[發明專利]一種基于預測技術的光伏變步長MPPT控制方法

有效

• 申請號: 202110378626.6
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113093858B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 程若發;劉聘憑
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: G05F1/67
• 分類號: G05F1/67
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 張文杰

1.一種基于預測技術的光伏變步長MPPT控制方法，其特征在于：所述控制方法的控制系統包括光伏電池組、MPPT控制器、負載以及與所述負載連接的DC-DC電路，在光伏電池輸出功率達到最大時，MPPT控制系統的外部負載值R_load與光伏電池的內阻R_內之間存在具體公式為：

M(D)的表達式與MPPT控制系統中選擇的DC-DC電路相關，電路為Buck，M(D)＝D，電路為Boost，M(D)＝1/(1-D)，電路為Buck-Boost，M(D)＝-D/(1-D)，電路為Cuk，M(D)＝-D/(1-D)，電路為Sepic，M(D)＝D/(1-D)；

對于光照強度的變化狀態分析，將電流傳感器和電壓傳感器的采樣值輸入到MPPT控制器中，計算出當前時刻與上一時刻的電壓差：ΔV＝V(K)-V(K-1)；電流差ΔI＝I(K)-I(K-1)；輸出功率差：ΔP＝P(K)-P(K-1)，利用電流與電壓傳感器測量值計算MPPT控制系統的負載值Rload，其中D(K-1)為上一周期MPPT控制器輸出的占空比值，計算公式為：

利用偏差系數φ分析光照強度的變化狀態，系數φ值越大說明越偏離MPP點，φ的計算公式為：

對計算出的偏差系數φ值設定閾值，將不同取值范圍的下的φ值分為：遠離MPP點、靠近MPP點以及在MPP點或無線逼近了MPP點，三種狀態，當Φ＞0.05時為遠離MPP點；0.05≥Φ≥0.02時為靠近MPP點；當Φ＜0.02時為情況為在MPP點或無線逼近了MPP點；

根據MPPT控制器輸出占空比值來確定DC-DC電路的負載值，光伏電池板的內阻R_內等于DC-DC電路的負載值R_load；

對于不同狀態下啟動不同的預測模式，將工作點遠離MPP點狀態下的情況進行判斷，將工作狀態分為光照強度快速變大和變小、光照強度緩慢變大和變小，以及在同一輸出特性曲線上五個模式，在光照強度變化時啟動預測模式，在同一輸出特性曲線上時使用大步長擾動；

對遠離MPP點狀態的情況進行模式分類，包含以下步驟：

步驟S1：判斷ΔP是否小于0，若小于0，光伏電池的輸出功率減小，若大于0，光伏電池的輸出功率增大；

步驟S2：當光伏電池的輸出功率減小時，可判斷是否滿足ΔI＜0且ΔV＜0.06，滿足則光照強度變小，MPPT控制器前后兩次采樣是在不同輸出特性曲線上，若不滿足則MPPT控制器前后兩次采樣在同一輸出特性曲線上，當光伏電池的輸出功率變大，可以進一步判斷是否滿足ΔI＞0且ΔV＞-0.06，若滿足，則光照強度變大，且MPPT控制器前后兩次采樣是在不同輸出特性曲線上，若不滿足，則光照強度不變MPPT控制器前后兩次采樣在同一輸出特性曲線上；

步驟S3：當判斷出MPPT控制器前后兩次采樣在同一輸出特性曲線上時，可以將擾動步長增大，來提高MPPT控制器的響應速度，當判斷光照強度變小時，則可以進一步判斷是否滿足ΔP＜-P(K)×6％，若滿足則光照強度快速變小，否則光照強度緩慢變小，當光照強度變大時，可以進一步判斷是否滿足ΔP＞P(K)×3％，若滿足則光照強度快速變大，否則光照強緩慢變大；

對于不同的光照強度變化，啟動的不同預測模式，在光照強度快速變大時，預測其MPP點的電壓值V_m≈V(K-1),其MPP點的電流值可以結合一個基準值電壓V_E進行估算，使得I_m≈I_a，其I_a的計算可以表示為：

將預測MPP點的電壓與電流值帶入上訴占空比的計算公式即可快速的擾動到預測的GMPP點，其表達式為：

光照強度快速變小時，可以預測到其MPP點的電壓值V_m≈V(K-1)，電流值I_m≈I_b＝I(K)×0.95，因此其占空比計算表達式為：

當光照強度緩慢變化時，無論其光照強度變大或者變小，MPPT控制器輸出占空比的計算公式的表達式均可表示為：

對于光照強度變大時基準電壓V_E的確定，確定光伏發電的工作區間為350w/m²到1000w/m²之間，確定350w/m²時MPP點的電流I_m-G，因此存在以下關系：

其中I_m-ref和V_m-ref為標準狀況下(即1000w/m²)MPP點的電流與電壓；

偏差系數φ判斷結果為靠近MPP點時，將擾動的步長減小使其靠近MPP點；

偏差系數φ判斷結果為在MPP點上或逼近MPP點時，將擾動步長變為0。