CN103777671B - 一种基于线性迭代的光伏mppt控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于线性迭代的光伏MPPT控制方法，包括如下步骤：（1）获取功率-电压特性曲线上电压分别为u_L和u_R的点A和点B，其中，u_L∈[0,U_m]，u_R∈[U_m,U_OC]，U_m为最大功率点对应的电压，U_OC为开路电压；（2）获取功率-电压特性曲线上与点A和点B的切线交点C电压相同的点D作为近似最大功率点；（3）获取过点D的切线，判断切线斜率的绝对值|P′(u_C)|是否小于预定的精度阈值ε，是则执行（5），否则执行（4）；（4）如果P′(u_C)>0，则将点D作为新的点A，返回（2）；如果P′(u_C)<0，则将点D作为新的点B，返回（2）；（5）确定点D为最大功率点，实现最大功率点跟踪。该方法能同时获得较快的跟踪速度和较高的跟踪精度，且方法简单，容易实现。

Description

一种基于线性迭代的光伏MPPT控制方法

技术领域

本发明属于光伏发电技术领域，更具体地，涉及一种基于线性迭代的光伏MPPT控制方法。

背景技术

光伏电池是利用光生伏特效应把光能转换为电能的装置。由于光伏电池的输出功率是关于光强、温度和负载的非线性函数，为能充分利用光伏阵列的能量，光伏发电系统配有最大功率点跟踪(Maximum Power PointTracking,MPPT)控制电路。

传统的光伏最大功率点跟踪方法有恒定电压法(CV)、短路电流法、插值计算法、扰动观察法(P&O)、电导微增率法(INC)、变步长算法、智能算法等。恒定电压法和短路电流法虽然可以快速地定位到最大功率点附近，但精度较差且容易受电池板特性和外界环境的影响。插值计算法是对光伏输出特性进行数值拟合的一种开环算法，其精度较差。扰动观察(P&O)法是通过对电压电流的扰动实现控制的一种方法，该方法简单实用，但存在跟踪速度慢、稳态振荡及误判等问题。电导微增率法(INC)是扰动观察法的改进算法，精度较高，但仍然存在速度慢的缺点。变步长算法能够很好的兼顾速度和精度，但是其步长规律不易确定。智能算法如模糊控制和神经网络控制等在理论上更适合解决非线性问题，但是其控制规律需要较长的训练时间且依赖于操作人员的经验，目前在实际中较难实施。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于线性迭代的光伏MPPT控制方法，通过线性预测提高收敛速度，通过误差修正提高跟踪精度，从而同时获得较快的跟踪速度和较高的跟踪精度，且方法简单，容易实现。

为实现上述目的，本发明提供了一种光伏MPPT控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）获取光伏电池的功率-电压特性曲线，获取特性曲线上电压分别为u_L和u_R的点A和点B，其中，u_L∈[0,U_m]，u_R∈[U_m,U_OC]，U_m为最大功率点对应的电压，U_OC为开路电压；

（2）获取过点A和点B的切线交点C，获取功率-电压特性曲线上与点C电压相同的点D作为近似最大功率点；

（3）获取过点D的切线，判断切线斜率的绝对值|P′(u_C)|是否小于预定的精度阈值ε，是则执行步骤（5），否则执行步骤（4），其中，u_C为点D对应的电压，P′(u_C)为电压为u_C时的功率导数；

（4）如果P′(u_C)>0，则将点D作为新的点A，返回步骤（2）；如果P′(u_C)<0，则将点D作为新的点B，返回步骤（2）；

（5）确定点D为最大功率点，实现最大功率点跟踪。

优选地，所述步骤（1）中，u_L=0.02*U_OC。

优选地，所述步骤（1）中，u_R=0.98*U_OC。

优选地，所述步骤（5）的具体实现方式为：将给定的电压与最大功率点电压进行比较，通过比例积分微分调节后，将信号送入脉冲宽度调制器产生控制信号，实现最大功率点跟踪。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，有效避开了步长对速度和精度的影响，采用线性迭代算法，对最大功率点进行线性预测，得到近似最大功率点，并对近似最大功率点进行误差修正，最终得到符合精度阈值条件的准确的最大功率点。本发明能同时获得较快的跟踪速度和较高的跟踪精度，且方法简单，容易实现。

附图说明

图1是本发明实施例的基于线性迭代的光伏MPPT控制方法流程图；

图2是本发明实施例的基于线性迭代的光伏MPPT控制方法的原理示意图；

图3是光伏发电最大功率点跟踪系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

光伏电池的输出功率P(u)可表示为：

$P\left(u\right)=u\&CenterDot;I_{\mathrm{SC}}\{1-C_1[\exp \left(\frac{u}{C_2{U}_{\mathrm{OC}}}\right)-1\left]\right\}---\left(1\right)$

式中， $C_1=(1-\frac{I_m}{I_{\mathrm{SC}}})\exp (-\frac{U_m}{C_2{U}_{\mathrm{OC}}}),C_2=(\frac{U_m}{U_{\mathrm{OC}}}-1)/\ln (1-\frac{I_m}{I_{\mathrm{SC}}}),$ 其中I_m和U_m分别为最大功率点对应的电流及电压，I_SC为光生电流，与光强和温度有关，U_OC为光伏电池的开路电压，u为光伏电池的输出电压。

对公式（1）求导，可得曲线上不同点的切线斜率P′(u)为：

$P^{\&prime;}\left(u\right)=I_{\mathrm{SC}}(1+C_1-C_1\exp \left(\frac{u}{C_2{U}_{\mathrm{OC}}}\right))-\frac{C_1{I}_{\mathrm{SC}}u}{C_2{U}_{\mathrm{OC}}}\exp \left(\frac{u}{C_2{U}_{\mathrm{OC}}}\right)---\left(2\right)$

设H_ux(u)为功率-电压(P-U)特性曲线上通过点u_x的切线，其表达式为：

H_ux(u)=P'(u_x)×(u-u_x)+P(u_x)

当u_x=U_m时，H_Um(u)的斜率为0，即过最大功率点的切线斜率P′(U_m)=0。

如图1所示，本发明实施例的基于线性迭代的光伏MPPT控制方法包括如下步骤：

（1）获取光伏电池的功率-电压特性曲线，获取特性曲线上电压分别为u_L和u_R的点A和点B，其中，u_L∈[0,U_m]，u_R∈[U_m,U_OC]。

优选地，u_L=0.02*U_OC，u_R=0.98*U_OC。

（2）如图2所示，对最大功率点进行线性预测，获取过点A(u_L,P(u_L))和点B(u_R,P(u_R))的切线H_uL(u)和H_uR(u)的交点C，获取功率-电压特性曲线上与点C电压相同的点D作为近似最大功率点。

H_uL(u)和H_uR(u)分别用下式表示：

$\left\{\begin{array}{c}{H}_{\mathrm{uL}}\left(u\right)=P^{\&prime;}\left(u_L\right)\&times;(u-u_L)+P\left(u_L\right)\\ H_{\mathrm{uR}}\left(u\right)=P^{\&prime;}\left(u_R\right)\&times;(u-u_R)+P\left(u_R\right)\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中，P′(u_L)>0，P′(u_R)<0恒成立，因此，切线H_uL(u)和H_uR(u)始终交于一点。

点C的横坐标u_C可表示为：

$u_C=\frac{P\left(u_R\right)-P\left(u_L\right)+P^{\&prime;}\left(u_L\right)\&times;u_L-P^{\&prime;}\left(u_R\right)\&times;u_R}{P^{\&prime;}\left(u_L\right)-P^{\&prime;}\left(u_R\right)}---\left(4\right)$

截断误差R(u)=|H_uL(u_C)-P(u_C)|=|H_uR(u_C)-P(u_C)|。

（3）获取过点D的切线H_uC(u)，判断H_uC(u)的斜率的绝对值|P′(u_C)|是否小于预定的精度阈值ε，是则执行步骤（5），否则执行步骤（4）。

ε的取值决定了最大功率点跟踪的精度，ε越大，跟踪精度越低，ε越小，跟踪精度越高。

（4）对最大功率点进行误差修正，如果P′(u_C)>0，则将点D作为新的点A，u_L=u_C，返回步骤（2）；如果P′(u_C)<0，则将点D作为新的点B，u_R=u_C，返回步骤（2）。

（5）确定点D为最大功率点，实现最大功率点跟踪。

如图3所示，将给定的电压与最大功率点电压进行比较，通过比例积分微分（PID）调节后，将信号送入脉冲宽度调制器（PWM）产生控制信号，实现最大功率点跟踪。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种光伏MPPT控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)获取光伏电池的功率-电压特性曲线，获取特性曲线上电压分别为u_L和u_R的点A和点B，其中，u_L∈[0,U_m]，u_R∈[U_m,U_OC]，U_m为最大功率点对应的电压，U_OC为开路电压；

(2)获取过点A和点B的切线交点C，获取功率-电压特性曲线上与点C电压相同的点D作为近似最大功率点；

(3)获取过点D的切线，判断切线斜率的绝对值|P′(u_C)|是否小于预定的精度阈值ε，是则执行步骤(5)，否则执行步骤(4)，其中，u_C为点D对应的电压，P′(u_C)为电压为u_C时的功率导数；

(4)如果P′(u_C)>0，则将点D作为新的点A，返回步骤(2)；如果P′(u_C)<0，则将点D作为新的点B，返回步骤(2)；

(5)确定点D为最大功率点，实现最大功率点跟踪。

2.如权利要求1所述的光伏MPPT控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中，u_L＝0.02*U_OC。

3.如权利要求1或2所述的光伏MPPT控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中，u_R＝0.98*U_OC。

4.如权利要求1或2所述的光伏MPPT控制方法，其特征在于，所述步骤(5)的具体实现方式为：将给定的电压与最大功率点电压进行比较，通过比例积分微分调节后，将信号送入脉冲宽度调制器产生控制信号，实现最大功率点跟踪。