最大功率点。 

另外，经过对一些现有算法的测试发现，最终对储能系统（如蓄电池组等）的充电功率会随着太阳能电池组的直接输出电压的增大而增大，而现有算法却没有考虑到这一点。 

发明内容 

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于最终功率回馈的前级调压式太阳能MPPT系统及控制方法，将太阳能电池组与充电负载之间的DC/DC电路转换效率因素和太阳能电池组的直接输出电压对输出功率的影响考虑到太阳能最大功率跟踪方法中，设计出一种基于最终功率回馈的前级调压式太阳能最大功率跟踪方法，进一步提高了太阳能电池的能量转换效率，提高了系统的发电能力。 

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：基于最终功率回馈的前级调压式太阳能MPPT系统，包括利用太阳能发电的太阳能电池组、用于调整太阳能电池组输出电压的DC-DC模块、用于存储电能的储能设备和用于控制DC-DC模块升压或降压系数的MCU模块，所述储能设备与DC-DC模块的输出端连接， MCU模块的输入端连接有用于检测太阳能电池组和DC-DC模块输出电压及电流的传感器，所述的太阳能电池组与DC-DC模块之间连接一个超级电容组，超级电容组的两端分别与太阳能电池组的正负极连接，用于检测超级电容组输出侧电压及电流的传感器与MCU模块连接。 

所述的基于最终功率回馈的前级调压式太阳能MPPT系统的控制方法，包括以下步骤： 

步骤1：初始化MCU模块的设置参数，设定MCU模块的控制程序要搜索的太阳能电池组输出电压的范围[Va,Vb]及搜索过程中电压变化量△V，设定DC-DC模块电路中的MOS管的控制信号PWM的频率变化范围[fa,fb]； 

步骤2：设定初始搜索电压Vc=Va，最大输出功率点电压Vmax，DC-DC最大输出电流Imax=0； 

步骤3：根据当前测得的超级电容组的电压，调整PWM信号的频率，从而改变DC-DC模块的输出电流，使超级电容组进行充电或放电，最终将其电压调整为Vc； 

步骤4：调整PWM信号的频率，找到此时DC-DC模块最大输出电流Im，若Im>Imax，则调整Imax和Vmax的设定值，使Imax=Im，Vmax=Vc； 

步骤5：修改搜索电压Vc，使其增加△V； 

步骤6：若Vc≤Vb则转到步骤3，否则进行下一步； 

步骤7：设定Vmax=Vc，根据当前测得的超级电容组的电压，调整PWM信号的频率，从而改变DC-DC模块的输出电流，使超级电容组进行充电或放电，最终将其电压调整为Vmax；