[發明專利]一種太陽能光伏最大功率點跟蹤控制方法

在審

• 申請號: 201711288475.5
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN107992153A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 史永勝;李娜;王雪麗;寧青菊;李玨;魏浩;史祿培
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: G05F1/67
• 分類號: G05F1/67
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，涉及一種太陽能光伏最大功率點跟蹤控制方法。

背景技術

太陽能光伏發電是新能源和可再生能源的重要組成部分，隨著全球經濟的發展，能源問題日益嚴重，光伏發電技術得到了快速發展。光伏電池的輸出特性會隨著外界環境的變化而改變，為了能高效地利用光伏電池，需要對光伏陣列進行最大功率點跟蹤(MPPT)控制，MPPT控制器設計亦成為光伏發電系統研究中的研究熱點。

目前，最大功率點跟蹤技術方法很多，有恒定電壓法、功率反饋法、擾動觀察法、電導增量法、模糊控制法、人工神經網絡法等，其中擾動觀察法和電導增量法被普遍采用。擾動觀察法相對簡單，且硬件容易實現，但響應速度慢、穩定條件下仍有大幅度振蕩。電導增量法以動態變化太陽能光伏電池輸出電壓來跟蹤最大功率點，通過修改邏輯判斷式來減少在最大功率點附近的振蕩現象。但由于外界環境不穩定，一般為了較快跟蹤到最大功率點，選取較大步長，加之測量誤差和數字控制量化誤差的影響，電導增量法也無法避免在最大功率點附近的振蕩。

發明內容

本發明的目的在于解決在外界環境迅速變化時，傳統算法性能低的問題，提供一種太陽能光伏最大功率點跟蹤控制方法，該方法可根據外界環境變化自動調整步長，即使光照劇烈變化時，系統始終保持較大步長運行，克服了傳統變步長算法啟動速度和光照劇烈變化時動態響應速度慢的問題。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種太陽能光伏最大功率點跟蹤控制方法，包括以下步驟：

步驟1：采用電導增量法判斷太陽能光伏系統工作點的位置；

步驟2：獲取所追蹤電壓下的光伏系統的輸出功率曲線；

步驟3：根據外界環境變換實時調整步長，進而控制占空比的大小；若步長為零，則證明此時光伏系統已工作于最大功率點出；若步長不為零，則需調整步長，控制系統的占空比，進而控制系統的輸出值。

本發明進一步的改進在于：

步驟1具體為：

光伏電池陣列在最大功率點P_m時，P-U曲線斜率為零，則

P＝UI(1)

其中，P為輸出功率，U為輸出電壓，I為輸出電流；式(1)兩端對U求導，得到：

若當前光伏陣列工作在MPP的右側時，變化值為負；若當前光伏陣列工作在MPP的左側時，變化值為正；并且從一個穩態過渡到另一個穩態時，根據輸出電流的變化判斷，使其穩定在MPP的鄰域內。

先采樣光伏陣列的輸出電壓電流值，并將其與前一時刻的電壓電流值進行比較：

a.如果dU＝0且dI＝0，則表示此時系統工作于最大功率點處，占空比保持不變；

b.如果dU＝0且dI＞0，則表示此時需要增大占空比，若相反，則需要減小占空比；

c.如果dU≠0且IdU+UdI＝0，則表示此時系統工作于最大功率點處，占空比保持不變；

d.如果dU≠0且IdU+UdI＞0，則表示此時需要增大占空比，若相反，則需要減小占空比。

步驟3中，根據外界環境變換實時調整步長，進而控制占空比的大小的方法具體為：通過追蹤當前系統的輸出電壓和電流值，系統自動調整步長，控制占空比，改變系統的輸出值。

利用最大功率兩側斜率絕對值的差異，步長為：

D(k)＝D(k-1)±N×|dP/(dV-dI)|(3)

其中，D(k)轉換器在時刻瞬時k處的占空比，D(k-1)是轉換器在前一時刻k-1的占空比；N是在采樣周期調整的縮放因子以調節步長；dV、dI和dP分別是光伏陣列輸出電流的導數、電壓的導數和功率的導數，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)是光伏陣列在時刻k的輸出電流、輸出電壓和輸出功率；I(k-1)、V(k-1)和P(k-1)光伏陣列在時刻k-1的輸出電流、輸出電壓和輸出功率。

若所追蹤的光伏系統工作點位于MPP的左邊，在遠離MPP點時，選取較大的步長，在靠近MPP點時，選取較小的步長；若所追蹤的光伏系統工作點位于MPP的右邊，在遠離MPP點時，選取較大的步長，在靠近MPP點時，選取較小的步長；若在MPP點上，則步長為零。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：