CN104460819B - 一种光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制方法及系统。本方法根据光伏阵列的输出电压和电流得到开关控制信号的最大功率点跟踪控制方法具体为：步骤Ⅰ对电压、电流信号进行滑动平均滤波预处理，以减小采样测量干扰对最大功率点跟踪控制精度的影响，同时提高最大功率点的跟踪速度。步骤Ⅱ计算基于不完全偏微分的滑模函数S2的值，步骤Ⅲ对开关控制信号进行迟滞处理，根据S2的值与设定值δ关系，得到0或1的开关控制信号u。本系统单片机内存储基于不完全偏微分滑模面函数计算程序和迟滞处理程序，实现调整控制DC-DC变换电路的等效负载使之与光伏阵列内阻匹配，快速、精确跟踪光伏阵列的最大功率，结构简单，成本低，易于实现。

Description

一种光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制方法及系统

技术领域

本发明涉及光伏阵列最大功率点跟踪技术，具体为一种光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制方法及系统。

背景技术

光伏发电产业作为解决人类日益凸显的能源问题和环境问题的战略产业正在飞速发展，进而推动太阳能光伏产业的高速发展。但目前太阳能光伏发电系统造价成本高，光伏阵列的光电转换效率低，约18％，且其输出功率受光照、温度及负载等外界环境的影响，性质不稳定，这些均阻碍光伏产业的发展。

目前提高光伏发电效率的技术主要有三种：聚光技术、光强跟踪技术和最大功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking，MPPT)技术。MPPT是降低光伏发电的成本、提高光伏阵列能量利用率的关键。经典的最大功率跟踪方法有恒压控制法(CVT)、扰动观察法(P&O)、电导增量法(INC)、模糊逻辑控制(FLC)、神经元网络控制(NNC)等。还有出现了改进的MPPT方法：如自适应变步长扰动观察法，模糊滑模控制法，改进的粒子群优化法等。

光伏阵列的输出功率受温度、光照等外界环境及负载的影响，具有很强的输出非线性。当光伏电池的外界环境和负载一定时，光伏电池输出功率存在唯一最大功率点(MaximumPowerPoint，MPP)。只有当光伏阵列的负载等效电阻与光伏阵列的内阻匹配时，光伏电池输出功率最大。光伏发电系统最大功率点跟踪(MPPT)控制是：监测光伏电池板的输出电压、电流，据此通过MOSFET(MetalOxideSemiconductorField-EffectTransistor,MOSFET金属氧化物半导体场效应管)/IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT绝缘栅双极型功率管)调整DC-DC降压变换电路中脉宽调制(PWM)波占空比，调节光伏阵列等效负载电阻与光伏阵列内阻匹配，从而实现光伏阵列的输出功率在最大功率点附近。

滑模控制(slidingmodecontrol,SMC)是一种非线性控制方法，对电力电子开关变换器非线性特性有良好的适应性。与其它MPPT的控制算法相比，滑模结构用于MPPT的控制，具有适应光伏阵列非线性特性的独特特性。

光伏阵列(PVPhotovoltaic阵列)输出功率为

P_pv＝u_pvi_pv

式中u_pv、i_pv分别为光伏阵列端电压及其输出电流。

当光伏阵列的外界环境和负载一定时，光伏阵列输出功率存在唯一最大功率点。

在最大功率点左侧：

在最大功率点右侧：

在最大功率点处：

选择为滑模面，利用场效应管/绝缘栅双极晶体管(MOSFET/IGBT)的高频率切换使光伏阵列状态轨迹在滑模面附近切换，即光伏阵列的输出功率在最大功率点附近波动。

现有的滑模控制SMC跟踪光伏阵列最大功率点的方法如下：

选取滑模面为 $S=\frac{\∂P_{pv}}{\∂u_{pv}}=\frac{\∂i_{pv}}{\∂u_{pv}}{u}_{pv}+i_{pv};$

在DC-DC降压变换电路(Buck电路)中，最大功率点跟踪(MPPT)控制的开关控制信号 $u=\frac{1}{2}(1-sign(S\left)\right).$

但因光伏阵列的输出侧电压、电流采样值中存在测量干扰，现有的光伏阵列滑模控制的最大功率跟踪存在波动较大的现象，严重影响了控制系统的跟踪精度。另外算法的计算速度较低，控制的灵敏度不够高。

发明内容

本发明的目的是提供一种光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制方法，将不完全微分(IncompleteDerivative,ID)代替滑模面函数中的偏微分，即用基于不完全微分的滑模跟踪控制信号，实现光伏阵列最大功率点(MaximumPowerPoint，MPP)的有效跟踪，减小光伏发电系统在最大功率点的波动，提高跟踪速度和精度。

本发明的另一目的是提供实现本发明光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制方法的光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制系统。

本发明提供的一种光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制方法，包括有多块太阳能电池板的光伏阵列经DC-DC降压变换电路连接负载，光伏阵列的输出端连接电压和电流采样电路，电压和电流采样电路接入单片机，单片机存储最大功率点跟踪控制方法的程序，单片机的信号输出接入DC-DC降压变换电路。电压和电流采样电路监测光伏阵列的输出电压和电流，单片机根据实时电压电流信号、按最大功率点跟踪控制方法的程序计算得到开关控制信号，单片机将所得开关控制信号送入DC-DC降压变换电路，控制其中开关管的通断，调整脉宽调制(PWM)波的占空比，控制DC-DC降压变换电路的等效负载使之与光伏阵列内阻匹配，以跟踪控制光伏阵列的最大功率点。

本发明根据光伏阵列的输出电压和电流得到开关控制信号的最大功率点滑模跟踪控制方法具体步骤如下：

步骤Ⅰ、滑动平均滤波对电压、电流信号预处理

为了消除光伏阵列输出端电压和输出电流采样值中测量干扰的影响，并提高算法的计算速度、控制的灵敏度，先对采集到的电压、电流信号u_pv、i_pv进行滑动平均滤波预处理，以减小采样测量干扰对最大功率点跟踪控制精度的影响，同时提高最大功率点的跟踪速度。

滑动平均滤波的计算式如(1)：

a(k)＝(b(k-N+1)+....+b(k-1)+b(k))/N(1)

其中，b(k)为采样值，N为每次求平均的采样值个数，a(k)为滑动平均滤波输出结果。

按上述计算式对电压u_pv(k)、电流信号i_pv(k)进行滑动平均滤波预处理。即：

${\stackrel{\‾}{u}}_{pv}\left(k\right)=\left(u_{pv}\right(k-N+1)+\mathrm{...}+u_{pv}(k-1)+u_{pv}(k\left)\right)/N---\left(2\right)$

${\stackrel{\‾}{i}}_{pv}\left(k\right)=\left(i_{pv}\right(k-N+1)+\mathrm{...}+i_{pv}(k-1)+i_{pv}(k\left)\right)/N---\left(3\right)$

其中，k是离散采样时间；u_pv(k)、i_pv(k)为第k次电压、电流采样值，为采样电压、电流第k次滑动平均滤波后的输出值，N为每次求平均的采样值个数，其值为6～10。

步骤Ⅱ、基于不完全偏微分的滑模面函数

现有的滑模面函数为 $S=\frac{\∂P_{pv}}{\∂u_{pv}}=\frac{\∂i_{pv}}{\∂u_{pv}}{u}_{pv}+i_{pv},$

开关控制信号 $u=\frac{1}{2}(1-sign(S\left)\right);$

式中u_pv(k)、i_pv(k)简写为u_pv、i_pv分别为光伏阵列的输出电压及其输出电流。

为了避免滑模面函数中出现分母为零的情况，便于计算，另取滑模面函数S1，

滑模面函数中对电压、电流信号按理想微分求偏微分，将使S1易受功率的高频干扰的影响，在本发明中用不完全偏微分(不完全微分对应的偏微分)代替滑模面函数中的偏微分，对含有干扰的电压、电流信号进行处理，得到一种新的基于不完全偏微分的滑模面函数S2：

$S2={{\mathrm{\Δi}}^{\′}}_{pv}{\stackrel{\‾}{u}}_{pv}+{\stackrel{\‾}{i}}_{pv}{{\mathrm{\Δu}}^{\′}}_{pv}---\left(4\right)$

其中，是电压、电流采样值经过滑模平均滤波后的值，△i'_pv和△u'_pv是带入下式计算得到电压、电流信号的不完全偏微分值。

$\left\{\begin{array}{c}{{\mathrm{\Δi}}^{\′}}_{pv}\left(k\right)={{\mathrm{a\Δi}}^{\′}}_{pv}(k-1)+(1-a)\left({\stackrel{\‾}{i}}_{pv}\right(k)-{\stackrel{\‾}{i}}_{pv}(k-1\left)\right)\\ {{\mathrm{\Δu}}^{\′}}_{pv}\left(k\right)={{\mathrm{a\Δu}}^{\′}}_{pv}(k-1)+(1-a)\left({\stackrel{\‾}{u}}_{pv}\right(k)-{\stackrel{\‾}{u}}_{pv}(k-1\left)\right)\end{array}\right.---\left(5\right)$

a＝T/(T+Δt)，T为惯性系数，Δt为采样周期，k、k-1是离散采样时间。

△i'_pv(k)和△u'_pv(k)分别简写为△i'_pv和△u'_pv的推导过程如下：

ⅰ、不完全微分

不完全微分传递函数为：

$G\left(s\right)=\frac{s}{1+Ts}---\left(6\right)$

其中，s是拉普拉斯变换算子，T为惯性系数。

对(6)后向差分的离散方程：

$y\left(k\right)=\frac{1}{\mathrm{\Δ}t+T}\left(x\right(k)-x(k-1\left)\right)+\frac{T}{\mathrm{\Δ}t+T}y(k-1)---\left(7\right)$

式中，x(k)是输入信号，y(k)是对x(k)的不完全微分。T为惯性系数，△t是采样周期,k为离散采样时间，(7)式与(8)式等价：

y(k)＝ay(k-1)+b(x(k)-x(k-1))/△t(8)

其中，a＝T/(T+Δt)，b＝△t/(T+Δt)，即a+b＝1，a取值为(0.5～0.9)，使滤波效果好。

ⅱ、不完全偏微分

对应的不完全偏微分记为△i'_pv和△u'_pv。

根据式(8)，电流的不完全偏微分△i'_PV如式：

$\frac{{{\mathrm{\Δi}}^{\′}}_{pv}\left(k\right)}{\mathrm{\Δ}t}=a\frac{{{\mathrm{\Δi}}^{\′}}_{pv}(k-1)}{\mathrm{\Δ}t}+(1-a)\left({\stackrel{\‾}{i}}_{pv}\right(k)-{\stackrel{\‾}{i}}_{pv}(k-1\left)\right)/\mathrm{\Δ}t---\left(9\right)$

即：

${{\mathrm{\Δi}}^{\′}}_{pv}\left(k\right)={{\mathrm{a\Δi}}^{\′}}_{pv}(k-1)+(1-a)\left({\stackrel{\‾}{i}}_{pv}\right(k)-{\stackrel{\‾}{i}}_{pv}(k-1\left)\right)---\left(10\right)$

同理可得:

${{\mathrm{\Δu}}^{\′}}_{pv}\left(k\right)={{\mathrm{a\Δu}}^{\′}}_{pv}(k-1)+(1-a)\left({\stackrel{\‾}{u}}_{pv}\right(k)-{\stackrel{\‾}{u}}_{pv}(k-1\left)\right)---\left(11\right)$

所得△i'_pv和△u'_pv值代入上述基于不完全偏微分的滑模面函数 $S2={{\mathrm{\Δi}}^{\′}}_{pv}{\stackrel{\‾}{u}}_{pv}+{\stackrel{\‾}{i}}_{pv}{{\mathrm{\Δu}}^{\′}}_{pv},$ 即可计算S2值。

步骤Ⅲ、迟滞处理开关控制信号

为减小滑模控制跟踪光伏阵列最大功率过程中的波动，对开关控制信号进行迟滞处理。即得到开关控制信号u如下式：

式中：δ为迟滞量，0.0004≤δ≤0.0006，是S2的导数。

开关控制信号送入DC-DC降压变换电路，控制其中开关管的通闭，以调整脉宽调制(PWM)波的占空比，使DC-DC降压变换电路的等效负载与光伏阵列内阻匹配，从而光伏阵列的功率接近最大功率点。

本发明设计的光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制系统，包括有多块太阳能电池板的光伏阵列，光伏阵列经DC-DC降压变换电路连接负载，光伏阵列的输出端连接电压和电流采样电路，还有安装有最大功率点跟踪控制程序的单片机；电压和电流采样电路所得的光伏阵列输出电压和输出电流采样值接入单片机，单片机输出的开关控制信号接入DC-DC降压变换电路。

电压和电流采样电路监测光伏阵列的输出电压和电流，单片机根据其最大功率点跟踪控制程序计算得到开关控制信号，并将所得开关控制信号送入DC-DC降压变换电路，控制其中开关管的通断，调整脉宽调制(PWM)波的占空比，控制DC-DC降压变换电路的等效负载使之与光伏阵列内阻匹配，以跟踪控制光伏阵列的最大功率点。

所述单片机包括依次连接的A/D转换模块、滑动滤波模块以及滑模面函数计算和迟滞处理模块；A/D转换模块对采集到的电压、电流模拟信号进行数模转换，得到数字信号接入滑动滤波模块；滑动滤波模块对采集的电压、电流信号进行滑动平均滤波预处理；滑模面函数计算和迟滞处理模块存储基于不完全偏微分滑模面函数计算程序和迟滞处理程序，根据当前的电压电流信号计算得到当前基于不完全偏微分的滑模面函数值，经迟滞处理得到当前的开关控制信号，开关控制信号送入DC-DC降压变换电路。

所述单片机还有电流电压功率计算模块、显示驱动模块和显示屏接口；滑动滤波模块的输出接入电流电压功率计算模块，计算光伏阵列输出电压、电流和功率值，电流电压功率计算模块计算得到光伏阵列输出电压、电流和功率值，并将数据输出到显示驱动模块，在显示屏接口所连接的显示屏上，实时显示光伏阵列当前的输出电压、电流和功率值。

DC-DC降压变换电路把光伏阵列输出的直流电压U_i转换为较低的直流电压U_o，同时根据单片机送入的开关控制信号，控制DC-DC降压变换电路中开关管的通断，调整脉宽调制(PWM)波的占空比，使DC-DC降压变换电路的等效负载电阻与光伏阵列的内阻匹配。光伏阵列实时跟踪外界环境的变化，始终工作在光伏阵列最大功率点附近，光伏阵列的实时功率与最大功率的偏差小于0.01％。

与现有技术相比，本发明光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制方法及系统的优点为：1、不完全偏微分代替现有滑模面函数中的偏微分，避免了采用理想偏微分时滑模面函数易受高频干扰影响的问题,能快速、精确跟踪光伏阵列的最大功率，提高光能利用率，在减小波动的同时，光伏阵列最大功率点的跟踪精度提高了4.9％；2、电压、电流采样值的滑动平均滤波预处理可消除光伏阵列输出侧的电压、电流采样值中测量干扰对最大功率点跟踪控制的影响；3、对开关控制信号进行迟滞处理，有效减小光伏阵列最大功率点跟踪控制在跟踪最大功率点过程中的波动，降低开关管的切换频率，减小开关管的功率损耗；4、系统结构简单，成本低，工程实现方便。

附图说明

图1为光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制方法实施例中光伏阵列的P-U特性曲线及I-U特性曲线；

图2为光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制系统实施例的电路框图；

图3为光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制方法实施例的实验结果(IS-MPPT)与采用普通滑模面函数所得经迟滞处理的开关控制信号跟踪控制光伏阵列最大功率点的实验结果(SMC)对比曲线。

具体实施方式

光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制方法实施例

本光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制方法实施例中光伏阵列的P-U特性曲线及I-U特性曲线如图1所示，图中横坐标为电压U、单位为V伏特，左侧纵坐标为电流I、单位为A安培，右侧纵坐标为功率P、单位为W瓦，图中实线为PU曲线，点划线为IU曲线，由图1可见当光伏阵列的外界环境(如光照)和负载一定时，光伏阵列输出功率存在唯一最大功率点MPP。即当光伏阵列的负载等效电阻与光伏阵列的内阻匹配时，光伏电池输出功率最大。

本例控制方法所用系统电路框图如图2所示，包括有多块太阳能电池板的光伏阵列经DC-DC降压变换电路连接负载，光伏阵列的输出端连接电压和电流采样电路，电压和电流采样电路接入单片机，单片机存储最大功率点跟踪控制方法的程序，单片机的信号输出接入DC-DC降压变换电路。电压和电流采样电路监测光伏阵列的输出电压和电流，单片机根据实时电压电流信号、按最大功率点跟踪控制方法的程序计算得到开关控制信号，并将所得开关控制信号送入DC-DC降压变换电路，控制其中开关管的通断，调整脉宽调制(PWM)波的占空比，控制DC-DC降压变换电路的等效负载使之与光伏阵列内阻匹配，以跟踪控制光伏阵列的最大功率点。

本例根据光伏阵列的输出电压和电流得到开关控制信号的最大功率点跟踪控制方法具体步骤如下：

步骤Ⅰ、滑动平均滤波对电压、电流信号预处理

对采集到的电压、电流信号u_pv、i_pv进行滑动平均滤波。

即：

${\stackrel{\‾}{u}}_{pv}\left(k\right)=\left(u_{pv}\right(k-N+1)+\mathrm{....}+u_{pv}(k-1)+u_{pv}(k\left)\right)/N$

${\stackrel{\‾}{i}}_{pv}\left(k\right)=\left(i_{pv}\right(k-N+1)+\mathrm{....}+i_{pv}(k-1)+i_{pv}(k\left)\right)/N$

其中，u_pv(k)、i_pv(k)为第k次电压、电流采样值，为采样电压、电流第k次滑动平均滤波后的输出值。

步骤Ⅱ、基于不完全偏微分的滑模面函数

用步骤Ⅰ所得的计算:

${{\mathrm{\Δi}}^{\′}}_{pv}\left(k\right)={{\mathrm{a\Δi}}^{\′}}_{pv}(k-1)+(1-a)\left({\stackrel{\‾}{i}}_{pv}\right(k)-{\stackrel{\‾}{i}}_{pv}(k-1\left)\right)$

${{\mathrm{\Δu}}^{\′}}_{pv}\left(k\right)={{\mathrm{a\Δu}}^{\′}}_{pv}(k-1)+(1-a)\left({\stackrel{\‾}{u}}_{pv}\right(k)-{\stackrel{\‾}{u}}_{pv}(k-1\left)\right)$

本例a取值为0.6，所得△i'_pv和△u'_pv值代入基于不完全偏微分的滑模面函数

$S2={{\mathrm{\Δi}}^{\′}}_{pv}{\stackrel{\‾}{u}}_{pv}+{\stackrel{\‾}{i}}_{pv}{{\mathrm{\Δu}}^{\′}}_{pv},$

求得S2的值。

步骤Ⅲ、迟滞处理开关控制信号

对开关控制信号进行迟滞处理。即得到开关控制信号u如下式：

式中：δ为迟滞量，本例δ＝0.0005，是S2的导数。

开关控制信号u送入DC-DC降压变换电路，控制其中开关管的通闭，使DC-DC降压变换电路的等效负载与光伏阵列内阻匹配，光伏阵列的功率接近最大功率点。

光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制系统实施例

本例为实施上述光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制方法实施例的光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制系统，其电路结构图如图2所示，包括有多块太阳能电池板的光伏阵列，光伏阵列经DC-DC降压变换电路连接负载，光伏阵列的输出端连接电压和电流采样电路，还有安装有最大功率点跟踪控制程序的单片机；电压和电流采样电路所得的光伏阵列输出电压和输出电流采样值接入单片机，单片机输出的开关控制信号接入DC-DC降压变换电路。

电压和电流采样电路监测光伏阵列的输出电压和电流，单片机根据实时电压电流信号其最大功率点跟踪控制程序计算得到开关控制信号，并将所得开关控制信号送入DC-DC降压变换电路，控制其中开关管的通断，调整脉宽调制(PWM)波的占空比，控制DC-DC降压变换电路的等效负载使之与光伏阵列内阻匹配，以跟踪控制光伏阵列的最大功率点。

本例单片机包括依次连接的A/D转换模块、滑动滤波模块以及滑模面函数计算和迟滞处理模块；A/D转换模块对采集到的电压、电流模拟信号进行数模转换，得到数字信号接入滑动滤波模块；滑动滤波模块对采集的电压、电流信号进行滑动平均滤波预处理；滑模面函数计算和迟滞处理模块存储基于不完全偏微分滑模面函数计算程序和迟滞处理程序，根据当前的电压电流信号计算得到当前基于不完全偏微分的滑模面函数值，经迟滞处理得到当前的开关控制信号，开关控制信号送入DC-DC降压变换电路。

本例滑动滤波模块的输出接入电流电压功率计算模块，计算光伏阵列输出电压、电流和功率值，电流电压功率计算模块计算得到光伏阵列输出电压、电流和功率值，并将数据输出到显示驱动模块，显示驱动模块接有显示屏，实时显示光伏阵列当前的输出电压、电流和功率值。

DC-DC降压变换电路把光伏阵列输出的直流电压U_i转换为较低的直流电压U_o，同时根据单片机送入的开关控制信号，控制DC-DC降压变换电路中开关管的通断，调整脉宽调制(PWM)波的占空比，使DC-DC降压变换电路的等效负载电阻与光伏阵列的内阻匹配。光伏阵列实时跟踪外界环境的变化，始终工作在光伏阵列最大功率点附近。

为了直观地说明本光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制方法的优越性，在另一套本光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制系统实施例单片机的滑模面函数计算和迟滞处理模块中安装有普通的滑模面函数计算程序。对相同光伏阵列在相同光照和温度下进行对比实验。实验结果如图3所示，此图横坐标为时间t，纵向分为三部分，最上的纵坐标为实时检测的光伏阵列输出电压值U，中间的纵坐标为实时检测的光伏阵列输出电流值I，最下的纵坐标为为由光伏阵列输出的实时电压电流值计算所得的实时功率值P。本实验过程中先是采用普通的滑模面函数计算程序的方法称为S-MPPT方法，其实验结果位于左侧。之后切换采用本实施例的基于不完全偏微分的滑模面函数计算程序的方法，称为IS-MPPT方法，其实验结果位于右侧。为突出显示结果，添加两条竖向虚线，二虚线左侧为S-MPPT方法实验跟踪结果，二虚线右侧是IS-MPPT方法实验验证结果，二虚线之间为两种方法的切换过程。从图3的曲线，可清楚看到，右侧IS-MPPT实验所得的三条曲线的上下波动比左测S-MPPT的曲线小得多，而在切换过程中由于未跟踪最大功率，光伏阵列输出电压值突增，而输出电流值突减，输出功率则从0.5降至0.38左右。分析采集到的实验数据可知：IS-MPPT方法与S-MPPT方法相比跟踪精度提高了4.9％，在跟踪最大功率值过程中抖振减小约50％。

上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制方法,包括有多块太阳能电池板的光伏阵列经DC-DC降压变换电路连接负载，光伏阵列的输出端连接电压和电流采样电路，电压和电流采样电路接入单片机，单片机存储最大功率点跟踪控制方法的程序，单片机的信号输出接入DC-DC降压变换电路；电压和电流采样电路监测光伏阵列的输出电压和电流，单片机根据实时电压和电流信号、按最大功率点跟踪控制方法的程序计算得到开关控制信号，单片机将所得开关控制信号送入DC-DC降压变换电路，控制其中开关管的通断，调整脉宽调制波的占空比，控制DC-DC降压变换电路的等效负载使之与光伏阵列内阻匹配，以跟踪控制光伏阵列的最大功率点；其特征在于根据光伏阵列的输出电压和电流得到开关控制信号的最大功率点滑模跟踪控制方法具体步骤如下：

步骤Ⅰ、滑动平均滤波对电压、电流信号预处理

对采集到的电压、电流信号u_pv、i_pv进行滑动平均滤波，

即：

${\stackrel{\‾}{u}}_{pv}\left(k\right)=\left(u_{pv}\right(k-N+1)+....+u_{pv}(k-1)+u_{pv}(k\left)\right)/N$

${\stackrel{\‾}{i}}_{pv}\left(k\right)=\left(i_{pv}\right(k-N+1)+....+i_{pv}(k-1)+i_{pv}(k\left)\right)/N$

其中，k是离散采样时间、u_pv(k)为第k次电压采样值、i_pv(k)为第k次电流采样值电流、为采样电压、电流第k次滑动平均滤波后的输出值，N为每次求平均的采样值个数；

步骤Ⅱ、基于不完全偏微分的滑模面函数

基于不完全偏微分的滑模面函数为

用步骤Ⅰ所得的计算

${{\mathrm{\Δi}}^{\′}}_{pv}\left(k\right)={{\mathrm{a\Δi}}^{\′}}_{pv}(k-1)+(1-a)\left({\stackrel{\‾}{i}}_{pv}\right(k)-{\stackrel{\‾}{i}}_{pv}(k-1\left)\right)$

${{\mathrm{\Δu}}^{\′}}_{pv}\left(k\right)={{\mathrm{a\Δu}}^{\′}}_{pv}(k-1)+(1-a)\left({\stackrel{\‾}{u}}_{pv}\right(k)-{\stackrel{\‾}{u}}_{pv}(k-1\left)\right)$

a＝T/(T+Δt)，T为惯性系数，Δt为采样周期，

所得△i'_pv和△u'_pv值代入基于不完全偏微分的滑模面函数式，计算S2的值；

步骤Ⅲ、迟滞处理开关控制信号

对开关控制信号进行迟滞处理，即得到开关控制信号u如下式：

式中：δ为迟滞量，0.0004≤δ≤0.0006，是S2的导数。

2.根据权利要求1所述的光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制方法，其特征在于：

所述步骤Ⅰ中每次求平均的采样值个数N为6～10。

3.根据权利要求1所述的光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制方法，其特征在于：

所述步骤Ⅱ中，a＝0.5～0.9。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制方法设计的光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制系统，包括有多块太阳能电池板的光伏阵列，光伏阵列经DC-DC降压变换电路连接负载，光伏阵列连接电压和电流采样电路，还有单片机；电压和电流采样电路所得的光伏阵列输出电压和输出电流采样值接入单片机，单片机输出的开关控制信号接入DC-DC降压变换电路；其特征在于：

所述单片机包括依次连接的A/D转换模块、滑动滤波模块以及滑模面函数计算和迟滞处理模块；A/D转换模块对采集到的电压、电流模拟信号进行数模转换，得到数字信号接入滑动滤波模块；滑动滤波模块对采集的电压、电流信号进行滑动平均滤波预处理；滑模面函数计算和迟滞处理模块存储基于不完全偏微分滑模面函数计算程序和迟滞处理程序，根据当前的电压电流信号计算得到当前基于不完全偏微分的滑模面函数值，经迟滞处理得到当前的开关控制信号，开关控制信号送入DC-DC降压变换电路。

5.根据权利要求4所述的光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制系统，其特征在于：

所述单片机还有电流电压功率计算模块、显示驱动模块和显示屏接口；滑动滤波模块的输出接入电流电压功率计算模块，计算光伏阵列输出电压、电流和功率值，电流电压功率计算模块计算得到光伏阵列输出电压、电流和功率值，并将数据输出到显示驱动模块，在显示屏接口所连接的显示屏上实时显示光伏阵列当前的输出电压、电流和功率值。