[发明专利]一种高维多步分数阶模型预测的光伏最大功率点跟踪方法

权利要求书

1.一种高维多步分数阶模型预测的光伏最大功率点跟踪方法，其特征在于，采用高维多步分数阶模型预测控制框架，控制光伏发电系统中的电力电子器件，使太阳能电池板输出跟踪最大功率点；高维多步分数阶模型预测控制框架包括：

参考值计算模块：用于计算最大功率点参考值；

高维信息模块：用于处理高维数据，生成高维信息；

分数阶模块：用于实现反馈校正功能，计算出修正量；

分数阶模块采用高维多分数阶反馈控制器，根据输入的高维信息计算出修正量，修正最大功率点参考值，用于实现模型预测控制中的反馈校正环节；

多步预测模块：用于实现预测模型和滚动优化功能，计算出最优控制量；

多步预测模块采用多步预测模型预测系统的状态和输出，优化系统未来多步输出，得到最优控制量，用于实现模型预测控制中的预测模型和滚动优化的功能；

该方法在使用过程中的步骤包括：

(1)初始化控制系统的参数和变量；

(2)将气象数据输入参考值计算模块，输出最大功率点参考值；

气象预测数据包括：太阳能电池板光照强度和表面温度的预测值；

最大功率点参考值是最大功率点的参考电压和参考电流；

根据预测的温度和光照强度计算出最大功率点的电流和电压的计算公式如下：

式中，A、B、C、I_m(ref)、U_m(ref)和R_ref都是参数，T是温度，R是光照强度；

(3)将高维数据输入高维信息模块，输出参考值和高维信息；

所述的高维数据包括测量和预测的气象数据、光伏发电系统状态和光伏发电系统输入输出；

所述的高维信息还包括气象数据、光伏发电系统状态和光伏发电系统输入输出三者的预测值与测量值的偏差量以及高维数据计算的指标；

(4)将高维信息输入到分数阶模块，输出修正量，将修正量和参考值叠加得到修正后的参考值；

高维信息包括测量温度与预测温度的偏差量、测量光照强度与预测光照强度的偏差量、测量电压与预测电压的偏差量、测量电流与预测电流的偏差量和计算电导增量；

修正量包括电压修正量和电流修正量；

采用的高维多分数阶控制器数学模型如下：

输入信息的维数是6，每个单维多分数阶控制器中有3个分数阶控制器；α_i,o是比例系数；θ_i是输入，λ_i,o是分数阶控制器的阶数；

多步预测控制模块用于接收参考值和状态量，计算并输出最优控制量；最优控制量是开关管最优开关状态；

(5)将修正后的参考值和系统状态输入多步预测控制模块，输出最优控制量；

采用如下多步预测模型：

输入k时刻系统状态x(k)和8个不同的开关状态序列f₁f₂f₃，计算出8个不同的系统状态序列，实现3步预测功能；f_k表示k时刻至k+1时刻Boost电路中开关管的开关状态，f_k＝0表示开关管闭合，f_k＝1表示开关管断开；

式中为开关状态f_k对应的系数矩阵；L、R_boost和C分别表示Boost电路中的电感、电阻和电容；t表示开关管工作时间；R_eq是采用小信号分析法计算的等效电阻；

计算不同开关状态下预测电压和预测电流序列；根据公式计算出不同开关状态下的J值，选取最小的J值，找到对应的开关状态作为控制量；v_c(k)表示k时刻电容两端电压、v_pv(k)和i_pv(k)表示k时刻太阳能电池板输出电压和电流；三者组成k时刻系统状态x(k)＝[i_pv(k) v_c(k) v_pv(k)]^T；A_k和B_k是权重系数；带*表示对应的参考值；

(6)循环(2)至(5)的步骤。