[发明专利]一种变步长MPPT控制方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏发电技术领域，具体地，涉及一种变步长MPPT控制方法。

背景技术

太阳能作为取之不尽用之不竭的可再生能源，太阳能的利用在当今世界范围内已受到高度重视。但是太阳能电池的功率输出是非线性的，而且环境变化对其电能的输出有很大的影响。最大功率点跟踪技术(Maximum Power Point Tracking)可以有效地解决传统光伏发电系统中的效率过低、成本过高的问题，充分发挥光伏组件的效能。

常见的MPPT控制方法包括固定电压法(CTV)、扰动观察法(P&O)、电导增量法(INC)等。固定电压法算法简单、稳定性高，但是系统跟踪精度差。扰动观察法对传感器精度要求不高，但稳定性较差，易造成系统能量丢失，而且跟踪步长不好确定。智能算法虽然有很好的控制效果，但是控制算法复杂，依赖历史经验，控制器的设计成本较高。电导增量法通过检测光伏电池两端的电压和输出电流，并根据功率对电压的变化率与输出电流、电压之间的关系完成最大功率点跟踪。当时，此时工作点在最大功率点的左侧，需要增大参考电压；当时，此时工作点在最大功率点处，需要保持参考电压不变；当时，此时工作点在最大功率点的右侧，需要减小参考电压。电导增量法对最大功率点的判断准确，震荡小，但同样存在着步长选择和误判问题。固定步长影响到最大功率点跟踪的控制效果，无法兼顾快速性和稳定性。现有的变步长控制方法提升了系统的快速跟踪能力和稳态效果，但设计难度和成本较高，通用性较差。

发明内容

本发明提供了一种变步长MPPT控制方法，解决了电导增量法的步长选择和外部环境突变时的误判问题，实现简单。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

变步长MPPT控制方法特征是：建立光伏电池模型以及升压电路模型，采集光伏电池的输出电压和输出电流值，通过判定参数H是否大于0来选择合适的步长方案，使工作点能快速稳定地靠近最大功率点，并且通过功率的变化来判定外界环境是否发生突变，给H赋值以选择合适的步长方案。

一种变步长MPPT控制方法，包括以下步骤：

步骤(1)：由MPPT控制电路建立光伏电池模型和升压电路模型，并在太阳能电池模型的基础上建立升压电路模型以实现最大功率点跟踪；

步骤(2)：获取光伏电池当前k-1时刻的输出电压U(k-1)和电流I(k-1)，然后在当前输出电压基础上增大一个电压分量ΔU，得出k时刻的电压U(k)和电流I(k)，计算出ΔU_k，ΔI_k；再增大一个电压分量ΔU，得出k+1时刻的电压U(k+1)和电流I(k+1)，以及计算得出ΔU_k+1，ΔI_k+1，ΔP；

步骤(3)：由传统的固定步长电导增量法建立并分析光伏电池板的P-U特性曲线，在最大功率点的斜率为0，有可知在最大功率点处，

当时，位于最大功率点左侧，需要增大参考电压保证系统向最大功率点靠近；

当时，位于最大功率点右侧，需要减小参考电压保证系统向最大功率点靠近；

在特性曲线左侧曲线右侧建立参数若H＞0，说明工作点运行在特性曲线单侧，仍未达到最大功率点，依旧使用大步长电导增量法搜寻最大功率点；反之，跟踪步长变小，计算并判断参数H是否大于0；

步骤(4)：若H＞0，依旧使用大步长电导增量法搜寻最大功率点，返回步骤(2)；若H≤0时，减小系统的跟踪步长，使之快速收缩到最大功率点附近，执行步骤(5)；

步骤(5)：若外部环境变化不明显，导致系统内部功率细微的变化，则输出H＝-1，返回步骤(2)；若外部环境发生突变，而且变化较大，导致ΔP较大，超过了预设的极限值limΔP，则输出H＝1，返回步骤(2)。

进一步，所述步骤(1)中，升压电路模型得到的方程为：U＝(1-D)U_dc；式中，D为升压电路中晶体管的占空比；U为太阳能电池输出电压；U_dc为升压电路瞬时输出电压。

进一步，所述步骤(2)中，ΔU_k＝U(k)-U(k-1)，ΔI_k＝I(k)-I(k-1)；ΔU_k+1＝U(k+1)-U(k)，ΔI_k+1＝I(k+1)-I(k)，ΔP＝U(k+1)I(k+1)-U(k)I(k)，均通过检测到的电流电压值计算得到。