[发明专利]一种基于自适应三步长的光伏最大功率点跟踪方法

摘要

一种基于自适应三步长的光伏最大功率点跟踪方法，属于太阳能光伏发电技术领域，采用包括光伏阵列、Boost升压模块、直流链电容、负载/逆变器模块、测量模块和控制模块的系统实现；方法包括：测量模块实时采样光伏阵列的输出电压和输出电流，控制模块根据电压差、电流差、功率差计算第一步长、第二步长和第三步长以及当前时刻参考电压；控制模块根据参考电压控制Boost升压模块；本发明采用三种不同的可变步长，第一、二步长均动态变小，可改善在最大功率点附近的震荡现象，提高稳态精度；当光照强度突变时，采用第三步长，解决了传统方法中跟踪速度和稳态精度矛盾的问题，而且在光照变化时仍然具有较高的稳态精度和较快的跟踪速度。

主权项

1.一种基于自适应三步长的光伏最大功率点跟踪方法，利用一种基于自适应三步长的光伏最大功率点跟踪系统实现，其特征在于，所述基于自适应三步长的光伏最大功率点跟踪系统包括：光伏阵列、Boost升压模块、直流链电容、负载/逆变器模块、测量模块和控制模块；所述的光伏阵列、Boost升压模块、直流链电容和负载/逆变器模块顺次连接；所述测量模块的输入端与所述光伏阵列输出端连接，测量模块的输出端与所述控制模块输入端连接；所述控制模块输出端与所述Boost升压模块连接；所述Boost升压模块包括MOSFET开关管；所述测量模块包括电压测量模块和电流测量模块，电压测量模块和电流测量模块分别与所述光伏阵列输出端连接，用于实时采集光伏阵列的输出电压和输出电流；所述的控制模块包括：计算模块、MPPT控制模块、电压控制环、PI控制器和PWM驱动模块；所述计算模块输入端分别连接电压测量模块和电流测量模块输出端，MPPT控制模块输入端连接计算模块输出端，电压控制环输入端分别连接MPPT控制模块输出端和电压测量模块输出端，电压控制环输出端连接PI控制器输入端，PI控制器输出端连接PWM驱动模块输入端，PWM驱动模块输出端连接MOSFET开关管S栅极；所述计算模块，用于根据所述光伏阵列的输出电压和输出电流计算电压差值、电流差值、功率差值以及第一步长、第二步长和第三步长；所述MPPT控制模块，用于根据所述计算模块的输出结果和内置的基于自适应三步长的光伏最大功率点跟踪方法，对所述光伏阵列的输出功率进行最大功率点跟踪，并输出最大功率点处的参考电压；所述电压控制环，用于将所述光伏阵列的输出电压与所述MPPT控制模块输出的最大功率点处的参考电压进行比较；所述PI控制器，用于根据所述电压控制环的输出结果生成占空比；所述PWM驱动模块，用于根据所述PI控制器的输出的占空比生成PWM控制信号，进而通过调节所述Boost升压模块中MOSFET开关管的通断来将光伏阵列的输出电压维持在参考电压；该方法采用三种不同的可变步长，当工作点位于最大功率点左侧时，采用第一步长；当工作点位于最大功率点右侧时，采用第二步长；当外部环境变化导致光照强度突变时，采用第三步长；随着工作点向最大功率点靠近，三种步长均动态变小；具体包括如下步骤：步骤1：测量模块实时采样光伏阵列的输出电压Vpv和输出电流Ipv，并发送给控制模块，Vpv(n)表示当前时刻n采样的输出电压，Ipv(n)表示当前时刻n采样的输出电流；步骤2：控制模块分别计算当前时刻采样的输出电压Vpv(n)与前一时刻采样的输出电压Vpv(n‑1)之差dV，当前时刻采样的输出电流Ipv(n)与前一时刻采样的输出电流Ipv(n‑1)之差dI，当前时刻输出功率P＝Vpv(n)*Ipv(n)，当前时刻输出功率与前一时刻输出功率之差dP＝Vpv(n)*Ipv(n)‑Vpv(n‑1)*Ipv(n‑1)，以及第一步长Vstep1、第二步长Vstep2和第三步长Vstep3；第一步长Vstep1、第二步长Vstep2和第三步长Vstep3按如下公式计算：Vstep3＝N2*|dP|其中，Pmpp为标准条件即光照强度为1000W/m2，温度为25℃时，光伏阵列的最大输出功率，N1、N2为调整步长的缩放因子；缩放因子N1、N2采用以下公式计算：其中，ΔVmax是最大允许步长电压；步骤3：控制模块判断dV＝0是否成立，是，执行步骤4；否则，执行步骤5；步骤4：控制模块判断dI＝0是否成立，是，Vref(n)＝Vref(n‑1)，其中，Vref(n)和Vref(n‑1)分别为当前时刻和前一时刻的参考电压，并转至步骤6；否则，判断dI＞0是否成立，若dI＞0，则Vref(n)＝Vref(n‑1)+Vstep3，并转至步骤6；若dI＜0，则Vref(n)＝Vref(n‑1)‑Vstep3，并转至步骤6；步骤5：控制模块判断dI/dV+Ipv(n)/Vpv(n)＝0是否成立，是，Vref(n)＝Vref(n‑1)，否则，判断dI/dV+Ipv(n)/Vpv(n)＞0是否成立，若dI/dV+Ipv(n)/Vpv(n)＞0，则Vref(n)＝Vref(n‑1)+Vstep1；若dI/dV+Ipv(n)/Vpv(n)＜0，则Vref(n)＝Vref(n‑1)‑Vstep2；步骤6：控制模块更新Vpv(n‑1)＝Vpv(n)，Ipv(n‑1)＝Ipv(n)；步骤7：控制模块比较当前时刻的参考电压Vref(n)与光伏阵列的输出电压Vpv(n)，并生成控制信号调节Boost升压模块，使光伏阵列的输出电压维持在当前时刻参考电压Vref(n)；步骤8：重复步骤1～7直到n+1时刻系统工作在最大功率点。