[发明专利]一种基于SQP信赖域算法的光伏单峰MPPT方法

说明书

针对现有的事先给定步长因子的光伏单峰MPPT方法不能保证在多种运行条件下的适应性；而现有自适应步长因子的变步长MPPT方法中含有复杂的数学运算，会导致硬件成本较高的问题。本发明提出了一种基于SQP信赖域算法的光伏单峰MPPT方法，该方法利用SQP信赖域算法自适应地求取MPPT控制的步长因子，且方法中只包含四则运算，降低了方法的复杂程度和硬件成本。本发明能够低成本地实现光伏单峰MPPT控制，且具有较好的动态响应能力，提高了光伏发电的效率。

技术领域

本发明涉及太阳能光伏发电领域，特别是涉及一种基于SQP信赖域算法的光伏单峰MPPT方法。

背景技术

MPPT是提高光伏发电系统运行效率的常用方法。在局部阴影条件下，光伏阵列的P-U曲线可能呈现多峰值特性，按照是否具有应对多峰值问题的能力，光伏MPPT方法分为单峰MPPT方法和多峰MPPT方法两类。虽然在局部阴影条件下单峰MPPT方法可能会陷入局部功率极大值点而失效。然而，单峰MPPT方法仍具有十分重要的意义：一方面，多峰MPPT方法在搜索到全局最大功率点附近后，仍需依赖单峰MPPT方法实现最大功率点的局部跟踪；另一方面，微逆技术和模块化多电平换流器技术的发展也扩大了单峰MPPT方法的适用范围。

常用的扰动观察法和电导增量法采用定步长跟踪最大功率点，但这类方法存在步长选取的矛盾：选取大步长，能获得较好的动态响应能力，但会降低稳态运行效率；选取小步长，能提高稳态运行效率，但其动态响应能力会下降。为解决这一矛盾，主要有模糊逻辑控制和梯度法两种变步长方案。由于模糊逻辑控制需要进行模糊集、隶属函数形状以及控制规则表等设计环节，设计难度较大，因此目前相关研究主要集中于基于梯度法的变步长MPPT方法。

在梯度法中，下一步的步长由当前运行点输出功率对电压的导数乘上一个步长因子获得，其中步长因子是一个重要参数：步长因子过大会导致参考电压收敛很慢甚至不收敛，而步长因子过小则会使动态响应能力降低。选取步长因子的方法主要有事先设定和自适应两种。事先设定步长因子的方法应用较为简单，但由于光伏组件的P-U曲线会随着运行条件的改变而改变，因此事先设定的步长因子难以保证在各种运行条件下都能获得较好的性能；而自适应步长因子方法含有反三角函数等复杂的数学运算，可能会增大硬件成本。

发明内容

本发明提出了一种基于SQP(序列二次规划)信赖域算法的光伏单峰MPPT方法，以解决现有事先设定步长因子的变步长MPPT方法不能保证在多种运行条件下的适应性，而现有自适应步长因子的变步长MPPT方法又含有较为复杂的数学运算，会增大硬件成本的问题。

本发明的技术方案如下：

一种基于SQP信赖域算法的光伏单峰MPPT方法，包括以下步骤：

S1：初始化光伏阵列组件的电压U_ref⁽⁰⁾和信赖域半径r⁽⁰⁾，测量初始输出功率P⁽⁰⁾和输出功率P⁽⁰⁾对电压U_ref⁽⁰⁾的一阶导数g⁽⁰⁾；

S2：初始化输出功率P⁽⁰⁾对电压U_ref⁽⁰⁾的二阶导数B⁽⁰⁾，通过所述的输出功率对电压的一阶导数g⁽⁰⁾，所述的输出功率P⁽⁰⁾对电压U_ref⁽⁰⁾的二阶导数B⁽⁰⁾和所述的信赖域半径r⁽⁰⁾计算所述的初始电压试探步长d⁽⁰⁾，同时初始化迭代次数标记k＝1；

S3：更新所述的电压U_ref，再次测量当前所述的输出功率P；