CN103576735A - 基于自适应变步长光伏自动跟踪系统 - Google Patents

基于自适应变步长光伏自动跟踪系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于自适应变步长光伏自动跟踪系统，该系统包括信号采集模块、控制输出模块两部分。信号采集模块包括光敏传感器、电压采样模块、电流采样模块、信号处理电路、A/D转换模块、单片机；控制输出模块包括电机驱动模块、步进电机、PWM整流驱动模块、控制器、蓄电池负载。其中，光敏传感器、电压采样模块、电流采用模块用于获取光伏阵列的光信号、电压信号和电流信号，并经信号处理电路和A/D转换模块将这些信号转为数字信号，并传输到单片机内，在单片机内实现最大功率点定位，并通过控制输出模块实现最大功率点的自动跟踪。

Description

基于自适应变步长光伏自动跟踪系统
技术领域
本发明涉及一种光伏跟踪系统，尤其涉及一种基于自适应变步长光伏自动跟踪系统。
背景技术
能源已成为世界经济发展的关键问题，太阳能以其独特的特点——可再生和无污染，倍受人们关注。当前对于太阳能发电最大功率点跟踪的研究已涉及到许多的方向，其中有关于单轴跟踪、双轴跟踪等方式的理论分析和讨论，也有关于NIPPT算法的研究。比较典型的有恒定电压法可以近似实现光伏阵列的最大功率输出，且控制简单，可靠性高，稳定性好，然而这种方法精度差受气候变化影响比较大；扰动观察法是通过周期性地改变负载来改变系统的输出功率，虽然可以通过减小扰动幅度来减小能量损失，但将影响系统跟踪速度；增量电导法在理论上能避免扰动观察法输出功率反复振荡的缺点，并使阵列稳定运行于最大功率点处，其缺点是算法过于复杂，对于实现该算法的硬件质量要求增高，延时较长，会造成不必要的功率损耗等。
发明内容
为了弥补传统光伏自动跟踪系统的不足，本发明设计了一种自适应变步长光伏自动跟踪系统。
基于自适应变步长光伏自动跟踪系统包括两大部分，一部分是信号采集模块，包括光敏传感器、电压采样模块、电流采样模块、信号处理电路、模数转换模块、单片机；第二部分是控制输出模块，包括电机驱动模块、步进电机、PWM整流驱动模块、控制器、蓄电池负载、光伏电池、单片机。
所述的控制器采用变步长MPPT控制策略，主要是根据光伏组件输出P-U特性曲线上各点斜率的绝对值确定最大功率点跟踪的扰动步长，提高了搜索的快速性和稳定性。
基于变步长MPPT控制算法的具体步骤如下：
步骤1：检测光伏器件输出电压U、电流I，计算输出功率P，输出P-U特性曲线；
步骤2：在P-U特性曲线上计算各点斜率的绝对值，显然在采样周期很小时，P-U曲线上各点斜率的绝对值等于光伏组件各点输出功率变化量与输出电压变化量的比值的绝对值，即：|dP/dU|＝|ΔP/ΔU|，根据公式(1)确定k时刻扰动步长ΔD(k)
ΔP(k)＝P(k)-P(k-1)
ΔU(k)＝U(k)-U(k-1)
ΔD(k)＝|ΔP(k)/ΔU(k)|×ΔD式中：ΔP(k)，ΔU(k)分别为k-1时刻到k时刻占空比变化引起的光伏模块输出功率变化量和电压变化量；ΔD为占空比的固定变化量，为定值。
步骤3：通过步长改变占空比来增加或减少电压，并观测其后的功率变化方向，决定下一步的控制信号，通过多次这样的调节，使光伏组件最终达到最大功率输出。
本发明的有益效果是：本系统采用变扰动步长的MPPT跟踪算法，能够实时对光伏组件输出功率进行跟踪调节，大大提高光伏系统跟踪最大输出功率速度的同时，有效较低系统输出功率在最大功率点处的振荡现象，减小光伏组件的能力损耗。
附图说明
图1是本发明的结构图；
图2是本发明的控制原理框图。
具体实施方式
参照图1，本发明的具体实施步骤如下：首先分别通过电压采集模块、电流采集模块、光敏传感器获取光伏阵列的电压信号、电流信号和光信息；然后电压采样模块、电流采样模块、光敏传感器分别与信号处理器电路相连，再与AD模数转换模块相连，主要目的是将电压信号、电流信号和光信号转换为适应于单片机处理的数字信号，并将这三种信号输入到单片机MCU中。在单片机MCU中，通过控制器追踪系统的输出电压，达到控制系统输出功率，实现跟踪系统最大功率点的效果；并通过电机驱动模型使光伏电池板在东西方向上的0-180度范围内自由旋转。
参照图2，本发明的控制原理如下：获取光伏阵列的输出电压、电流，并经采样电路传输到单片机中，在单片机中应用基于自适应的变步长光伏MPPT自动跟踪算法追踪最大功率点，并通过控制器和驱动器旋转光伏阵列，保证光伏阵列能够随着最大功率点的移动而移动。

Claims (4)

1.基于自适应变步长光伏自动跟踪系统，其特征在于：该系统包括信号采集模块和控制输出模块两部分。其中信号采集模块包括光敏传感器、电压采样模块、电流采样模块、信号处理电路、模数转换模块、单片机；控制输出模块包括电机驱动模块、步进电机、PWM整流驱动模块、控制器、蓄电池负载。
2.根据权利要求1所述的基于自适应变步长光伏自动跟踪系统，其特征在于：该系统首先经光敏传感器、电压采集模块、电流采集模块分别获得光伏的光信号、电压信号、电流信号，并经信号处理电路和模数转换模块将光信号、电压信号、电流信号转换为数字信号，并输入到控制器中，通过控制器中的变步长扰动观察法对最大功率点进行跟踪。
3.根据权利要求1所述的基于自适应变步长光伏自动跟踪系统，其特征在于：采用变步长扰动观察法实现最大功率点快速和高精度的跟踪要求。
4.根据权利要求1所述的基于自适应变步长光伏自动跟踪系统，其特征在于：采用MPS超低耗单片机作为系统的控制和信息处理平台。
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