CN102135783B - 太阳能电池最大功率跟踪方法 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能电池最大功率跟踪方法，包括以下步骤：步骤一，太阳能控制器对太阳能电池的输出电压V(n)和输出电流I(n)进行检测，并根据检测结果计算电压变化量dV＝V(n)-V(n-1)以及电流变化量dI＝I(n)-I(n-1)；其中，V(n)表示当前采样的输出电压，V(n-1)表示前一次采样的输出电压，I(n)表示当前采样的输出电流，I(n-1)表示前一次采样的输出电流。本发明经过判断调节驱动电路的导通时间T(n)达到跟踪输出最大功率的目的，通过对跟踪方式的改进，将小误差变化看作零，同时对传统算法的除法变换为乘法，降低了算法的资源需求，同时加入变步进的方式，实现快速跟踪。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池最大功率跟踪方法。
背景技术
已有的太阳能技术基本都是基于照明和大型发电工程；针对空调的电源的应用也都是。太阳能光伏发电是通过太阳能电池板将太阳光能转化为电能的一种方式，由太阳能电池的输出特性可知，太阳能电池存在唯一的最大功率点。
根据不同光强和不同温度下，功率跟电压特性的研究，可以知道太阳能电池的输出特性受光强和温度的变化影响很大，这就使得太阳能的输出特性不断改变，最大功率点也在不断改变。如何高效地利用太阳能电池已成为太阳能控制的重中之重。MPPT，全文为Maximum Power Point Tracking，中文为最大功率点跟踪，是指能够实时侦测太阳能电池板的发电功率，并追踪最高发电功率，使系统的太阳能发电利用率最大。
传统的增量电导法作为一种常用的MPPT控制方法，也是根据太阳能电池的P-V曲线特性，及P=VI关系式：对P=VI的两边求导，可以得到dP＝I*dV+V*dI，而在最大功率点有：dP＝0，即：I+V*dI/dV＝0，经过变换后得到：dI/dV＝-I/V，即dI/dV+I/V＝0。dI/dV＝-I/V。该公式也是增量电导法的方法名称的由来。
利用上述公式进行最大功率跟踪，存在两个缺陷：其一，由于量化误差的存在，dI与dV的值不能做到绝对准确，经常会发生调节的方向性错误，增大输出功率的波动；其二，是当分母接近为零时，会使量化误差放大，使得跟踪出现失效而需要使用防饱和方式处理，影响控制效果，同时算法中有除法，需要使用高性能的控制芯片。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种操作灵活、制作成本低、能够降低算法的资源需求，并实现快速跟踪、适用范围广的太阳能电池最大功率跟踪方法，以克服现有技术中的不足之处。
按此目的设计的一种太阳能电池最大功率跟踪方法，其特征是包括以下步骤：
步骤一，太阳能控制器对太阳能电池的输出电压V（n）和输出电流I（n）进行检测，并根据检测结果计算电压变化量dV=V（n）-V（n-1）以及电流变化量dI=I（n）-I（n-1）；其中，V（n）表示当前采样的输出电压，V（n-1）表示前一次采样的输出电压，I（n）表示当前采样的输出电流，I（n-1）表示前一次采样的输出电流；
步骤二，太阳能控制器功率变换驱动电路的当前导通时间为T（n），前一次的导通时间为T（n-1），下一次的导通时间为T（n+1），导通时间调整的步进值c，步进值c为不大于最大导通时间的0.1倍的正数，并预设第一常数X1、第二常数X2和第三常数X3，其中，第一常数X1和第二常数X2为不大于太阳能电池的标称功率的0.05倍的正数，第三常数X3为不大于太阳能电池的标称功率的0.2倍的正数；
步骤三，当太阳能控制器功率变换驱动电路按照导通时间T（n）导通时，判断电压变化量dV的绝对值|dV|和所述的第一常数X1之间的大小关系，然后根据判断结果进行步骤a或步骤b：当|dV|＜X1时，执行步骤a，当|dV|≥X1时，执行步骤b；
步骤a：分为以下两种情况，
第一种，当导通时间T（n）与前一次的导通时间T（n-1）相比较的结果为导通时间T（n）增加步进值c或没有变化时，此时继续判断电流变化量dI和所述的第二常数X2之间的关系，
当|dI|＜X2时，则维持导通时间不变：T（n+1）=T（n）；
当dI≥X2时，则导通时间增加步进值c：T（n+1）=T（n）+c；
当dI≤-X2时，则导通时间减少步进值c：T（n+1）=T（n）-c；
第二种，当导通时间T（n）与前一次的导通时间T（n-1）相比较的结果为导通时间T（n）减少步进值c时，此时继续判断电流变化量dI和所述的第二常数X2之间的关系，
当|dI|＜X2时，则维持导通时间不变：T（n+1）=T（n）；
当dI≥X2时，则导通时间减少步进值c：T（n+1）=T（n）-c；
当dI≤-X2时，则导通时间增加步进值c：T（n+1）=T（n）+c；
步骤b：分为以下两种情况，
第一种，当导通时间T（n）与前一次的导通时间T（n-1）相比较的结果为导通时间T（n）增加步进值c或没有变化时，此时继续判断I*dV+V*dI和所述的第三常数X3之间的关系，
当|I*dV+V*dI|＜X3时，则维持导通时间不变：T（n+1）=T（n）；
当I*dV+V*dI≥X3时，则导通时间增加步进值c：T（n+1）=T（n）+c；
当I*dV+V*dI≤-X3时，则导通时间减少步进值c：T（n+1）=T（n）-c；
第二种，当导通时间T（n）与前一次的导通时间T（n-1）相比较的结果为导通时间T（n）减少步进值c时，此时继续判断I*dV+V*dI和所述的第三常数X3之间的关系，
当|I*dV+V*dI|＜X3时，则维持导通时间不变：T（n+1）=T（n）；
当I*dV+V*dI≥X3时，则导通时间减少步进值c：T（n+1）=T（n）-c；
当I*dV+V*dI≤-X3时，则导通时间增加步进值c：T（n+1）=T（n）+c。
所述太阳能电池最大功率的追踪阶段至少包括三个阶段：初始阶段或快速变化阶段、接近最大功率点阶段以及稳定阶段，与其对应的导通时间T（n）的步进值c至少包括两个值：第一步进值c1和第二步进值c2，
根据太阳能电池最大功率跟踪的不同追踪阶段，在初始阶段或快速变化阶段的步进值为第一步进值c1，在接近最大功率点后及进入稳定阶段的步进值为第二步进值c2，其中，第一步进值c1>第二步进值c2，且第一步进值c1、第二步进值c2都为不大于最大导通时间的0.1倍的正数。
所述太阳能电池最大功率的追踪阶段至少包括三个阶段：初始阶段或快速变化阶段、接近最大功率点后的阶段以及稳定阶段，与其对应的导通时间T（n）的步进值c至少包括三个值：第一步进值c1、第二步进值c2以及第三步进值c3，
根据太阳能电池最大功率跟踪的不同追踪阶段，在初始阶段或快速变化阶段的步进值为第一步进值c1，在接近最大功率点后的步进值为第二步进值c2，进入稳定阶段的步进值为第三步进值c3，其中，第一步进值c1>第二步进值c2>第三步进值c3，且第一步进值c1、第二步进值c2和第三步进值c3都为不大于最大导通时间的0.1倍的正数。
本发明经过控制程序判断调节驱动电路的导通时间T（n）达到跟踪输出最大功率的目的，通过对传统“增量电导法”跟踪方式的改进，将小误差变化看作零，同时对传统算法的除法变换为乘法，降低了算法的资源需求，同时加入变步进的方式，实现快速跟踪。
本发明中的导通时间的步进值是可变的，根据MPPT的不同跟踪阶段而不同，存在三种步进值，处于初始阶段或阳光剧烈变化的快速变化阶段时，使用较大值的步进值进行快速跟踪，处于接近最大功率点后变更为中、小数值步进值进行准确跟踪，处于稳定阶段后使用小数值步进值进行高效率的跟踪；并且，还可以根据需要，将步进值的数量设定为二个或超过二个。
本发明能够利用取之不尽的绿色能源太阳能来驱动空调器的运行，实现太阳能经DC-DC变换后与市电经过整流的直流电直接并联，两个电源之间：即太阳能和直流电之间的切换或并联轻松自如，而通过对传统“增量电导法”跟踪方式的改进，能够降低算法的资源需求，并实现快速跟踪。
本发明具有操作灵活、制作成本低、能够降低算法的资源需求，并实现快速跟踪、适用范围广的特点。
附图说明
图1为本发明一实施例的原理框图。
图2为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
参见图1-图2，在空调中运用太阳能电池最大功率跟踪方法的太阳能电池控制装置包含一个太阳能的输出电压V（n）检测单元电路、一个太阳能的输出电流I（n）检测单元电路及主控MCU；主控MCU控制功率变换电路进行功率变换，由输出电压V（n）检测单元电路和输出电流I（n）检测单元电路分别进行V（n）和I（n）的检测，主控MCU根据检测结果进行判断，并调节驱动电路的导通时间T（n）达到调整输出最大功率。
图1中的两个I表示是连通的。
在具体操作时，包括以下步骤：
步骤一，太阳能控制器对太阳能电池的输出电压V（n）和输出电流I（n）进行检测，并根据检测结果计算电压变化量dV=V（n）-V（n-1）以及电流变化量dI=I（n）-I（n-1）；其中，V（n）表示当前采样的输出电压，V（n-1）表示前一次采样的输出电压，I（n）表示当前采样的输出电流，I（n-1）表示前一次采样的输出电流；
步骤二，太阳能控制器功率变换驱动电路的当前导通时间为T（n），前一次的导通时间为T（n-1），下一次的导通时间为T（n+1），预设导通时间调整的步进值c，步进值c为不大于最大导通时间的0.1倍的正数，并预设第一常数X1、第二常数X2和第三常数X3，其中，第一常数X1和第二常数X2为不大于太阳能电池的标称功率的0.05倍的正数，第三常数X3为不大于太阳能电池的标称功率的0.2倍的正数；
在步骤二中，此处预设驱动电路的导通时间的步进值有两种方式，一种是预设单一的步进值c即可，另一种方式是指导通时间的步进值超过一种，且步进值根据跟踪的功率变化量、电压变化量、电流变化量的不同区间对应变化。
在后面一种方式中，以三个步进值为例进行说明：太阳能电池最大功率的追踪阶段包括三个阶段：初始阶段或快速变化阶段、接近最大功率点阶段以及稳定阶段，导通时间T（n）的步进值c包括三个值：第一步进值c1、第二步进值c2以及第三步进值c3。其中，第一步进值c1、第二步进值c2和第三步进值c3都为不大于最大导通时间的0.1倍的正数，且第一步进值c1>第二步进值c2>第三步进值c3。
也就是说，在初始跟踪阶段或阳光剧烈变化阶段，使用最大的第一步进值c1进行快速跟踪，在接近最大功率点后变更为较大的第二步进值c2进行准确跟踪，当稳定后使用最小的第三步进值c3进行高效率的跟踪。
当然，采用两个步进值也是可以的，比如太阳能电池最大功率的追踪阶段至少包括三个阶段：初始阶段或快速变化阶段、接近最大功率点阶段以及稳定阶段，与其对应的导通时间T（n）的步进值c至少包括两个值：第一步进值c1和第二步进值c2，根据太阳能电池最大功率跟踪的不同追踪阶段，在初始阶段或快速变化阶段的步进值为第一步进值c1，在接近最大功率点后及进入稳定阶段的步进值为第二步进值c2，其中，第一步进值c1>第二步进值c2，且第一步进值c1、第二步进值c2都为不大于最大导通时间的0.1倍的正数。
步骤三，当太阳能控制器功率变换驱动电路按照导通时间T（n）导通时，判断电压变化量dV的绝对值|dV|和所述的第一常数X1之间的大小关系，然后根据判断结果进行步骤a或步骤b：当|dV|＜X1时，执行步骤a，当|dV|≥X1时，执行步骤b；
步骤a：分为以下两种情况，
第一种，当导通时间T（n）与前一次的导通时间T（n-1）相比较的结果为导通时间T（n）增加步进值c或没有变化时，此时继续判断电流变化量dI和所述的第二常数X2之间的关系，
当|dI|＜X2时，则维持导通时间T（n）不变：T（n+1）=T（n）；
当dI≥X2时，则导通时间T（n）增加步进值c：T（n+1）=T（n）+c；
当dI≤-X2时，则导通时间T（n）减少步进值c：T（n+1）=T（n）-c；
第二种，当导通时间T（n）与前一次的导通时间T（n-1）相比较的结果为导通时间T（n）减少步进值c时，此时继续判断电流变化量dI和所述的第二常数X2之间的关系，
当|dI|＜X2时，则维持导通时间T（n）不变：T（n+1）=T（n）；
当dI≥X2时，则导通时间T（n）减少步进值c：T（n+1）=T（n）-c；
当dI≤-X2时，则导通时间T（n）增加步进值c：T（n+1）=T（n）+c；
其中，T（n）表示当前采样的导通时间，T（n-1）表示前一次采样的导通时间，T（n+1）表示下一次的导通时间。
步骤b：分为以下两种情况，
第一种，当导通时间T（n）与前一次的导通时间T（n-1）相比较的结果为导通时间T（n）增加步进值c或没有变化时，此时继续判断I*dV+V*dI和所述的第三常数X3之间的关系，
当|I*dV+V*dI|＜X3时，，则维持导通时间不变：T（n+1）=T（n）；
当I*dV+V*dI≥X3时，则导通时间增加步进值c：T（n+1）=T（n）+c；
当I*dV+V*dI≤-X3时，则导通时间减少步进值c：T（n+1）=T（n）-c；
第二种，当导通时间T（n）与前一次的导通时间T（n-1）相比较的结果为导通时间T（n）减少步进值c时，此时继续判断I*dV+V*dI和所述的第三常数X3之间的关系，
当|I*dV+V*dI|＜X3时，则维持导通时间不变：T（n+1）=T（n）；
当I*dV+V*dI≥X3时，则导通时间减少步进值c：T（n+1）=T（n）-c；
当I*dV+V*dI≤-X3时，则导通时间增加步进值c：T（n+1）=T（n）+c。
以上是按照导通时间T（n）进行说明的，但是以占空比进行说明也是可以的，占空比＝T（n）×F×100％，其中，F为太阳能控制器的斩波频率，占空比是一比值，无单位，步进c是时间的变化量，单位是秒。
Claims (3)
1.一种太阳能电池最大功率跟踪方法，其特征是包括以下步骤：
步骤一，太阳能控制器对太阳能电池的输出电压V（n）和输出电流I（n）进行检测，并根据检测结果计算电压变化量dV=V（n）-V（n-1）以及电流变化量dI=I（n）-I（n-1）；其中，V（n）表示当前采样的输出电压，V（n-1）表示前一次采样的输出电压，I（n）表示当前采样的输出电流，I（n-1）表示前一次采样的输出电流；
步骤二，太阳能控制器功率变换驱动电路的当前导通时间为T（n），前一次的导通时间为T（n-1），下一次的导通时间为T（n+1），导通时间调整的步进值c，步进值c为不大于最大导通时间的0.1倍的正数，并预设第一常数X1、第二常数X2和第三常数X3，其中，第一常数X1和第二常数X2为不大于太阳能电池的标称功率的0.05倍的正数，第三常数X3为不大于太阳能电池的标称功率的0.2倍的正数；
步骤三，当太阳能控制器功率变换驱动电路按照导通时间T（n）导通时，判断电压变化量dV的绝对值|dV|和所述的第一常数X1之间的大小关系，然后根据判断结果进行步骤a或步骤b：当|dV|＜X1时，执行步骤a，当|dV|≥X1时，执行步骤b；
步骤a：分为以下两种情况，
第一种，当导通时间T（n）与前一次的导通时间T（n-1）相比较的结果为导通时间T（n）增加步进值c或没有变化时，此时继续判断电流变化量dI和所述的第二常数X2之间的关系，
当|dI|＜X2时，则维持导通时间不变：T（n+1）=T（n）；
当dI≥X2时，则导通时间增加步进值c：T（n+1）=T（n）+c；
当dI≤-X2时，则导通时间减少步进值c：T（n+1）=T（n）-c；
第二种，当导通时间T（n）与前一次的导通时间T（n-1）相比较的结果为导通时间T（n）减少步进值c时，此时继续判断电流变化量dI和所述的第二常数X2之间的关系，
当|dI|＜X2时，则维持导通时间不变：T（n+1）=T（n）；
当dI≥X2时，则导通时间减少步进值c：T（n+1）=T（n）-c；
当dI≤-X2时，则导通时间增加步进值c：T（n+1）=T（n）+c；
步骤b：分为以下两种情况，
第一种，当导通时间T（n）与前一次的导通时间T（n-1）相比较的结果为导通时间T（n）增加步进值c或没有变化时，此时继续判断I*dV+V*dI和所述的第三常数X3之间的关系，
当|I*dV+V*dI|＜X3时，则维持导通时间不变：T（n+1）=T（n）；
当I*dV+V*dI≥X3时，则导通时间增加步进值c：T（n+1）=T（n）+c；
当I*dV+V*dI≤-X3时，则导通时间减少步进值c：T（n+1）=T（n）-c；
第二种，当导通时间T（n）与前一次的导通时间T（n-1）相比较的结果为导通时间T（n）减少步进值c时，此时继续判断I*dV+V*dI和所述的第三常数X3之间的关系，
当|I*dV+V*dI|＜X3时，则维持导通时间不变：T（n+1）=T（n）；
当I*dV+V*dI≥X3时，则导通时间减少步进值c：T（n+1）=T（n）-c；
当I*dV+V*dI≤-X3时，则导通时间增加步进值c：T（n+1）=T（n）+c。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池最大功率跟踪方法，其特征是所述太阳能电池最大功率的追踪阶段至少包括三个阶段：初始阶段或快速变化阶段、接近最大功率点阶段以及稳定阶段，与其对应的导通时间T（n）的步进值c至少包括两个值：第一步进值c1和第二步进值c2，
根据太阳能电池最大功率跟踪的不同追踪阶段，在初始阶段或快速变化阶段的步进值为第一步进值c1，在接近最大功率点后及进入稳定阶段的步进值为第二步进值c2，其中，第一步进值c1>第二步进值c2，且第一步进值c1、第二步进值c2都为不大于最大导通时间的0.1倍的正数。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池最大功率跟踪方法，其特征是所述太阳能电池最大功率的追踪阶段至少包括三个阶段：初始阶段或快速变化阶段、接近最大功率点后的阶段以及稳定阶段，与其对应的导通时间T（n）的步进值c至少包括三个值：第一步进值c1、第二步进值c2以及第三步进值c3，
根据太阳能电池最大功率跟踪的不同追踪阶段，在初始阶段或快速变化阶段的步进值为第一步进值c1，在接近最大功率点后的步进值为第二步进值c2，进入稳定阶段的步进值为第三步进值c3，其中，第一步进值c1>第二步进值c2>第三步进值c3，且第一步进值c1、第二步进值c2和第三步进值c3都为不大于最大导通时间的0.1倍的正数。
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