[发明专利]一种基于MPP电压规律与梯度寻优的光伏MPPT控制方法

说明书

本发明提供一种基于MPP电压规律与梯度寻优的光伏MPPT控制方法，属于光伏发电系统控制技术领域。该方法首先采集光伏电池阵列的输出电流与输出电压，将输出电压与其标准条件下的开路电压进行比较，并根据比较结果确定如何选取输出电压的扰动步长；当光伏电池阵列输出电压较为靠近最大功率点电压时，采用梯度寻优的方法计算扰动步长；将扰动步长施加到采集到的输出电压上得到期望电压值，再与输出电压值作差，并将差值输入到PI控制器；PI控制器的输出值经脉冲宽度调制器后得到开关信号，通过开关信号控制Boost电路功率开关器件的开断。该方法使光伏系统在不同光照条件下都具有动态响应快、稳态不振荡的优点。

技术领域

本发明涉及光伏发电系统控制技术领域，特别是指一种基于MPP电压规律与梯度寻优的光伏MPPT控制方法。

背景技术

光伏电池的输出特性具有复杂非线性特点，在外界环境变化时会随之改变，其最大功率点跟踪(MPPT)控制决定了系统的发电效率。MPPT控制方法多种多样，控制过程也各不相同。根据控制方法的特征和理论依据的不同，可将MPPT策略分为：1)基于数学模型优化的开环控制策略。开路电压法、短路电流法分别需要周期性断开、短路电池板，检测断路电压或短路电流，根据MPP点电压、电流与开路电压或短路电流的比例关系控制。这种方法控制稳定但精度低，并没有实现真正意义上的MPPT跟踪。2)基于参数选择的间接控制策略。主要有曲线拟合法、查表法等，这种控制策略在实际控制中运用不方便，在工程中应用不多。3)基于智能控制与近代先进控制理论的MPPT 控制策略。具体有：遗传算法、粒子群算法、模糊控制法、神经网络法和滑模控制法等。这类控制策略稳态时稳定且MPP点跟踪准确，但算法复杂、动态性能差。4)基于电压采样的扰动寻优直接控制策略。爬山法与扰动观察法分别对功率开关管的占空比和电池输出电压进行扰动自寻优，实现MPPT控制，二者殊途同归。这两种方法简单、实现方便，但是有“误判”与稳态性能较差、易震荡的问题。电导增量法根据P-U曲线特征来控制电压大小，使系统运行在峰值点，不会发生“误判”，跟踪精度较高，但难以兼顾动态响应速度与稳态性能。

针对电导增量法难以兼顾动态响应速度与稳态性能的缺点，Fangrui L、 ShanxuD、Fei L等学者提出了一种基于P-U曲线斜率变化规律的变步长电导增量方法，能够实现稳态无振荡，被国内外许多学者引用，在国际上获得了广泛认可，但该方法的适用条件具有局限性，在光照强度突变时，动态性能或者稳态性能会变差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于MPP电压规律与梯度寻优的光伏MPPT控制方法。

该方法包括如下步骤：

(1)采集光伏电池阵列的输出电流与输出电压，将输出电压与光伏电池阵列在标准条件(辐照强度1000W/m²、温度25℃)下的开路电压进行比较，并根据比较结果确定选取输出电压的扰动步长；

(2)当步骤(1)中光伏电池阵列输出电压位于标准条件下开路电压的 60％与94％之间时，采用梯度寻优的方法计算扰动步长；

(3)将步骤(1)或步骤(2)中计算得到的扰动步长施加到采集到的输出电压上得到期望电压值，再将期望电压值与输出电压值作差，并将差值输入到PI控制器；

(4)PI控制器的输出值经脉冲宽度调制器后得到开关信号，通过开关信号控制Boost电路功率开关器件的开断。

其中，步骤(1)中输出电压的扰动步长选取方法如下：

当输出电压小于标准条件下开路电压的60％时，以固定步长ΔU₁增加电压；当输出电压大于标准条件下开路电压的94％时，以固定步长ΔU₃减小电压；当输出电压位于标准条件下开路电压的60％与94％之间时，若前后两次采样电压无变化但电流有变化时以固定步长ΔU₂增加或减小电压，否则，以梯度寻优的方法获取扰动步长，进行MPPT控制，