CN102665314A - 一种改进的mppt算法及基于该算法的太阳能led路灯系统 - Google Patents

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CN102665314A CN2012101589777A CN201210158977A CN102665314A CN 102665314 A CN102665314 A CN 102665314A CN 2012101589777 A CN2012101589777 A CN 2012101589777A CN 201210158977 A CN201210158977 A CN 201210158977A CN 102665314 A CN102665314 A CN 102665314A
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Abstract

本发明涉及太阳能LED路灯系统。本发明包括一种改进的MPPT算法和基于该算法的太阳能LED路灯系统。其中一种改进的MPPT算法，具有以下步骤：步骤1：根据当前的环境温度T及开路电压Voc设定最大功率点跟踪启动范围为到；步骤2：测量太阳能电池板的输出电压和输出电流；步骤3：判断是否满足，如果满足则从到的中点开始寻找最大功率点；步骤4：判断该在一段较短时间内是否位于最大功率点；步骤5：判断该在较长时间内是否位于最大功率点；如果是则计算PI控制器的参考电压，通过对和进行PI调节，使系统稳定运行在最大功率点处；否则继续寻找最大功率点；步骤6：间隔较长时间再次查询该是否仍位于最大功率点，如果不再位于，则返回步骤2继续跟踪最大功率点。

Description

一种改进的MPPT算法及基于该算法的太阳能LED路灯系统
技术领域
本发明涉及太阳能LED路灯系统，具体涉及一种改进的MPPT算法及基于该算法的太阳能LED路灯系统。
背景技术
将LED灯运用到路灯照明领域，可以比普通的高压钠灯节能50%以上，并且使用寿命长；而将太阳能与LED相结合得到的太阳能LED路灯系统把两者的优点集中到了一起，使得城市路灯照明系统更加节能。
现有的太阳能LED路灯系统主要由太阳能电池板、LED灯头、控制箱（内有控制器、蓄电池）和灯杆等几部分构成，其中太阳能电池板是太阳能路灯系统中的核心部分，其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送至蓄电池中存储起来。在众多太阳能电池板中较普遍且较实用是晶硅太阳能电池板。目前由于晶硅太阳能电池板的转换效率较低，只能达到17%左右，而受材料的影响目前这个效率很难在短时间内得到质的提升，因此现有的太阳能LED路灯系统应在电力控制部分上尽量提高太阳能电池板的发电效率。
在电力控制部分提高太阳能电池板的发电效率，即充分利用太阳能，使太阳能电池板工作在最大功率点附近，由于太阳能电池板的输出特性是非线性的，主要受光照强度和温度等外界环境的影响，这就需要最大功率点追踪（Maximum Power Point Tracking，简写为MPPT）。所谓最大功率点跟踪，即指控制器能够实时侦测太阳能电池板的发电电压，并且追踪最高的电压电流值，使得系统工作在最高功率点，从而达到系统的最高效率，其实质是一种自寻优过程。
目前比较成熟的MPPT算法主要有恒压跟踪法、扰动观察法、电导增量法及各种改进的电导增量法等等，这些技术一般都是以电压作为参考值进行调节，以达到对最大功率点进行跟踪控制的目的。其中最易于实现的是恒压跟踪法CVT：恒压跟踪法是指给定电压参考值，在外界环境变化不大时，太阳能电池板的输出曲线上的最大功率点几乎分布于一条垂直直线的两侧。若能将太阳能电池板输出电压控制在其最大功率点时的电压，系统将工作在最大功率点，该方法控制简单稳定性好，但是控制精度较差，可与其他方法相结合使用。
而目前应用最广的方法是扰动观察法：常规的扰动观察法，因为其算法简单，容易实现，对传感器精度要求不高而应用及其广泛，但也有明显的缺点：一方面是即使系统已经运行在最大功率点附近，扰动仍不停止，这样就会出现电压随着扰动的持续而震荡进而导致功率损失；另一方面，当光照强度或温度快速变化时系统容易出现误判。常规的扰动观察法一般采取固定步长的运算方法，该方法存在明显的缺陷，若所取的步长过长，会使系统产生剧烈的震荡；若步长过小，会使系统长时间处于低功率输出区。而目前改进后的变步长扰动观察法是在常规扰动观察发基础上改进的，在一定程度上解决固定步长所存在的问题，提高了响应的快速性和精确性，在外界环境的光照强度和温度变化不大的情况下，能够迅速精确跟踪到最大功率点。但是当外界环境变化剧烈时，仍然会出现误判。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种改进的MPPT算法及基于该算法的太阳能LED路灯系统，该太阳能LED路灯系统采用改进的MPPT算法对太阳能LED路灯系统的电力控制部分进行优化，通过实时追踪太阳能电池板发电电压的最高的电压电流值，并结合外界环境的温度，使得系统工作在最高功率点附近，从而达到系统的最高效率。
为了解决上述技术问题，本发明的思路是，将MPPT算法中的恒压跟踪法和变步长扰动观察法相结合，且考虑外界环境的温度的影响，减少现有技术的误判及震荡等问题，克服常规MPPT算法的缺点，能够迅速、稳定、精确地跟踪到最大功率点，进而应用到太阳能LED路灯系统中，对其电力控制部分进行优化，从而提高发电效率。
本发明一种改进的MPPT算法，应用于太阳能LED路灯系统，具有以下步骤：
步骤1：根据当前的环境温度T及开路电压Voc设定太阳能LED路灯系统的最大功率点跟踪启动范围为                                                
Figure 49834DEST_PATH_IMAGE001
到
Figure 229142DEST_PATH_IMAGE002
，该启动范围包含此时太阳能电池板的最大功率点的电压理论值Vmppt，该启动范围越小，系统越能快速跟踪到最大功率点；
步骤2：测量获得太阳能电池板的当前输出电压
Figure 504266DEST_PATH_IMAGE003
和输出电流
Figure 85420DEST_PATH_IMAGE004
； 
步骤3：判断太阳能电池板的输出电压
Figure 420586DEST_PATH_IMAGE003
是否满足，如果满足则：则令
Figure 166005DEST_PATH_IMAGE003
=（+
Figure 874778DEST_PATH_IMAGE001
）/2，即最大功率点从
Figure 825416DEST_PATH_IMAGE002
到的中点开始寻找；
步骤4：判断该对应的功率值在一个时间周期T1内是否位于最大功率点，具体包括：
步骤41：首先测量获得前一时刻的第k个周期时太阳能电池板输出的直流电压
Figure 940637DEST_PATH_IMAGE006
和直流电流
Figure 378571DEST_PATH_IMAGE007
，以及处于当前时刻的第k+1个周期时太阳能电池板输出的直流电压
Figure 736871DEST_PATH_IMAGE008
和直流电流
Figure 209441DEST_PATH_IMAGE009
；
步骤42：根据功率计算公式
Figure 260574DEST_PATH_IMAGE010
分别计算得到第k个周期的直流输出功率
Figure 185804DEST_PATH_IMAGE011
和第k+1个周期的直流输出功率
Figure 410112DEST_PATH_IMAGE012
；
步骤43：根据
Figure 907828DEST_PATH_IMAGE013
和
Figure 192178DEST_PATH_IMAGE014
的差值来判断最大功率点是在当前周期之前还是之后，具体过程是：根据公式
Figure 604705DEST_PATH_IMAGE015
计算前后周期的功率差值，A：如果
Figure 570387DEST_PATH_IMAGE016
：同时判断输出电压差
Figure 751970DEST_PATH_IMAGE017
是否大于零，A1：如果
Figure 879326DEST_PATH_IMAGE018
，则将此时输出电压
Figure 779149DEST_PATH_IMAGE008
为前一时刻输出电压
Figure 345259DEST_PATH_IMAGE006
加上一个变量C，即
Figure 584611DEST_PATH_IMAGE008
=
Figure 945185DEST_PATH_IMAGE006
+C；A2：如果
Figure 332304DEST_PATH_IMAGE019
，则将此时输出电压
Figure 141253DEST_PATH_IMAGE008
为前一时刻输出电压
Figure 31849DEST_PATH_IMAGE006
减去一个变量C，即=
Figure 375423DEST_PATH_IMAGE006
-C；则B：如果
Figure 548915DEST_PATH_IMAGE020
：同时判断输出电压差
Figure 559596DEST_PATH_IMAGE017
是否大于零，B1：如果
Figure 465235DEST_PATH_IMAGE018
，则将此时输出电压为前一时刻输出电压减去一个变量C，即
Figure 561367DEST_PATH_IMAGE008
=
Figure 272971DEST_PATH_IMAGE006
-C；B2：如果
Figure 75842DEST_PATH_IMAGE019
，则=
Figure 234346DEST_PATH_IMAGE006
+C； 
其中0.2V<C<5V。优选的，所述时间周期T1为100ms。
上述C的值具体是根据当前时刻的电压值
Figure 484062DEST_PATH_IMAGE008
与太阳能电池板的开路电压Voc比较计算获得：
如果0<
Figure 469335DEST_PATH_IMAGE008
<0.74×Vmppt；则C=5V；
如果0.75×Vmppt<<0.78×Vmppt；则C=2V；
如果0.79×Vmppt<
Figure 787501DEST_PATH_IMAGE008
<0.81×Vmppt，则C=0.2V；
如果0.82×Vmppt<
Figure 840908DEST_PATH_IMAGE008
<0.85×Vmppt，则C=2V；
如果0.86×Vmppt<<1×Vmppt，则C=5V；
其中，Vmppt是最大功率点电压理论值，Vmppt=0.8×Voc。
上述步骤中，当前输出电压V(k+1)保持6秒稳定在+0.25V和-0.25V的变化幅度范围内，即表示电压最终在V(k+1)±0.25V范围稳定跳变６秒，则认为寻找到最大功率点。
步骤5：判断该
Figure 99031DEST_PATH_IMAGE003
在一个时间周期T2内是否位于最大功率点，T2>T1，优选的，所述时间周期T2为500ms，判断方法同步骤4，如果检测到电压停止扰动，将系统视为运行在最大功率点，计算获得PI控制器的参考电压
Figure 391472DEST_PATH_IMAGE021
，并将该参考电压
Figure 186253DEST_PATH_IMAGE021
值与
Figure 880539DEST_PATH_IMAGE003
进行PI调节，使系统稳定运行在最大功率点处；否则继续增加扰动量C，直至找到最大功率点；其中是太阳能电池板输出电压的实时动态值，系统根据该数值作为参考电压，通过PI调节器调节当前的太阳能输出电压；
步骤6：间隔一段时间，增加扰动量C，查询该
Figure 4846DEST_PATH_IMAGE003
是否仍位于最大功率点，如果不再位于最大功率点，则返回步骤2继续寻找最大功率点。
进一步的，步骤1中，所述当前的环境温度T是由温度传感器检测得到，所述开路电压Voc是：当太阳能电池板没有接任何负载时，其正负两端之间的电压值，
Figure 337738DEST_PATH_IMAGE022
；
Figure 824214DEST_PATH_IMAGE001
和的值是根据太阳能电池板的系统辨识模型的曲线来确定的；系统辨识模型建模如下过程：
首先建立模型：I =Ig×Id{exp[(q/AKT)×(Vo + IoRs )]-1}-(Vo + IoRs)/Rsh
式中: I是电池输出电流; Ig是光生电流；Id是二极管饱和电流；q是电荷电量，q=1.6×10-19库仑；A是二极管因子；K是波尔兹曼常数，K=1.38 ×10-23 J/K；T 是当前环境温度，其使用开氏温度表示；Vo是电池的输出电压；Io是电池的输出电流；Rs为等效串联电阻；Rsh是等效并联电阻；厂商提供的太阳能电池板均有提供上述参数。
然后对上述模型做如下定义:令is、es分别为太阳能电池板的输出电流和输出电压,则：
(1) 开路状态下, is = 0 , es = Voc ; 
(2) 最大功率点处, is = Im , es = Vm ； 
并且设定Ig = Isc , Isc是短路电流，因为在通常情况下, Rs远小于二极管正向导通电阻，则太阳能电池板的I-V方程可表示为:。
is = Isc (1 - C1{exp[esP( C2*Voc ) ] - 1}) (2)
其中C1、C2 为待求的系数。则系统根据上式求得P值，则确定了系统辨识模型的光伏曲线，从该光伏曲线得出和
Figure 315873DEST_PATH_IMAGE002
的值。该光伏曲线的推导及求值为公知技术，可查阅相关资料获得，这里不再赘述。
一种基于上述算法的太阳能LED路灯系统，包括路灯外壳和电路部分，该电路部分包括太阳能电池板、太阳能逆变模块、变压器及隔离电路、DSP数据处理及控制模块、数据采集及检测电路和温度传感器，所述太阳能电池板的输出端电性连接于所述太阳能逆变模块的输入端和数据采集及检测电路的输入端，所述太阳能逆变模块的输出端电性连接于所述变压器及隔离电路的输入端，所述变压器及隔离电路的输出端接于电网，所述温度传感器的输出端电性连接于所述数据采集及检测电路的输入端，所述数据采集及检测电路的输出端电性连接于所述DSP数据处理及控制模块的输入端，所述DSP数据处理及控制模块的输出端电性连接于太阳能逆变模块的输入端；所述温度传感器测量得到当前的环境温度T；所述DSP数据处理及控制模块包含：
实现根据当前的环境温度T及开路电压Voc设定太阳能LED路灯系统的最大功率点跟踪启动范围为
Figure 719172DEST_PATH_IMAGE001
到
Figure 978115DEST_PATH_IMAGE002
的装置；
实现测量太阳能电池板的输出电压
Figure 168663DEST_PATH_IMAGE003
和输出电流
Figure 905675DEST_PATH_IMAGE004
的装置；
实现判断太阳能电池板的输出电压
Figure 429060DEST_PATH_IMAGE003
是否满足及确定值的装置；
实现判断该
Figure 313336DEST_PATH_IMAGE003
对应的功率值在一个时间周期T1内是否位于最大功率点的装置；
实现判断该
Figure 894490DEST_PATH_IMAGE003
对应的功率值在一个时间周期T2内是否位于最大功率点的装置；
实现间隔时间周期T3再次查询该
Figure 229657DEST_PATH_IMAGE003
是否仍位于最大功率点的装置；
实现计算最大功率点时的PI控制器的参考电压
Figure 896262DEST_PATH_IMAGE021
的装置；
以及对参考电压
Figure 975076DEST_PATH_IMAGE021
与
Figure 473053DEST_PATH_IMAGE003
进行PI调节以使系统稳定运行在最大功率点处的PI控制器；
其中，T2>T1，T3>T2。优选的，T1=100ms，T2=500ms，T3=1000ms。
本发明太阳能LED路灯系统采用了改进的MPPT算法对太阳能LED路灯系统的电力控制部分进行优化，通过实时追踪太阳能电池板发电电压的最高的电压电流值，并结合外界环境的温度，使得系统工作在最高功率点附近，从而达到系统的最高效率。该改进的MPPT算法基于改进的恒压设定的变步长扰动观察法，不仅能够在外部环境变化不大的情况下快速、精确、稳定的追踪到最大功率点，还能在温度及光照强度变化较大的情况下克服误判及震荡现象，提高整个系统的效率和稳定性，并且对传感器的精度及处理器运算能力没有特殊要求。
附图说明
图1是太阳能电池板的光伏特性曲线；
图2是本发明的MPPT算法中的系统辨识模型的曲线；
图３是本发明的MPPT算法中的寻找最大功率点的流程图；
图４是本发明太阳能LED路灯系统的模块示意图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明是在传统的扰动观察法的基础上加以改进，结合恒压跟踪法和最优梯度算法所得出的一种高效率、高稳定性的最大功率点跟踪法，其在逆变器正常运行后，分别测量系统中太阳能电池板的输出电压
Figure 418269DEST_PATH_IMAGE003
和输出电流
Figure 572170DEST_PATH_IMAGE004
；而目前现有的MPPT算法中，基本上只考虑了光照强度对系统的影响，常常忽略了温度对光伏特性曲线的影响，而太阳能电池板的实际使用环境的温度变化往往较快，对系统有着比较大的影响，特性曲线如图1所示。
因此本发明提出一种改进的MPPT算法，应用于太阳能LED路灯系统，具有以下步骤：
步骤1：根据当前的环境温度T及开路电压Voc设定太阳能LED路灯系统的最大功率点跟踪启动范围为
Figure 454675DEST_PATH_IMAGE001
到
Figure 807159DEST_PATH_IMAGE002
，该启动范围包含此时太阳能电池板的最大功率点的电压理论值Vmppt，该启动范围越小，系统越能快速跟踪到最大功率点；
步骤2：测量获得太阳能电池板的当前输出电压
Figure 687390DEST_PATH_IMAGE003
和输出电流
Figure 125325DEST_PATH_IMAGE004
； 
步骤3：判断太阳能电池板的输出电压
Figure 483625DEST_PATH_IMAGE003
是否满足，如果满足则：则令
Figure 804065DEST_PATH_IMAGE003
=（
Figure 165514DEST_PATH_IMAGE002
+
Figure 389822DEST_PATH_IMAGE001
）/2，即最大功率点从到
Figure 938932DEST_PATH_IMAGE001
的中点开始寻找；
步骤4：判断该
Figure 351459DEST_PATH_IMAGE003
对应的功率值在一个时间周期T1内是否位于最大功率点，具体包括：
步骤41：首先测量获得前一时刻的第k个周期时太阳能电池板输出的直流电压
Figure 51562DEST_PATH_IMAGE006
和直流电流
Figure 233144DEST_PATH_IMAGE007
，以及处于当前时刻的第k+1个周期时太阳能电池板输出的直流电压
Figure 626079DEST_PATH_IMAGE008
和直流电流
Figure 525902DEST_PATH_IMAGE009
；
步骤42：根据功率计算公式
Figure 92013DEST_PATH_IMAGE010
分别计算得到第k个周期的直流输出功率
Figure 567250DEST_PATH_IMAGE011
和第k+1个周期的直流输出功率；
步骤43：根据和
Figure 622428DEST_PATH_IMAGE014
的差值来判断最大功率点是在当前周期之前还是之后，具体过程是：根据公式
Figure 778603DEST_PATH_IMAGE015
计算前后周期的功率差值，A：如果
Figure 513340DEST_PATH_IMAGE016
：同时判断输出电压差
Figure 122176DEST_PATH_IMAGE017
是否大于零，A1：如果
Figure 233352DEST_PATH_IMAGE018
，则将此时输出电压
Figure 244033DEST_PATH_IMAGE008
为前一时刻输出电压
Figure 211989DEST_PATH_IMAGE006
加上一个变量C（即扰动量），即
Figure 744339DEST_PATH_IMAGE008
=
Figure 190364DEST_PATH_IMAGE006
+C；A2：如果
Figure 321131DEST_PATH_IMAGE019
，则将此时输出电压
Figure 397672DEST_PATH_IMAGE008
为前一时刻输出电压
Figure 981100DEST_PATH_IMAGE006
减去一个变量C，即=
Figure 153772DEST_PATH_IMAGE006
-C；则B：如果
Figure 463531DEST_PATH_IMAGE020
：同时判断输出电压差
Figure 471938DEST_PATH_IMAGE017
是否大于零，B1：如果
Figure 525345DEST_PATH_IMAGE018
，则将此时输出电压为前一时刻输出电压减去一个变量C，即
Figure 365125DEST_PATH_IMAGE008
=
Figure 284932DEST_PATH_IMAGE006
-C；B2：如果
Figure 577374DEST_PATH_IMAGE019
，则
Figure 434471DEST_PATH_IMAGE008
=+C；其中0.2V<C<5V。优选的，所述时间周期T1为100ms。
上述C的值具体是根据当前时刻的电压值
Figure 718002DEST_PATH_IMAGE008
与太阳能电池板的开路电压Voc比较计算获得：
如果0<
Figure 763318DEST_PATH_IMAGE008
<0.74×Vmppt；则C=5V；
如果0.75×Vmppt<<0.78×Vmppt；则C=2V；
如果0.79×Vmppt<
Figure 645004DEST_PATH_IMAGE008
<0.81×Vmppt，则C=0.2V；
如果0.82×Vmppt<
Figure 670729DEST_PATH_IMAGE008
<0.85×Vmppt，则C=2V；
如果0.86×Vmppt<
Figure 937762DEST_PATH_IMAGE008
<1×Vmppt，则C=5V；
其中，Vmppt是最大功率点电压理论值，Vmppt=0.8×Voc。
C作为系统扰动量，其根据光伏曲线斜率的变化而变化。当斜率-1<dU/dI<0时，该点在最大功率点右侧，并且随着斜率值越接近0时，扰动量C逐渐缩小。当斜率1>dU/dI>0时，该点在最大功率点左侧，并且随着斜率值越接近0时，扰动量C逐渐缩小。扰动量C随着跟踪点在光伏曲线的不同位置情况而改变，避免了在跟踪点接近最大功率点时扰动量太大导致系统震荡。
步骤5：判断该
Figure 871083DEST_PATH_IMAGE003
在一个时间周期T2内是否位于最大功率点，T2>T1，优选的，所述时间周期T2为500ms，判断方法同步骤4，如果检测到电压停止扰动，将系统视为运行在最大功率点，计算获得PI控制器的参考电压，并将该参考电压
Figure 235123DEST_PATH_IMAGE021
值与
Figure 723873DEST_PATH_IMAGE003
进行PI调节，使系统稳定运行在最大功率点处；否则继续增加扰动量C，直至找到最大功率点；其中
Figure 664147DEST_PATH_IMAGE021
是太阳能电池板输出电压的实时动态值，系统根据该数值作为参考电压，通过PI调节器调节当前的太阳能输出电压；具体的，
Figure 187532DEST_PATH_IMAGE021
使用在控制系统中，运用于PI控制器，以保持最大功率点电压的稳定控制，也就是说，系统根据所得到得
Figure 289481DEST_PATH_IMAGE021
来保持最大功率点的稳定，避免使系统出现震荡的情况，导致系统的不稳定；
步骤6：间隔一段时间，增加扰动量C，查询该
Figure 531106DEST_PATH_IMAGE003
是否仍位于最大功率点，如果不再位于最大功率点，则返回步骤2继续寻找最大功率点。
上述步骤中，当前输出电压V(k+1)保持6秒稳定在+0.25V和-0.25V的变化幅度范围内，即表示电压最终在V(k+1)±0.25V范围稳定跳变６秒，则认为寻找到最大功率点。
进一步的，步骤1中，所述当前的环境温度T是由温度传感器检测得到，所述开路电压Voc是：当太阳能电池板没有接任何负载时，其正负两端之间的电压值，
Figure 71809DEST_PATH_IMAGE022
；
Figure 387384DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 988129DEST_PATH_IMAGE002
的值是根据太阳能电池板的系统辨识模型的曲线来确定的；系统辨识模型建模如下过程：
首先建立模型：I =Ig×Id{exp[(q/AKT)×(Vo + IoRs )]-1}-(Vo + IoRs)/Rsh， 
式中: I是电池输出电流; Ig是光生电流；Id是二极管饱和电流；q是电荷电量，q=1×10-19库仑；A是二极管因子；K是波尔兹曼常数，K=1138 ×10-23 J/K；T 是当前环境温度，其使用开氏温度表示；Vo是电池的输出电压；Io是电池的输出电流；Rs为等效串联电阻；Rsh是等效并联电阻；厂商提供的太阳能电池板均有提供上述参数。
然后对上述模型做如下定义:令is、es分别为太阳能电池板的输出电流和输出电压,则：
(1) 开路状态下, is = 0 , es = Voc ; 
(2) 最大功率点处, is = Im , es = Vm ； 
并且设定Ig = Isc , Isc是短路电流，因为在通常情况下, Rs远小于二极管正向导通电阻，则太阳能电池板的I-V方程可表示为:。
is = Isc (1 - C1{exp[esP( C2*Voc ) ] - 1}) (2)
其中C1、C2 为待求的系数。则系统根据上式求得P值，则确定了系统辨识模型的光伏曲线，从该光伏曲线得出
Figure 451472DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 246732DEST_PATH_IMAGE002
的值。该光伏曲线的推导及求值为公知技术，可查阅相关资料获得，这里不再赘述。
本发明基于上述算法的太阳能LED路灯系统，包括路灯外壳和电路部分，该电路部分包括太阳能电池板、太阳能逆变模块、变压器及隔离电路、DSP数据处理及控制模块、数据采集及检测电路和温度传感器，所述太阳能电池板的输出端电性连接于所述太阳能逆变模块的输入端和数据采集及检测电路的输入端，所述太阳能逆变模块的输出端电性连接于所述变压器及隔离电路的输入端，所述变压器及隔离电路的输出端接于电网，所述温度传感器的输出端电性连接于所述数据采集及检测电路的输入端，所述数据采集及检测电路的输出端电性连接于所述DSP数据处理及控制模块的输入端，所述DSP数据处理及控制模块的输出端电性连接于太阳能逆变模块的输入端；所述温度传感器测量得到当前的环境温度T；所述DSP数据处理及控制模块包含：
实现根据当前的环境温度T及开路电压Voc设定太阳能LED路灯系统的最大功率点跟踪启动范围为
Figure 744709DEST_PATH_IMAGE001
到
Figure 250777DEST_PATH_IMAGE002
的装置；
实现测量太阳能电池板的输出电压和输出电流的装置；
实现判断太阳能电池板的输出电压
Figure 639667DEST_PATH_IMAGE003
是否满足及确定
Figure 692254DEST_PATH_IMAGE003
值的装置；
实现判断该
Figure 316133DEST_PATH_IMAGE003
对应的功率值在一个时间周期T1内是否位于最大功率点的装置；
实现判断该对应的功率值在一个时间周期T2内是否位于最大功率点的装置；
实现间隔时间周期T3再次查询该
Figure 636573DEST_PATH_IMAGE003
是否仍位于最大功率点的装置；
实现计算最大功率点时的PI控制器的参考电压
Figure 998022DEST_PATH_IMAGE021
的装置；
以及对参考电压
Figure 222330DEST_PATH_IMAGE021
与
Figure 549406DEST_PATH_IMAGE003
进行PI调节以使系统稳定运行在最大功率点处的PI控制器；
其中，T2>T1，T3>T2。优选的，T1=100ms，T2=500ms，T3=1000ms。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种改进的MPPT算法，应用于太阳能LED路灯系统，其特征在于：具有以下步骤：
步骤1：根据当前的环境温度T及开路电压Voc设定太阳能LED路灯系统的最大功率点跟踪启动范围为                                                
Figure 314017DEST_PATH_IMAGE001
到，该启动范围包含此时太阳能电池板的最大功率点的电压理论值Vmppt，该启动范围越小，系统越能快速跟踪到最大功率点；
步骤2：测量获得太阳能电池板的输出电压
Figure 181796DEST_PATH_IMAGE003
和输出电流
Figure 602589DEST_PATH_IMAGE004
； 
步骤3：判断太阳能电池板的输出电压
Figure 356918DEST_PATH_IMAGE003
是否满足，如果满足则：则令
Figure 820578DEST_PATH_IMAGE003
=（
Figure 984843DEST_PATH_IMAGE002
+）/2，即最大功率点从到
Figure 82746DEST_PATH_IMAGE001
的中点开始寻找；
步骤4：判断该
Figure 621174DEST_PATH_IMAGE003
对应的功率值在一个时间周期T1内是否位于最大功率点；
步骤5：判断该
Figure 84517DEST_PATH_IMAGE003
对应的功率值在一个时间周期T2内是否位于最大功率点，T2>T1；如果检测到电压停止扰动，将系统视为运行在最大功率点，计算获得PI控制器的参考电压
Figure 428910DEST_PATH_IMAGE006
，并将该参考电压
Figure 97527DEST_PATH_IMAGE006
值与
Figure 869174DEST_PATH_IMAGE003
进行PI调节，使系统稳定运行在最大功率点处；否则继续寻找最大功率点；
步骤6：间隔一个时间周期T3，T3>T2，增加扰动量C，查询该是否仍位于最大功率点，如果不再位于最大功率点，则返回步骤2继续跟踪最大功率点。
2.根据权利要求1所述的MPPT算法，其特征在于：步骤4判断该
Figure 640001DEST_PATH_IMAGE003
对应的功率值在较短的时间范围内是否位于最大功率点，具体包括：
步骤41：首先测量获得前一时刻的第k个周期时太阳能电池板输出的直流电压
Figure 930168DEST_PATH_IMAGE007
和直流电流，以及处于当前时刻的第k+1个周期时太阳能电池板输出的直流电压
Figure 248334DEST_PATH_IMAGE009
和直流电流；
步骤42：根据功率计算公式
Figure 141520DEST_PATH_IMAGE011
分别计算得到第k个周期的直流输出功率
Figure 694118DEST_PATH_IMAGE012
和第k+1个周期的直流输出功率
Figure 619349DEST_PATH_IMAGE013
；
步骤43：根据和
Figure 108416DEST_PATH_IMAGE015
的差值来判断最大功率点是在当前周期之前还是之后，具体过程是：根据公式计算前后周期的功率差值：
A：如果
Figure 477397DEST_PATH_IMAGE017
：同时判断输出电压差
Figure 505396DEST_PATH_IMAGE018
是否大于零：
A1：如果
Figure 624662DEST_PATH_IMAGE019
，则将此时输出电压
Figure 516132DEST_PATH_IMAGE009
为前一时刻输出电压
Figure 150376DEST_PATH_IMAGE007
加上一个变量C，即
Figure 654170DEST_PATH_IMAGE009
=
Figure 955838DEST_PATH_IMAGE007
+C；
A2：如果
Figure 581991DEST_PATH_IMAGE020
，则
Figure 641214DEST_PATH_IMAGE009
=
Figure 11016DEST_PATH_IMAGE007
-C；
B：如果
Figure 104874DEST_PATH_IMAGE021
：同时判断输出电压差是否大于零，
B1：如果
Figure 510764DEST_PATH_IMAGE019
，则将此时输出电压
Figure 857825DEST_PATH_IMAGE009
为前一时刻输出电压
Figure 868507DEST_PATH_IMAGE007
加上一个变量C，即
Figure 836463DEST_PATH_IMAGE009
=
Figure 870278DEST_PATH_IMAGE007
-C；
B2：如果
Figure 581882DEST_PATH_IMAGE020
，则
Figure 447070DEST_PATH_IMAGE009
=
Figure 523610DEST_PATH_IMAGE007
+C； 
其中0.2V<C<5V。
3.根据权利要求2所述的MPPT算法，其特征在于：C的值具体是根据当前时刻的电压值
Figure 107038DEST_PATH_IMAGE009
与太阳能电池板的开路电压Voc比较计算获得：
如果0<<0.74×Vmppt；则C=5V；
如果0.75×Vmppt <
Figure 279710DEST_PATH_IMAGE009
<0.78×Vmppt；则C=2V；
如果0.79×Vmppt<<0.81×Vmppt，则C=0.2V；
如果0.82×Vmppt <
Figure 660193DEST_PATH_IMAGE009
<0.85×Vmppt，则C=2V；
如果0.86×Vmppt<
Figure 149818DEST_PATH_IMAGE009
<1×Vmppt，则C=5V；
其中，Vmppt是最大功率点的电压理论值，Vmppt=0.8×Voc。
4.根据权利要求1所述的MPPT算法，其特征在于：步骤1中根据当前的环境温度T及开路电压Voc设定太阳能LED路灯系统的最大功率点跟踪启动范围为
Figure 989598DEST_PATH_IMAGE001
到
Figure 407941DEST_PATH_IMAGE002
，所述当前的环境温度T是由温度传感器检测得到，所述开路电压Voc是当太阳能电池板没有接任何负载时，其正负两端之间的电压值，且
Figure 965962DEST_PATH_IMAGE001
<Voc<。
5.根据权利要求1所述的MPPT算法，其特征在于：T1=100ms，T2=500ms，T3=1000ms。
6.一种基于上述MPPT算法的太阳能LED路灯系统，包括路灯外壳和电路部分，其特征在于：该电路部分包括太阳能电池板、太阳能逆变模块、变压器及隔离电路、DSP数据处理及控制模块、数据采集及检测电路和温度传感器，所述太阳能电池板的输出端电性连接于所述太阳能逆变模块的输入端和数据采集及检测电路的输入端，所述太阳能逆变模块的输出端电性连接于所述变压器及隔离电路的输入端，所述变压器及隔离电路的输出端接于电网，所述温度传感器的输出端电性连接于所述数据采集及检测电路的输入端，所述数据采集及检测电路的输出端电性连接于所述DSP数据处理及控制模块的输入端，所述DSP数据处理及控制模块的输出端电性连接于太阳能逆变模块的输入端；所述温度传感器测量得到当前的环境温度T；所述DSP数据处理及控制模块包含：
实现根据当前的环境温度T及开路电压Voc设定太阳能LED路灯系统的最大功率点跟踪启动范围为
Figure 189449DEST_PATH_IMAGE001
到
Figure 106590DEST_PATH_IMAGE002
的装置；
实现测量太阳能电池板的输出电压
Figure 886327DEST_PATH_IMAGE003
和输出电流
Figure 219219DEST_PATH_IMAGE004
的装置；
实现判断太阳能电池板的输出电压
Figure 33592DEST_PATH_IMAGE003
是否满足
Figure 856054DEST_PATH_IMAGE005
及确定
Figure 562235DEST_PATH_IMAGE003
值的装置；
实现判断该对应的功率值在一个时间周期T1内是否位于最大功率点的装置；
实现判断该
Figure 430014DEST_PATH_IMAGE003
对应的功率值在一个时间周期T2内是否位于最大功率点的装置；
实现间隔时间周期T3再次查询该
Figure 361061DEST_PATH_IMAGE003
是否仍位于最大功率点的装置；
实现计算最大功率点时的PI控制器的参考电压
Figure 115391DEST_PATH_IMAGE006
的装置；
以及对参考电压
Figure 852402DEST_PATH_IMAGE006
与
Figure 313471DEST_PATH_IMAGE003
进行PI调节以使系统稳定运行在最大功率点处的PI控制器；
其中，T2>T1，T3>T2。
7.根据权利要求6所述的太阳能LED路灯系统，其特征在于：T1=100ms，T2=500ms，T3=1000ms。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103455080A (zh) * 2012-12-27 2013-12-18 深圳信息职业技术学院 一种光伏电池功率跟踪的方法及装置
CN104765402A (zh) * 2015-01-26 2015-07-08 闫朝阳 单级式光伏并网逆变器的钟摆式mppt算法
CN106202875A (zh) * 2016-06-27 2016-12-07 泰华智慧产业集团股份有限公司 基于云进化跟踪太阳能路灯最大功率点的方法及系统
CN112074051A (zh) * 2020-08-26 2020-12-11 安徽亮亮电子科技有限公司 一种具有温度补偿的智能夜灯控制电路及控制方法
CN112256079A (zh) * 2020-11-02 2021-01-22 西安热工研究院有限公司 一种逆变器用mppt跟踪方法、存储介质及计算设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040021445A1 (en) * 2002-07-31 2004-02-05 Harris Brent Earle Power slope targeting for DC generators
US20060174939A1 (en) * 2004-12-29 2006-08-10 Isg Technologies Llc Efficiency booster circuit and technique for maximizing power point tracking
CN101599724A (zh) * 2009-07-24 2009-12-09 中环（中国）工程有限公司 一种用于太阳能光伏发电系统的mppt控制装置及方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040021445A1 (en) * 2002-07-31 2004-02-05 Harris Brent Earle Power slope targeting for DC generators
US20060174939A1 (en) * 2004-12-29 2006-08-10 Isg Technologies Llc Efficiency booster circuit and technique for maximizing power point tracking
CN101599724A (zh) * 2009-07-24 2009-12-09 中环（中国）工程有限公司 一种用于太阳能光伏发电系统的mppt控制装置及方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
徐瑞东: "一种改进的光伏阵列最大功率点跟踪方法", 《电网与清洁能源》 *
王志敏: "一种改进的光伏发电系统MPPT控制方法", 《西安石油大学学报》 *
肖莹: "基于最大功率跟踪控制的离网型光伏发电系统研制", 《华南理工大学硕士论文集》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103455080A (zh) * 2012-12-27 2013-12-18 深圳信息职业技术学院 一种光伏电池功率跟踪的方法及装置
CN104765402A (zh) * 2015-01-26 2015-07-08 闫朝阳 单级式光伏并网逆变器的钟摆式mppt算法
CN106202875A (zh) * 2016-06-27 2016-12-07 泰华智慧产业集团股份有限公司 基于云进化跟踪太阳能路灯最大功率点的方法及系统
CN112074051A (zh) * 2020-08-26 2020-12-11 安徽亮亮电子科技有限公司 一种具有温度补偿的智能夜灯控制电路及控制方法
CN112074051B (zh) * 2020-08-26 2021-07-13 安徽亮亮电子科技有限公司 一种具有温度补偿的智能夜灯控制电路及控制方法
CN112256079A (zh) * 2020-11-02 2021-01-22 西安热工研究院有限公司 一种逆变器用mppt跟踪方法、存储介质及计算设备

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