[发明专利]一种太阳能光伏最大功率点跟踪控制方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种太阳能光伏最大功率点跟踪控制方法。

背景技术

太阳能光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分，随着全球经济的发展，能源问题日益严重，光伏发电技术得到了快速发展。光伏电池的输出特性会随着外界环境的变化而改变，为了能高效地利用光伏电池，需要对光伏阵列进行最大功率点跟踪(MPPT)控制，MPPT控制器设计亦成为光伏发电系统研究中的研究热点。

目前，最大功率点跟踪技术方法很多，有恒定电压法、功率反馈法、扰动观察法、电导增量法、模糊控制法、人工神经网络法等，其中扰动观察法和电导增量法被普遍采用。扰动观察法相对简单，且硬件容易实现，但响应速度慢、稳定条件下仍有大幅度振荡。电导增量法以动态变化太阳能光伏电池输出电压来跟踪最大功率点，通过修改逻辑判断式来减少在最大功率点附近的振荡现象。但由于外界环境不稳定，一般为了较快跟踪到最大功率点，选取较大步长，加之测量误差和数字控制量化误差的影响，电导增量法也无法避免在最大功率点附近的振荡。

发明内容

本发明的目的在于解决在外界环境迅速变化时，传统算法性能低的问题，提供一种太阳能光伏最大功率点跟踪控制方法，该方法可根据外界环境变化自动调整步长，即使光照剧烈变化时，系统始终保持较大步长运行，克服了传统变步长算法启动速度和光照剧烈变化时动态响应速度慢的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种太阳能光伏最大功率点跟踪控制方法，包括以下步骤：

步骤1：采用电导增量法判断太阳能光伏系统工作点的位置；

步骤2：获取所追踪电压下的光伏系统的输出功率曲线；

步骤3：根据外界环境变换实时调整步长，进而控制占空比的大小；若步长为零，则证明此时光伏系统已工作于最大功率点出；若步长不为零，则需调整步长，控制系统的占空比，进而控制系统的输出值。

本发明进一步的改进在于：

步骤1具体为：

光伏电池阵列在最大功率点P_m时，P-U曲线斜率为零，则

P＝UI(1)

其中，P为输出功率，U为输出电压，I为输出电流；式(1)两端对U求导，得到：

若当前光伏阵列工作在MPP的右侧时，变化值为负；若当前光伏阵列工作在MPP的左侧时，变化值为正；并且从一个稳态过渡到另一个稳态时，根据输出电流的变化判断，使其稳定在MPP的邻域内。

先采样光伏阵列的输出电压电流值，并将其与前一时刻的电压电流值进行比较：

a.如果dU＝0且dI＝0，则表示此时系统工作于最大功率点处，占空比保持不变；

b.如果dU＝0且dI＞0，则表示此时需要增大占空比，若相反，则需要减小占空比；

c.如果dU≠0且IdU+UdI＝0，则表示此时系统工作于最大功率点处，占空比保持不变；

d.如果dU≠0且IdU+UdI＞0，则表示此时需要增大占空比，若相反，则需要减小占空比。

步骤3中，根据外界环境变换实时调整步长，进而控制占空比的大小的方法具体为：通过追踪当前系统的输出电压和电流值，系统自动调整步长，控制占空比，改变系统的输出值。

利用最大功率两侧斜率绝对值的差异，步长为：

D(k)＝D(k-1)±N×|dP/(dV-dI)|(3)

其中，D(k)转换器在时刻瞬时k处的占空比，D(k-1)是转换器在前一时刻k-1的占空比；N是在采样周期调整的缩放因子以调节步长；dV、dI和dP分别是光伏阵列输出电流的导数、电压的导数和功率的导数，其由以下公式得到：

dI(k)＝I(k)-I(k-1)

dV(k)＝V(k)-V(k-1)

dP(k)＝P(k)-P(k-1)

其中：I(k)、V(k)和P(k)是光伏阵列在时刻k的输出电流、输出电压和输出功率；I(k-1)、V(k-1)和P(k-1)光伏阵列在时刻k-1的输出电流、输出电压和输出功率。

若所追踪的光伏系统工作点位于MPP的左边，在远离MPP点时，选取较大的步长，在靠近MPP点时，选取较小的步长；若所追踪的光伏系统工作点位于MPP的右边，在远离MPP点时，选取较大的步长，在靠近MPP点时，选取较小的步长；若在MPP点上，则步长为零。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：