[發(fā)明專利]一種基于MPP電壓規(guī)律與梯度尋優(yōu)的光伏MPPT控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710895679.9
• 申請(qǐng)日: 2017-09-28
• 公開（公告）號(hào): CN107544610B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張勇軍;李偉;肖雄;李小占
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G05F1/67
• 分類號(hào): G05F1/67
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明提供一種基于MPP電壓規(guī)律與梯度尋優(yōu)的光伏MPPT控制方法，屬于光伏發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域。該方法首先采集光伏電池陣列的輸出電流與輸出電壓，將輸出電壓與其標(biāo)準(zhǔn)條件下的開路電壓進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果確定如何選取輸出電壓的擾動(dòng)步長(zhǎng)；當(dāng)光伏電池陣列輸出電壓較為靠近最大功率點(diǎn)電壓時(shí)，采用梯度尋優(yōu)的方法計(jì)算擾動(dòng)步長(zhǎng)；將擾動(dòng)步長(zhǎng)施加到采集到的輸出電壓上得到期望電壓值，再與輸出電壓值作差，并將差值輸入到PI控制器；PI控制器的輸出值經(jīng)脈沖寬度調(diào)制器后得到開關(guān)信號(hào)，通過(guò)開關(guān)信號(hào)控制Boost電路功率開關(guān)器件的開斷。該方法使光伏系統(tǒng)在不同光照條件下都具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)態(tài)不振蕩的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光伏發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種基于MPP電壓規(guī)律與梯度尋優(yōu)的光伏MPPT控制方法。

背景技術(shù)

光伏電池的輸出特性具有復(fù)雜非線性特點(diǎn)，在外界環(huán)境變化時(shí)會(huì)隨之改變，其最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)控制決定了系統(tǒng)的發(fā)電效率。MPPT控制方法多種多樣，控制過(guò)程也各不相同。根據(jù)控制方法的特征和理論依據(jù)的不同，可將MPPT策略分為：1)基于數(shù)學(xué)模型優(yōu)化的開環(huán)控制策略。開路電壓法、短路電流法分別需要周期性斷開、短路電池板，檢測(cè)斷路電壓或短路電流，根據(jù)MPP點(diǎn)電壓、電流與開路電壓或短路電流的比例關(guān)系控制。這種方法控制穩(wěn)定但精度低，并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)真正意義上的MPPT跟蹤。2)基于參數(shù)選擇的間接控制策略。主要有曲線擬合法、查表法等，這種控制策略在實(shí)際控制中運(yùn)用不方便，在工程中應(yīng)用不多。3)基于智能控制與近代先進(jìn)控制理論的MPPT 控制策略。具體有：遺傳算法、粒子群算法、模糊控制法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和滑模控制法等。這類控制策略穩(wěn)態(tài)時(shí)穩(wěn)定且MPP點(diǎn)跟蹤準(zhǔn)確，但算法復(fù)雜、動(dòng)態(tài)性能差。4)基于電壓采樣的擾動(dòng)尋優(yōu)直接控制策略。爬山法與擾動(dòng)觀察法分別對(duì)功率開關(guān)管的占空比和電池輸出電壓進(jìn)行擾動(dòng)自尋優(yōu)，實(shí)現(xiàn)MPPT控制，二者殊途同歸。這兩種方法簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便，但是有“誤判”與穩(wěn)態(tài)性能較差、易震蕩的問(wèn)題。電導(dǎo)增量法根據(jù)P-U曲線特征來(lái)控制電壓大小，使系統(tǒng)運(yùn)行在峰值點(diǎn)，不會(huì)發(fā)生“誤判”，跟蹤精度較高，但難以兼顧動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度與穩(wěn)態(tài)性能。

針對(duì)電導(dǎo)增量法難以兼顧動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度與穩(wěn)態(tài)性能的缺點(diǎn)，F(xiàn)angrui L、 ShanxuD、Fei L等學(xué)者提出了一種基于P-U曲線斜率變化規(guī)律的變步長(zhǎng)電導(dǎo)增量方法，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)態(tài)無(wú)振蕩，被國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者引用，在國(guó)際上獲得了廣泛認(rèn)可，但該方法的適用條件具有局限性，在光照強(qiáng)度突變時(shí)，動(dòng)態(tài)性能或者穩(wěn)態(tài)性能會(huì)變差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于MPP電壓規(guī)律與梯度尋優(yōu)的光伏MPPT控制方法。

該方法包括如下步驟：

(1)采集光伏電池陣列的輸出電流與輸出電壓，將輸出電壓與光伏電池陣列在標(biāo)準(zhǔn)條件(輻照強(qiáng)度1000W/m²、溫度25℃)下的開路電壓進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果確定選取輸出電壓的擾動(dòng)步長(zhǎng)；

(2)當(dāng)步驟(1)中光伏電池陣列輸出電壓位于標(biāo)準(zhǔn)條件下開路電壓的 60％與94％之間時(shí)，采用梯度尋優(yōu)的方法計(jì)算擾動(dòng)步長(zhǎng)；

(3)將步驟(1)或步驟(2)中計(jì)算得到的擾動(dòng)步長(zhǎng)施加到采集到的輸出電壓上得到期望電壓值，再將期望電壓值與輸出電壓值作差，并將差值輸入到PI控制器；

(4)PI控制器的輸出值經(jīng)脈沖寬度調(diào)制器后得到開關(guān)信號(hào)，通過(guò)開關(guān)信號(hào)控制Boost電路功率開關(guān)器件的開斷。

其中，步驟(1)中輸出電壓的擾動(dòng)步長(zhǎng)選取方法如下：

當(dāng)輸出電壓小于標(biāo)準(zhǔn)條件下開路電壓的60％時(shí)，以固定步長(zhǎng)ΔU₁增加電壓；當(dāng)輸出電壓大于標(biāo)準(zhǔn)條件下開路電壓的94％時(shí)，以固定步長(zhǎng)ΔU₃減小電壓；當(dāng)輸出電壓位于標(biāo)準(zhǔn)條件下開路電壓的60％與94％之間時(shí)，若前后兩次采樣電壓無(wú)變化但電流有變化時(shí)以固定步長(zhǎng)ΔU₂增加或減小電壓，否則，以梯度尋優(yōu)的方法獲取擾動(dòng)步長(zhǎng)，進(jìn)行MPPT控制，