CN108107968A - 一种改进的变步长最大功率点跟踪控制系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光伏系统中的太阳能电池最大功率点跟踪控制技术领域，尤其涉及的是一种改进的变步长最大功率点跟踪控制系统与方法。本发明中的一种改进的变步长最大功率点跟踪控制系统，包括PV阵列，电压转换单元，电压检测装置，电流检测装置，基于DSP数字控制的MPPT控制器，驱动电路，滤波电容C2和负载。本发明还提供了一种改进的变步长最大功率点跟踪控制方法，可以明显的减小震荡现象，最大功率点跟踪的快速性和准确性都有明显提高。

Description

一种改进的变步长最大功率点跟踪控制系统与方法

技术领域

本发明涉及光伏系统中的太阳能电池最大功率点跟踪控制技术领域，尤其涉及的是一种改进的变步长最大功率点跟踪控制系统与方法。

背景技术

能源供求问题越来越严重，为了使地球环境得到改善，人们越来越重视新能源的开发和利用，尤其是可再生能源的利用。太阳能作为一种新型绿色能源，可解决因常规能源枯竭而引发的能源危机，受到国内外的广泛关注。而光伏发电则是当前利用太阳能的主要形式之一。采用最大功率点跟踪技术可有效提升光伏系统的能量转换效率。常用MPPT方法中开路电压系数法和短路电流系数法，控制简单易于实现，但需要周期性的断开或短路光伏电池，导致较多功率损失，且其工作点并不是真正的最大功率点。电导增量法通过比较光伏电池的电导增量和瞬间电导来改变系统的控制信号。由于常规电导增量法的步长为固定步长，因此在响应速度和稳态精度之问无法兼顾，当选取较大的步长时跟踪速度得到提高，但稳态功率损失较多；选取较小的步长时跟踪精度得到保障，但跟踪速度下降。为了解决稳态精度和响应速度之间的矛盾，本发明提出了一种改进的变步长最大功率点跟踪控制系统与方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中定步长算法稳态性能和动态性能不能兼顾的问题，提供了一种改进的变步长最大功率点跟踪控制系统与方法。

本发明提供了一种改进的变步长最大功率点跟踪控制系统，包括PV阵列，电压转换单元，电压检测装置，电流检测装置，基于DSP数字控制的MPPT控制器，驱动电路，滤波电容C2和负载，所述电压转换单元包括电感L1、L2、开关管Q1、电容C1以及二极管D1；PV阵列的正极与电感L1的一端连接，电感L1的另一端连接开关管Q1的漏极以及电容C1的一端，开关管的源极接地，电容C1的另一端连接电感L2的一端和二极管D1的正极，电感L2的另一端接地，二极管D1的负极连接滤波电容C2的一端，滤波电容C2的另一端接地，驱动电路的输出端连接开关管Q1的栅极；电压检测装置和电流检测装置连接MPPT控制器，并分别将检测到的电压信号和电流信号发送给MPPT控制器；MPPT控制器连接驱动电路，并将占空比信号发送给驱动电路，所述MPPT控制器还连接有显示器，可实时显示太阳能发电系统的电压、电流和功率数据。所述电压转换单元还可以替换为Boost升压转换器或Buck降压转换器。

一种上述改进的变步长最大功率点跟踪控制系统的控制方法，其包括以下步骤：

(1)通过电压检测装置和电流检测装置分别检测出当前时刻电压U(k)和当前时刻电流I(k)，电压增量ΔU＝U(k)-U(k-1)，电流增量ΔI＝I(k)-I(k-1)，功率增量ΔP＝U(k)*I(k)-U(k-1)*I(k-1)；令 其中，Step为步长调节值，N为调节系数；

(2)判断ΔU是否等于0，如果是，则执行步骤(3)；如果否，则跳转执行步骤(4)；

(3)判断ΔI是否等于0，如果是，则令U(k)＝U(k-1)，跳转执行步骤(5)，如果否，则进一步判断ΔI是否大于0；如果ΔI大于0，则令U(k)＝U(k-1)-Step，然后跳转执行步骤(5)；如果ΔI不大于0，则令U(k)＝U(k-1)+Step，然后跳转执行步骤(5)；

(4)判断ΔU/ΔI是否等于-I/U，如果是，则令U(k)＝U(k-1)，然后执行步骤(5)，如果否，则进一步判断ΔU/ΔI是否大于-I/U；如果ΔU/ΔI不大于-I/U，则令U(k)＝U(k-1)-Step，然后执行步骤(5)；如果ΔU/ΔI大于-I/U，则令U(k)＝U(k-1)+Step，然后执行步骤(5)；

(5)令U(k-1)＝U(k)，I(k-1)＝I(k)，返回。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

本发明提出的太阳能光伏阵列变步长MPPT控制系统与方法可以在较短时间内追踪到最大功率点，具有较好的稳定性和精度，并且追踪过程平稳迅速。

附图说明

图1为本发明提供的一种改进的变步长最大功率点跟踪控制系统结构示意图。

图2为本发明提供的一种改进的变步长最大功率点跟踪控制方法流程图。

图3为本发明提供的控制算法与传统算法的仿真结果对比图。

具体实施方式

本发明提供了一种改进的变步长最大功率点跟踪控制系统与方法，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。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。

如图1所示，一种改进的变步长最大功率点跟踪控制系统，包括PV阵列，电压转换单元，电压检测装置，电流检测装置，基于DSP数字控制的MPPT控制器，驱动电路，滤波电容C2和负载，所述电压转换单元包括电感L1、L2、开关管Q1、电容C1以及二极管D1；PV阵列的正极与电感L1的一端连接，电感L1的另一端连接开关管Q1的漏极以及电容C1的一端，开关管的源极接地，电容C1的另一端连接电感L2的一端和二极管D1的正极，电感L2的另一端接地，二极管D1的负极连接滤波电容C2的一端，滤波电容C2的另一端接地，驱动电路的输出端连接开关管Q1的栅极；电压检测装置和电流检测装置连接MPPT控制器，并分别将检测到的电压信号和电流信号发送给MPPT控制器；MPPT控制器连接驱动电路，并将占空比信号发送给驱动电路，所述MPPT控制器还连接有显示器，可实时显示太阳能发电系统的电压、电流和功率数据。所述电压转换单元还可以替换为Boost升压转换器或Buck降压转换器。

如图2所示，一种上述改进的变步长最大功率点跟踪控制系统的控制方法，其包括以下步骤：

(1)通过电压检测装置和电流检测装置分别检测出当前时刻电压U(k)和当前时刻电流I(k)，电压增量ΔU＝U(k)-U(k-1)，电流增量ΔI＝I(k)-I(k-1)，功率增量ΔP＝U(k)*I(k)-U(k-1)*I(k-1)；令 其中，Step为步长调节值，N为调节系数；

(2)判断ΔU是否等于0，如果是，则执行步骤(3)；如果否，则跳转执行步骤(4)；

(3)判断ΔI是否等于0，如果是，则令U(k)＝U(k-1)，跳转执行步骤(5)，如果否，则进一步判断ΔI是否大于0；如果ΔI大于0，则令U(k)＝U(k-1)-Step，然后跳转执行步骤(5)；如果ΔI不大于0，则令U(k)＝U(k-1)+Step，然后跳转执行步骤(5)；

(4)判断ΔU/ΔI是否等于-I/U，如果是，则令U(k)＝U(k-1)，然后执行步骤(5)，如果否，则进一步判断ΔU/ΔI是否大于-I/U；如果ΔU/ΔI不大于-I/U，则令U(k)＝U(k-1)-Step，然后执行步骤(5)；如果ΔU/ΔI大于-I/U，则令U(k)＝U(k-1)+Step，然后执行步骤(5)；

(5)令U(k-1)＝U(k)，I(k-1)＝I(k)，返回。

采用上述改进的变步长控制算法后，在向最大功率点寻优的过程中，功率增量ΔU的值不断减小，从而电压的步长也不断缩小，在最大功率点附近时，电压步长变化趋近于0，从而实现最大功率点跟踪的目的。系统仿真结果显示，与常规的变步长MPPT控制算法相比(如图3所示，图中细实线为常规变步长算法的输出，粗虚线为改进后的控制算法输出)，在光照强度发生突变时，上述改进的变步长最大功率点跟踪控制方法能够明显的减小震荡现象，最大功率点跟踪的快速性和准确性都有明显提高。

本发明的MPPT控制系统与方法相对于传统的算法，能够解决传统定步长算法中响应速度和稳态精度无法兼顾的问题，在保证响应速度的前提下减小隐态时功率振荡，减少功率损失。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种改进的变步长最大功率点跟踪控制系统，其特征在于，包括PV阵列，电压转换单元，电压检测装置，电流检测装置，基于DSP数字控制的MPPT控制器，驱动电路，滤波电容C2和负载，其中，所述电压检测装置和所述电流检测装置连接所述MPPT控制器，并分别将检测到的电压信号和电流信号发送给所述MPPT控制器；所述MPPT控制器连接所述驱动电路，并将占空比信号发送给所述驱动电路，所述MPPT控制器还连接有显示器，可实时显示太阳能发电系统的电压、电流和功率数据。

2.如权利要求1所述的一种改进的变步长最大功率点跟踪控制系统，其特征在于，所述电压转换单元包括电感L1、L2、开关管Q1、电容C1以及二极管D1；PV阵列的正极与电感L1的一端连接，电感L1的另一端连接开关管Q1的漏极以及电容C1的一端，开关管的源极接地，电容C1的另一端连接电感L2的一端和二极管D1的正极，电感L2的另一端接地，二极管D1的负极连接滤波电容C2的一端，滤波电容C2的另一端接地，驱动电路的输出端连接开关管Q1的栅极。

3.一种如权利要求1-2所述的改进的变步长最大功率点跟踪控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过电压检测装置和电流检测装置分别检测出当前时刻电压U(k)和当前时刻电流I(k)，电压增量ΔU＝U(k)-U(k-1)，电流增量ΔI＝I(k)-I(k-1)，功率增量ΔP＝U(k)*I(k)-U(k-1)*I(k-1)；令其中，Step为步长调节值，N为调节系数；

(2)判断ΔU是否等于0，如果是，则执行步骤(3)；如果否，则跳转执行步骤(4)；

(3)判断ΔI是否等于0，如果是，则令U(k)＝U(k-1)，跳转执行步骤(5)，如果否，则进一步判断ΔI是否大于0；如果ΔI大于0，则令U(k)＝U(k-1)-Step，然后跳转执行步骤(5)；如果ΔI不大于0，则令U(k)＝U(k-1)+Step，然后跳转执行步骤(5)；

(4)判断ΔU/ΔI是否等于-I/U，如果是，则令U(k)＝U(k-1)，然后执行步骤(5)，如果否，则进一步判断ΔU/ΔI是否大于-I/U；如果ΔU/ΔI不大于-I/U，则令U(k)＝U(k-1)-Step，然后执行步骤(5)；如果ΔU/ΔI大于-I/U，则令U(k)＝U(k-1)+Step，然后执行步骤(5)；

(5)令U(k-1)＝U(k)，I(k-1)＝I(k)，返回。