CN102117090A - 一种光伏电池的最大功率跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种光伏电池的最大功率跟踪方法，本发明方法通过功率对电压的导数来判断误差的偏移方向，该导数在最大功率点左侧时，增加调节量；在最大功率点右侧时，减少调节量。当功率对电压的导数值小于某一给定参数时，变换步长，进一步跟踪。仿真证实该方法相对于传统最大功率点跟踪算法，提高了最大功率点跟踪的精度、速度和稳定性。

Description

一种光伏电池的最大功率跟踪方法

技术领域

本发明涉及一种光伏电池的最大功率跟踪方法。属于光伏电池功率跟踪的技术领域。

背景技术

光伏发电是一种公认的技术含量高、很有发展前途的新能源技术。这是由于太阳能取之不尽、用之不竭，不产生任何废弃物，没有噪音等污染，对环境不会产生不良影响，是理想的清洁能源。我国《可再生能源中长期发展规划》，明确到2010年，光伏发电总容量要达到300MW，2020年达到1800MW。为贯彻落实党中央、国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的战略部署，必须提高认识，紧紧抓住光伏发电产业发展的战略机遇期，进一步推动国内光伏发电规模化应用。

但是，光伏电池输出特性具有明显的非线性，这种非线性受日照强度、温度、负载等多种外部环境因素及输出阻抗等本身技术指标的影响。正因如此，目前光伏电池的光电转换率较低，为有效利用光伏电池，对光伏电池进行最大功率跟踪便显得尤为重要。目前，光伏电池的最大功率跟踪方法中存在一些问题，如检测精度低、响应速度慢，适应性差和跟踪效率低等。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种光伏电池的最大功率跟踪方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明一种光伏电池的最大功率跟踪方法，其特征在于包括如下步骤：

I.将采样得到的光伏电池板电压U(k)和电流I(k)相乘得k时刻功率P(k)，计算当前时刻功率对电压的导数

其中功率对电压的导数

其中k表示时刻，采用前后两时刻功率偏差除以前后两时刻电压偏差

来近似求解功率对电压的导数：

$\frac{\mathrm{dP}\left(k\right)}{\mathrm{dU}\left(k\right)}=\frac{P\left(k\right)-P(k-1)}{U\left(k\right)-U(k-1)};$

II.判断当前时刻

$\left|\frac{\mathrm{dP}\left(k\right)}{\mathrm{dU}\left(k\right)}\right|\≤\mathrm{\ϵ}---\left(1\right)$

式中ε是设定精度；

III.当式(1)成立，则采用小步长Δu″跟踪最大功率点：

采用(2)式判断当前时刻功率点：

$\frac{\mathrm{dI}}{\mathrm{dU}}+\frac{I}{U}>0---\left(2\right)$

如果式(2)成立，当前时刻功率点在最大功率点左侧，增加Δu″；如果式(2)不成立，减小Δu″；

IV.当式(1)不成立，k时刻功率点不在允许的精度误差内，继续判断

$\frac{\mathrm{dP}\left(k\right)}{\mathrm{dU}\left(k\right)}/\frac{\mathrm{dP}(k-1)}{\mathrm{dU}(k-1)}>0---\left(3\right)$

如果式(3)成立，则k时刻和k-1时刻位于最大功率点同一侧，继续采用式(2)判断当前点与最大功率点的关系，如果当前时刻功率对电压的导数值大于零，则该功率点在最大功率点左侧，增加Δu′；如果当前时刻功率对电压的导数值小于零，则该功率点在最大功率点右侧，减小Δu′；如果当前时刻功率对电压的导数值等于零，保持电压恒定。以跟踪最大功率点，在该区段采用Δu′步长，其中Δu′＞Δu″。

如果式(3)不成立，则k时刻和k-1时刻位于最大功率点不同侧，最大功率点在该区间内，在此区段采用二分法，取当前时刻电压与前一时刻电压的均值作为输出电压：

$U=\frac{1}{2}*[U\left(k\right)+U(k-1)].$

本发明具有以下有益效果：本发明基于二分法的思想，采用变步长跟踪光伏电池的最大功率点，提高了最大功率点跟踪的速度和稳定精度，降低了系统振荡，能快速稳定地跟踪光复电池的最大输出功率，满足系统最大功率跟踪的要求。

附图说明

图1最大功率跟踪算法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明技术内容作说明：

如图1所示，本发明一种光伏电池的最大功率跟踪方法具体实施如下：

第一步：通过电压传感器、霍尔传感器采集光伏电池板电压和电流，将采集到的电压和电流经过电流调理电路，送至数字信号处理器(DSP)中，在DSP中通过P＝U*I计算出功率，并计算当前时刻功率对电压的导数。其中功率对电压的导数，可以采用前后两时刻功率偏差除以前后两时刻电压偏差来近似求解功率对电压的导数。

第二步：判断当前时刻功率对电压的导数绝对值是否小于设定精度ε。设定精度ε大小决定系统最大功率跟踪的稳定性，设定精度ε选择太大将增加系统在最大功率点波动，一般是越小越好。

第三步：如果当前时刻功率对电压的导数绝对值小于设定精度，说明该点功率位于允许精度范围内，即现在功率点接近最大功率点，现在只需要微调，可以采用小步长Δu″跟踪最大功率点，系统输出电压的偏移方向需要进一步判断。

第四步：判断当前时刻功率对电压的导数值，如果该值大于零，说明该点在最大功率点左侧，增加Δu″，反之，减小Δu″。

第五步：如果当前时刻功率对电压的导数绝对值不小于设定精度，说明当前功率点不在允许的精度误差内，但是当前时刻功率点的位置为最大功率点位置还不确定，需继续判断当前时刻功率对电压的导数与前一时刻功率对电压的导数乘积是否大于零。

第六步：如果当前时刻功率对电压的导数与前一时刻功率对电压的导数乘积大于零，说明前后两时刻位于最大功率点同一侧，然而不能确定最大功率点位置，需要继续第四步判断当前点与最大功率点的关系，如果当前时刻功率对电压的导数值大于零，说明该点在最大功率点左侧，增加Δu′，反之，减小Δu′，以跟踪最大功率点行，在该区段采用Δu′步长，其中Δu′＞Δu″。

第七步：如果当前时刻功率对电压的导数与前一时刻功率对电压的导数乘积不大于零，说明前后两时刻位于最大功率点不同侧，最大功率点在该区间内，在此区段采用二分法思想，取当前时刻电压与前一时刻电压的均值作为输出电压，即

$U=\frac{1}{2}*[U\left(k\right)+U(k-1)].$

本发明最大功率跟踪算法，通过采样单元、电流调理电路传送过来光伏电池板电流和电压，在数字信号处理器(DSP)中实现最大功率跟踪算法，控制PWM输出波形来实现功率调节。首先采样光伏电池板输出电压、电流，计算当前时刻光伏电池的功率，当前时刻功率对电压的导数与前一时刻功率对电压的导数。判断当前时刻状况，进行不同方向、不同步长的偏移，通过电压的调节，跟踪光伏电池的最大功率点。

Claims (1)

1.一种光伏电池的最大功率跟踪方法，其特征在于包括如下步骤：

I.将采样得到的光伏电池板电压U(k)和电流I(k)相乘得k时刻功率P(k)，计算当前时刻功率对电压的导数 

其中功率对电压的导数 

其中k表示时刻，采用前后两时刻功率偏差除以前后两时刻电压偏差 

来近似求解功率对电压的导数：

II.判断当前时刻

式中ε是设定精度；

III.当式(1)成立，则采用小步长Δu″跟踪最大功率点：

采用(2)式判断当前时刻功率点：

如果式(2)成立，当前时刻功率点在最大功率点左侧，增加Δu″；如果式(2)不成立，减小Δu″；一般而言，Δu″选择越小越好，但是Δu″选择过小将会增加系统跟踪时间。

IV.当式(1)不成立，k时刻功率点不在允许的精度误差内，继续判断

如果式(3)成立，则k时刻和k-1时刻位于最大功率点同一侧，继续采用式(2)判断当前点与最大功率点的关系，如果当前时刻功率对电压的导数值大于零，则该功率点在最大功率点左侧，增加Δu′；如果当前时刻功率对电压的导数值小于零，则该功率点在最大功率点右侧，减小Δu′；如果当前时刻功率对电压的导数值等于零，保持电压恒定。以跟踪最大功率点，在该区段采用Δu′步长，其中Δu′＞Δu″；

如果式(3)不成立，则k时刻和k-1时刻位于最大功率点不同侧，最大功率点在该 区间内，在此区段采用二分法，取当前时刻电压与前一时刻电压的均值作为输出电压：

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