[发明专利]一种局部阴影下新型自适应最大功率跟踪控制方法

摘要

本发明公开了一种应用于复杂遮阴条件下的新型自适应最大功率跟踪控制方法。传统变步长MPPT方法对均匀光照条件下的单峰值特性寻优问题取得了良好的效果，但其在处理多峰值寻优问题时可能会失效。针对上述情况，提出一种新型自适应变步长MPPT方法。首先建立部分遮阴情况下光伏阵列数学模型，然后根据最大功率点所在电压区间与开路电压和短路电流呈现出的特殊规律，将多峰值寻优问题转化为单峰值寻优问题。找到其所在区间后启用改进自适应算法搜索全局最大功率点，仿真结果表明该算法在无遮阴和部分遮阴情况下均能有效找到全局最大功率点。

主权项

1.一种局部阴影下新型自适应最大功率跟踪控制方法，包含以下步骤：1)本发明所提出的新型最大功率点跟踪控制系统由光伏阵列、GPI搜索装置、AMPPT控制器、Boost升压电路以及恒定负载组成。光伏阵列的输出电流和输出电压经过测量装置作为GPI搜索装置的输入信号，GPI搜索装置的输出信号经过AMPPT控制器后通过调整DC‑DC电路中功率开关管控制信号的占空比，来获取光伏阵列输出的最大功率点，从而实现最大功率控制。2)常规变步长MPPT算法(Conventional MPPT，CMPPT)在环境光照不变的条件下具有良好的稳态精度以及响应速度，当发生局部遮挡时，光伏阵列输出特性曲线呈现多峰值特性，此时常规变步长MPPT方法在最大值寻优时可能会失效。本发明提出一种先搜索全局最大值点所在区间(Global Peak Interval，GPI)，然后与自适应变步长(Adaptive MPPT，AMPPT)算法相结合的MPPT算法3)全局最大值点所在区间(GPI)是指在光伏阵列P‑V特性曲线中全局最大功率点所在波峰对应的电压区间。搜索GPI是多峰值寻优问题的一个关键步骤。基于大量光伏阵列在不同遮阴模式下输出特性的仿真结果发现：光伏阵列I‑V特性曲线与直线的交点所对应的横坐标即位于GPI。4)将电压互感器和电流互感器的测量值输入到GPI搜索装置。通过上述测量值计算得到ΔI＝Ik‑Ik‑1、ΔV＝Vk‑Vk‑1。式中，Isc为光伏电池在标准条件下的短路电流。本专利中通过下式来判断光伏电池遮阴模式是否发生变化。当光伏电池遮阴模式发生变化时，需要重启所提算法。所提算法重启条件为：5)通过上述公式检测到外界光照条件发生变化时，所提算法将工作点快速调整到V/I等于VOC/ISC的位置，此时工作点将会位于最大功率点所在的GPI。然后启动自适应变步长算法快速定位到全局最大功率点MPP。本发明对常规变步长MPPT算法进行改进，常规变步长算法不能同时满足瞬态响应速度和稳态精度的要求，为了提高最大功率点跟踪的精确性和快速性，论文中采用新的步长因子λstep＝α|ΔP|。式中，α为步长调节因子。并且为了防止在最大功率点附近振荡，设置功率偏差阈值ε3，认为当|ΔP|＜ε3时达到最大功率点，停止对步长的扰动，从而有效避免输出功率在MPP附近来回振荡的现象。