CN102768555A - 一种适用于光伏系统的高效mppt控制策略 - Google Patents

Abstract

一种适用于光伏系统的高效mppt控制策略，实时动态调节光伏电池输出电压，实现光伏系统最大功率输出。本发明有益效果体现在：通过采用变步长的扰动观察法控制方法，兼顾了系统精度和速度上的要求。

Description

一种适用于光伏系统的高效mppt控制策略

技术领域

本发明涉及光伏电池发电效率最大化控制方法，适用于各种大中小功率等级的光伏新能源并网发电场合。 

背景技术

光伏发电作为清洁能源发电的重要一支，近年来呈现蓬勃的发展趋势，由于光伏电池的工作原理特性——在系统的外界环境（温度，日照，角度等）条件下，不同的阵列输出电压可以得到不同的输出功率，为了尽可能多的输出电能，光伏系统必须对系统进行最大功率跟踪(MPPT)控制。目前MPPT算法主要有扰动观察法和电导增量法。 

电导增量法算法较为复杂，且要求系统控制响应要快，算法复杂降低了系统的稳定性，且对系统控制响应速度提出了更为严峻的要求，其应用相比较于扰动观察法有一定的局限性。 

扰动观察法分为定步长扰动观察法和变步长扰动观察法两种，定步长扰动观察法，步长选择小了，精度高但跟踪速度慢，步长选择大了，速度快但精度低，跟踪速度和跟踪精度是一对不可调和的矛盾。且扰动观察法下一次的扰动方向判断由功率大小比较来决定，功率计算的准确性显得尤为重要，否则就增大了误判的几率。 

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种变步长的扰动观察法，解决了搜索速度和精度这一对不可调和的矛盾，且提供了可靠的准确的功率计算方法，大大降低了功率误判的几率。 

本发明解决技术问题所采用的技术方案是： 

一种适用于光伏系统的高效mppt控制策略，其特征是实时动态调节光伏电池输出电压，实现光伏系统最大功率输出。控制过程分为三个阶段：

a、在本次阵列电压扰动完成进入稳态后，实时计算当前PV阵列输出功率，以与上一次阵列输出功率比较，作为判断下一次扰动方向的依据；

b、在寻优最大功率点的过程中，若连续N（N=3，4，5……）次朝功率增大的方向扰动，则不断放大电压扰动步长直至最大限值 

（

=1V，2V，3V……），从而快速寻优到最大功率点；

c、在寻优到最大功率点后，若功率增大减小来回摆动，则不断缩小电压扰动步长直至最小限值（=1V，0.9V，0.8V……），从而减少在最大功率点处的震荡损失。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在： 

1、通过采用变步长的扰动观察法控制方法，兼顾了系统精度和速度上的要求，在寻优最大功率点的过程中，大步长的快速扰动到最大功率点，保证了跟踪速度。在寻优到最大功率点后，通过步长收敛大大降低了系统的震荡损失，保证了跟踪精度。

2、光伏MPPT扰动采取周期性的扰动策略，下一次的扰动方向判断依赖于PV输出功率大小的比较，通过采最新的电压电流值的方法，避免了将电压扰动过程中的采样点带进来，提高了检测稳态下PV输出功率的精度，降低了误判的几率。 

附图说明

图1为光伏电池阵列的I-V&P-V特性曲线。 

图2为光伏电池不同温度下的P-V特性曲线。 

图3为光伏电池不同日照量下的P-V特性曲线。

图4为本发明控制方法原理图。 

图5为本发明控制方法流程图。 

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明 

具体实施方式

图1给出的光伏电池阵列I-V&P-V特性曲线，是系统分析最重要的技术数据之一，图示表明它具有强烈的非线性特性。 

在给定日照情况下，光伏电池阵列短路（

＝0）时，此时电流为短路电流

；光伏电池阵列开路（

＝0）时，此时电压为开路电压

。当光伏阵列电压上升时，输出功率从零开始增加，当电压达到一定值时，功率可达到最大，输出电压继续增大时，功率开始减小并最终减小为零。光伏电池阵列输出功率最大的点，称为最大功率点，该点所对应的电压称为最大功率点电压；该点所对应的电流，称为最大功率点电流；该点的功率，称为最大功率

。 

温度和日照强度是影响光伏阵列功率输出的最重要的参数，温度上升将使太阳电池开路电压V_0C下降，短路电流轻微增大，总体效果会造成光伏电池的输出功率下降，如图2所示；而日照强度的增大将会使光伏电池的输出功率增大，如图3所示。上述因素会造成系统工作点飘忽不定，这必然导致系统效率的降低。为此，光伏阵列必须实现最大功率点跟踪控制，以便阵列在任何当前日照下不断获得最大功率输出。 

图4可以看出，光伏阵列PV曲线是一个以最大功率点为极值的单峰函数，其特点说明我们可以用步进搜索法来寻找最大功率点，即从起始状态开始，每次做一有限变化，然后测量由于输入信号变化引起输出变化的大小及方向，等到辨别了方向以后，再命令被控对象的输入按需要的方向调节，实现自寻最优控制。当负载特性与太阳电池特性的交点在阵列最大功率点相应电压

之左时，MPPT的作用是使交点处的电压升高，而当交点在阵列最大功率点相应电压之右时，MPPT的作用是使交点处的电压下降。图中说明了这个动态过程：首先，假定系统工作点在功率上升曲线A点，此时电压扰动方向+

V,则下一个MPPT周期的光伏阵列输出电压为=

+

V=,由于

，说明电压扰动方向正确，继续保持原方向，工作点从B到C。由于

 ，继续保持原扰动方向，工作点从C到D，而此时功率点在下降曲线上，由于

，说明电压扰动方向为功率下降方向，则扰动方向反向为-

V，工作点从D到C。同理，系统工作点在B, C, D之间徘徊，保持寻优过程。 

图5为本发明的具体控制流程图，首先对系统的PV电压和PV电流采样，始终获得系统最新的时间段

(

=0.5s，0.4s，0.3s……)内的采样值各自求取平均值，其乘积作为当前稳态PV阵列输出功率值。通过比较系统当前PV输出功率与上一次PV输出功率，若功率增大，则下一周期以同方向扰动；否则改变扰动方向。若功率连续CNT1（CNT1=3，4，5……）次增大，则扰动步长乘以倍数值

(

=1.1，1.2，1.3……)，在此基础上连续增大次数到CNT2（CNT2= CNT1+1，2，3……），扰动步长继续乘以

，之后若仍维持功率增大趋势，则每次均乘以

直至到最大步长限值

。若功率增大减小来回摆动，累计次数达到CNT3（CNT3=2，3，4……）次及以上，则扰动步长不断除以

直至到最小步长限值

。最后保存当前稳态PV输出功率值，以作为下一次比较的上次值，同时将改变的电压扰动输出到控制接口上，则本次MPPT扰动结束。 

Claims (3)

1.一种适用于光伏系统的高效mppt控制策略，其特征是实时动态调节光伏电池输出电压，实现光伏系统最大功率输出；

控制过程分为三个阶段：

a、在本次阵列电压扰动完成进入稳态后，实时计算当前PV阵列输出功率，以与上一次阵列输出功率比较，作为判断下一次扰动方向的依据；

b、在寻优最大功率点的过程中，若连续Q（Q=3，4，5……）次朝功率增大的方向扰动，则不断放大电压扰动步长直至最大限值                                                

（

=1V，2V，3V……），从而快速寻优到最大功率点；

c、在寻优到最大功率点后，若功率增大减小来回摆动，则不断缩小电压扰动步长直至最小限值（

=1V，0.9V，0.8V……），从而减少在最大功率点处的震荡损失。

2.根据权利要求1所述的实时计算当前稳态PV阵列输出功率，其特征是针对系统的PV电压和PV电流采样，始终获得系统最新的时间段

(

=0.5s，0.4s，0.3s……)内的采样值各自求取平均值，其乘积作为当前稳态PV阵列输出功率值。

3.根据权利要求1所述的变步长最大功率寻优控制方法，其特征是通过比较系统当前PV输出功率与上一次PV输出功率，若功率增大，则下一周期以同方向扰动；否则改变扰动方向；

若功率连续CNT1（CNT1=3，4，5……）次增大，则扰动步长乘以倍数值

(

=1.1，1.2，1.3……)，在此基础上连续增大次数到CNT2（CNT2= CNT1+1，2，3……），扰动步长继续乘以

，之后若仍维持功率增大趋势，则每次均乘以

直至到最大步长限值；

若功率增大减小来回摆动，累计次数达到CNT3（CNT3=2，3，4……）次及以上，则扰动步长不断除以

直至到最小步长限值

。

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