[發明專利]一種改進的變步長擾動法MPPT控制裝置、方法與應用系統

有效

• 申請號: 201810188722.2
• 申請日: 2018-03-07
• 公開（公告）號: CN108347165B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 何金昌;王曉陽;約瑟夫克斯
• 申請（專利權）人: 溫州拓日工業設計有限公司
• 主分類號: H02M3/157
• 分類號: H02M3/157;G05F1/67;H02S40/30;H02J7/35;H02J7/00
• 代理公司: 嘉興倍創專利代理事務所(普通合伙) 33395
• 代理人: 周闖

本發明涉及太陽能電池最大功率點跟蹤控制技術領域，尤其涉及一種改進的變步長擾動法MPPT控制裝置、方法與應用系統。本發明提供的一種變步長MPPT控制裝置，包括PV陣列，電壓轉換單元，電壓檢測裝置，電流檢測裝置，基于單片機的MPPT控制模塊，采用處理電路，占空比控制電路、蓄電池和負載。本發明還提供了一種變步長MPPT控制方法，可以在較短時間內追蹤到最大功率點，具有較好的穩定性和精度，并且追蹤過程平穩快速。

技術領域

本發明涉及太陽能電池最大功率點跟蹤控制技術領域，尤其涉及的是一種改進的變步長擾動法MPPT控制裝置、方法與應用系統。

背景技術

太陽能作為一種新型綠色能源，可解決因常規能源枯竭而引發的能源危機，受到國內外的廣泛關注。而光伏發電則是當前利用太陽能的主要形式之一。光伏電池的輸出特性具有較強非線性特征，它的輸出功率不僅與光伏電池內部特性有關，還受到外界環境條件(光照、溫度)的影響，采用最大功率點跟蹤技術(Maximum power point track，MPPT)可有效提升光伏系統的能量轉換效率。對定步長擾動觀察法，大步長可提升跟蹤速度，但最大功率點附近功率振蕩大，能量損失嚴重；小步長可減少能量損失，提高穩態精度，但會降低跟蹤速度。電導增量法通過比較光伏電池的電導增量和瞬間電導來改變系統的控制信號。除此之外，還有基于智能控制的MPPT方法，例如，基于模糊算法的最大功率點跟蹤控制策略，具有穩態精度高，魯棒性強的特點，但該算法有效性依賴于設計者的經驗，且算法較為復雜。為了解決穩態精度和響應速度之間的矛盾，本發明提出了一種改進的變步長擾動法MPPT控制裝置、方法與應用系統。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中定步長算法穩態性能和動態性能不能兼顧、傳統變步長算法收斂速度較慢、功耗損失較大的問題，提供了一種改進的變步長擾動法MPPT控制裝置與方法。

本發明提供的一種改進的變步長MPPT控制裝置及應用系統，包括PV陣列，電壓轉換單元，電壓檢測裝置，電流檢測裝置，基于單片機的MPPT控制模塊，采用處理電路，占空比控制電路、蓄電池和負載，所述電壓變換單元包括電容C1、電感L1、開關管Q1、二極管D1以及電容C2；電容C1的兩端分別與PV陣列的正負極連接，電感L1的一端連接PV陣列的正極，另一端連接開關管Q1的漏極以及二極管D1的正極，開關管的源極接地，二極管D1的負極連接電容C2的一端，電容C2的另一端接地，占空比控制電路的輸出端連接開關管Q1的柵極；電壓檢測裝置和電流檢測裝置連接基于單片機的MPPT控制模塊，并分別將檢測到的電壓信號和電流信號發送給MPPT控制模塊；MPPT控制模塊連接占空比控制電路，并將占空比信號發送給占空比控制電路，電壓變換單元的輸出端連接蓄電池；MPPT控制模塊還連接有采用處理電路，采用處理電路用于采集蓄電池參數信息以及外界的溫度、光照等信息，并將采集到的信息實時發送給MPPT控制模塊；所述蓄電池連接負載，所述負載可以是LED照明燈或其它用電設備。

本發明提供的一種改進的變步長擾動法MPPT控制方法，其包括以下步驟：

(1)對電壓值進行初始化，然后通過電壓檢測裝置和電流檢測裝置分別檢測出當前時刻電壓U(k)和當前時刻電流I(k)以及前一時刻的電壓U(k-1)和電流I(k-1)，然后經過低通濾波，并得到電壓增量AU＝U(k)-U(k-1)，功率P(k)＝U(k)*I(k)，以及功率增量ΔP＝U(k)*I(k)-U(k-1)*I(k-1)；其中，初始啟動電壓為開路電壓的0.8倍；

(2)判斷ΔP的絕對值是否大于e，如果是，則令d＝a|ΔP|，然后執行步驟(3)；如果否，則令d＝s，然后執行步驟(3)；其中，e為功率差閾值，d為步長變化參數，a為變步長調節因子，s為小步長參數，是預設的一個較小的常數；

(3)判斷ΔP是否等于0，如果是，則直接返回；如果否，則進一步執行步驟(4)；