CN104866002B - 一种基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，首先采样光伏模块输出的电压V(k)和电流I(k)，然后计算beta参数值βa，计算出beta的值后，用此beta值与设定的βmin和βmax进行比较：如果beta的值在区间内，则切换到定步长方法；如果beta的值不在区间[βmin,βmax]内，继续采用变步长方法，直到符合区间条件。本发明所提供的基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，在第一阶段的低电压阶段采用变步长跟踪方法，将工作点电压快速拉近MPP附近位置，从而实现快速响应，然后第二阶段采用定步长跟踪方法，从而实现跟踪精度的提高，过程中跟踪一个中间变量beta参数值，来确定变步长大小和工作区间，可以准确地切换两种方法，算法简单，实用性强。

Description

一种基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法

技术领域

本发明涉及光伏输出的最大功率点跟踪技术，特别涉及一种基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法。

背景技术

光伏模块的输出功率随光照强度和温度而变，因此设计中须采用控制方法以确保光伏模块输出最大功率。传统最大功率点跟踪(MPPT)方法的主要包括两类：一类基于定步长，另一类基于变步长。对于定步长而言，现有的方法主要包括：扰动观察法，电导法和爬山法。这类方法的优点主要在于算法简单，成本低廉，易于实施，同时在天气状况稳定的情况效果较好；而缺点主要在于跟踪精度与响应速度无法兼顾，如图1所示，当采用小步长时，跟踪精度得到提高但是响应速度过低；采用大步长时，相应速度够快但是精度却下降。为了能弥补这一缺陷，提出了变步长的方法，如图2所示，变步长方法主要思路就是：当工作点远离最大功率点（MPP）时，采用大步长去追踪；当靠近MPP时，采用小步长去跟踪。虽然变步长方法很好地克服了定步长跟踪的缺点，但是缺点主要在于确定变步长大小的方法过于复杂，靠近MPP时步长过小易振荡，系统复杂度高。

针对此类问题，近年来，混合MPPT方法被大量引用。混合MPPT方法主要结合了定步长和变步长的设计思路，因此方法主要分为两阶段：第一阶段采用变步长，将工作点电压快速拉近MPP附近位置，从而实现快速响应；然后第二阶段采用定步长，从而实现跟踪精度的提高。

混合MPPT方法的关键之处主要在于两点：第一，如何确定变步长大小；第二，如何为准确地切换两种方法，即如何确定两种方法的工作区间。目前大多数混合MPPT方法是根据光伏电压电流的趋势来确定变步长大小和工作范围。但其缺点主要在于：需要大量、复杂的计算来确定步长和工作区间；同时逻辑复杂，实施性差。

发明内容

为克服上述现有技术的缺陷与不足，本发明提供一种基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法。

本发明的技术方案是：

一种基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，其特征在于，包括步骤：

S1、在低电压阶段采用变步长跟踪方法，同时采样光伏模块输出的电压V(k)和电流I(k)，然后计算Beta参数值βa：

βa=ln(I(k)/V(k))–c×V(k)

其中c=q/(NsAKT)是光伏特性参数；

S2、计算出Beta的值后，用此Beta值与设定的βmin和βmax进行比较：如果Beta的值在区间[βmin,βmax]内，则切换到定步长方法；如果Beta的值不在区间[βmin,βmax]内，继续采用变步长方法，直到符合区间条件。

优选的，所述βmin和βmax的确定方法为：设定几种极端工作环境，然后求出不同工作环境下的最大功率点所对应的Beta值，最后比较这些Beta值的大小，从而选出最小的Beta值和最大的Beta值，即βmin和βmax。

所述几种极端工作环境包括：

（1）单位面积功率1000W/m2，温度45℃；

（2）单位面积功率1000W/m2，温度5℃；

（3）单位面积功率300W/m2，温度45℃；

（4）单位面积功率300W/m2，温度5℃。

进一步优选的，所述变步长跟踪方法所采用的变步长大小由D(k)=D(k-1)+h×(βa–βg)确定，其中D(k-1)和D(k)分别指的是上一次和当前次的开关占空比值，βg是Beta值的参考值，h是变步长比例系数。

进一步优选的，所述变步长比例系数h=4。

本发明的优点是：

本发明所提供的基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，在第一阶段的低电压阶段采用变步长跟踪方法，将工作点电压快速拉近MPP附近位置，从而实现快速响应，然后第二阶段采用定步长跟踪方法，从而实现跟踪精度的提高，过程中跟踪一个中间变量Beta参数值，来确定变步长大小和工作区间，可以准确地切换两种方法，算法简单，实用性强。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为现有技术中的定步长最大功率点跟踪方法示意图；

图2是现有技术中的变步长最大功率点跟踪方法示意图；

图3是本发明的实现最大功率点跟踪控制所采用的系统结构图；

图4是本发明所述的基于Beta参数混合型最大功率点跟踪方法控制流程图；

图5是本发明所述的根据工作环境变化确定Beta参数取值范围的示意图。

具体实施方式

如图3所示，本发明所揭示的基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制的系统结构图，包括依次连接的光伏模型，DC/DC变换器及其负载，还包括MPPT控制器，MPPT控制器采集光伏模型输出的电压和电流，输出PWM信号控制DC/DC变换器输出最大功率。

如图4所示，本发明所揭示的基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，包括步骤：

S1、开始时在低电压阶段采用变步长跟踪方法，同时采样光伏模块输出的电压V(k)和电流I(k)，然后计算Beta参数值βa：

βa=ln(I(k)/V(k))–c×V(k)

其中c=q/(NsAKT)是光伏特性参数；

S2、计算出Beta的值后，用此Beta值与设定的βmin和βmax进行比较：如果Beta的值在区间[βmin,βmax]内，说明当前的工作点电压靠近MPP，则切换到定步长方法，如爬山法或电导法；如果Beta值不在区间[βmin,βmax]内，继续采用变步长方法，直到符合区间条件。所述变步长跟踪方法所采用的变步长大小由D(k)=D(k-1)+h×(βa–βg)确定，其中D(k-1)和D(k)分别指的是上一次和当前次的开关占空比值，βg是Beta值的参考值，h是变步长比例系数。

所述βmin和βmax的确定方法为：设定几种极端工作环境：

（1）单位面积功率1000W/m2，温度45℃；

（2）单位面积功率1000W/m2，温度5℃；

（3）单位面积功率300W/m2，温度45℃；

（4）单位面积功率300W/m2，温度5℃；

然后求出这四种不同工作环境下的最大功率点所对应的Beta值β1、β2、β3和β4，如图5所示，最后比较这些Beta值的大小，从而选出最小的Beta值和最大的Beta值，即βmin=β4、βmax=β1。

采用不同的变步长比例系数h的值，来比较其工作情况，经过有限次实验发现h=4时，效果最好。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，其特征在于，包括步骤：

S1、在低电压阶段采用变步长跟踪方法，同时采样光伏模块输出的电压V(k)和电流I(k)，然后计算Beta参数值βa：

βa=ln(I(k)/V(k))–c×V(k)

其中c=q/(NsAKT)是光伏特性参数；

S2、计算出Beta的值后，用此Beta值与设定的βmin和βmax进行比较：如果Beta的值在区间[βmin,βmax]内，则切换到定步长方法；如果Beta的值不在区间[βmin,βmax]内，继续采用变步长方法，直到符合区间条件。

2.根据权利要求1所述的基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，其特征在于，所述βmin和βmax的确定方法为：设定几种极端工作环境，然后求出不同工作环境下的最大功率点所对应的Beta值，最后比较这些Beta值的大小，从而选出最小的Beta值和最大的Beta值，即βmin和βmax。

3.根据权利要求2所述的基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，其特征在于，所述几种极端工作环境包括：

（1）单位面积功率1000W/m2，温度45℃；

（2）单位面积功率1000W/m2，温度5℃；

（3）单位面积功率300W/m2，温度45℃；

（4）单位面积功率300W/m2，温度5℃。

4.根据权利要求1所述的基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，其特征在于，所述变步长跟踪方法所采用的变步长大小由D(k)=D(k-1)+h×(βa–βg)确定，其中D(k-1)和D(k)分别指的是上一次和当前次的开关占空比值，βg是Beta值的参考值，h是变步长比例系数。

5.根据权利要求4所述的基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，其特征在于，所述变步长比例系数h=4。