CN108304027B - 一种太阳能发电用变步长mppt控制系统的控制方法 - Google Patents
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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，尤其涉及的是一种太阳能发电用变步长MPPT控制系统与方法。本发明提供的一种太阳能发电用变步长MPPT控制系统，包括PV阵列，电压变换单元，电压检测装置，电流检测装置，基于DSP的MPPT控制模块，显示模块，PWM控制模块和负载。本发明还提供了一种变步长MPPT控制方法，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。
Description
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，尤其涉及的是一种太阳能发电用变步长MPPT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，本发明提出了一种太阳能发电用变步长MPPT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、传统变步长算法收敛速度较慢的问题，提供了一种新型的太阳能发电用变步长MPPT控制系统与方法。
本发明提供了一种太阳能发电用变步长MPPT控制系统，包括PV阵列，电压变换单元，电压检测装置，电流检测装置，基于DSP的MPPT控制模块，显示模块，PWM控制模块和负载，所述电压变换单元包括电容C1、电感L1、开关管Q1、二极管D1以及电容C2；电容C1的两端分别与PV阵列的正负极连接，电感L1的一端连接PV阵列的正极，另一端连接开关管Q1的漏极以及二极管D1的正极，开关管的源极接地，二极管D1的负极连接电容C2的一端，电容C2的另一端接地，PWM控制模块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基于DSP的MPPT控制模块，并分别将检测到的电压信号和电流信号发送给MPPT控制模块；MPPT控制模块连接PWM控制模块，并将PWM信号发送给PWM控制模块，电压变换单元的输出端连接负载；MPPT控制模块还连接有显示模块，可以实时的显示系统的电压、电流和功率数据。
一种上述改进的MPPT控制系统的控制方法，其包括以下步骤：
(1)对电压值进行初始化，然后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)，并得到电压增量△U＝U(k)-U(k-1)，功率P(k)＝U(k)*I(k)，以及功率增量△P＝U(k)*I(k)-U(k-1)*I(k-1)；其中，U(k-1)、I(k-1)分别为前一采用时刻的电压值和电流值，初始启动电压为开路电压的0.76倍；
(2)判断△U的绝对值是否大于λ，如果是，则令U(k)＝(1+C(△P/△U))*U(k-1)，然后返回；如果否，则执行步骤(3)；其中，C为预设的步长调节系数，λ为判断电压差值是否接近为0的一个大于的较小常数，取值范围为0-0.2之间，μ为判断功率差值是否发生了变化的较小常数；
(3)判断△P是否大于等于ε，如果是，则令U(k)＝U(k)+μ，然后返回；如果否，则进一步执行步骤(4)；
(4)判断△P是否小于等于-ε，如果是，则令U(k)＝U(k)-μ，然后返回；如果否，则进一步执行步骤(5)；
(5)令P(k)＝P(k-1)，U(k)＝U(k-1)，然后返回。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
本发明提出的新型太阳能发电用变步长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太阳能发电用变步长MPPT控制系统结构示意图。
图2为本发明提供的一种变步长MPPT控制方法流程图。
图3为采用本发明的系统当光照突然增加时系统的仿真结果图。
图4为采用本发明的系统时静态输出功率波动的仿真结果图。
具体实施方式
本发明提供了一种太阳能发电用变步长MPPT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，一种太阳能发电用变步长MPPT控制系统，包括PV阵列，电压变换单元，电压检测装置，电流检测装置，基于DSP的MPPT控制模块，显示模块，PWM控制模块和负载，所述电压变换单元包括电容C1、电感L1、开关管Q1、二极管D1以及电容C2；电容C1的两端分别与PV阵列的正负极连接，电感L1的一端连接PV阵列的正极，另一端连接开关管Q1的漏极以及二极管D1的正极，开关管的源极接地，二极管D1的负极连接电容C2的一端，电容C2的另一端接地，PWM控制模块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基于DSP的MPPT控制模块，并分别将检测到的电压信号和电流信号发送给MPPT控制模块；MPPT控制模块连接PWM控制模块，并将PWM信号发送给PWM控制模块，电压变换单元的输出端连接负载；MPPT控制模块还连接有显示模块，可以实时的显示系统的电压、电流和功率数据。
如图2所示，一种上述改进的MPPT控制系统的控制方法，其包括以下步骤：
(1)对电压值进行初始化，然后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)，并得到电压增量△U＝U(k)-U(k-1)，功率P(k)＝U(k)*I(k)，以及功率增量△P＝U(k)*I(k)-U(k-1)*I(k-1)；其中，U(k-1)、I(k-1)分别为前一采用时刻的电压值和电流值，初始启动电压为开路电压的0.76倍；
(2)判断△U的绝对值是否大于λ，如果是，则令U(k)＝(1+C(△P/△U))*U(k-1)，然后返回；如果否，则执行步骤(3)；其中，C为预设的步长调节系数，λ为判断电压差值是否接近为0的一个大于的较小常数，取值范围为0-0.2之间，μ为判断功率差值是否发生了变化的较小常数；
(3)判断△P是否大于等于ε，如果是，则令U(k)＝U(k)+μ，然后返回；如果否，则进一步执行步骤(4)；
(4)判断△P是否小于等于-ε，如果是，则令U(k)＝U(k)-μ，然后返回；如果否，则进一步执行步骤(5)；
(5)令P(k)＝P(k-1)，U(k)＝U(k-1)，然后返回。
采用上述改进的变步长控制算法，在工作点离最大功率点较远时，可以快速的缩短跟踪的时间；而在最大功率点两侧附近时，步长的变动较小，这样可以减小震荡幅度，提高控制精度。与传统的变步长算法相比，具有更好的快速性和稳定性。图3为光照突然增加时系统的仿真结果图，输出功率和直流电压能够迅速的稳定，需要的跟踪时间仅仅为500ms左右。图4为静态时的输出功率波动图，输出功率的震荡幅度较传统算法更小。
本发明的MPPT控制系统与方法相对于传统的MPPT系统和算法，能够解决传统定步长算法中快速性和稳定性无法兼顾的问题，比传统的变步长算法更快的收敛，且稳定性较好。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 (1)
1.一种太阳能发电用变步长MPPT控制系统的控制方法，其包括以下步骤：
(1)对电压值进行初始化，然后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)，并得到电压增量△U＝U(k)-U(k-1)，功率P(k)＝U(k)*I(k)，以及功率增量△P＝U(k)*I(k)-U(k-1)*I(k-1)；其中，U(k-1)、I(k-1)分别为前一采用时刻的电压值和电流值，初始启动电压为开路电压的0.76倍；
(2)判断△U的绝对值是否大于λ，如果是，则令U(k)＝(1+C(△P/△U))*U(k-1)，然后返回；如果否，则执行步骤(3)；其中，C为预设的步长调节系数，λ为判断电压差值是否接近为0的一个大于的较小常数，取值范围为0-0.2之间，μ为判断功率差值是否发生了变化的较小常数；
(3)判断△P是否大于等于ε，如果是，则令U(k)＝U(k)+μ，然后返回；如果否，则进一步执行步骤(4)；
(4)判断△P是否小于等于-ε，如果是，则令U(k)＝U(k)-μ，然后返回；如果否，则进一步执行步骤(5)；
(5)令P(k)＝P(k-1)，U(k)＝U(k-1)，然后返回；
所述太阳能发电用变步长MPPT控制系统包括PV阵列，电压变换单元，电压检测装置，电流检测装置，基于DSP的MPPT控制模块，显示模块，PWM控制模块和负载，电压检测装置和电流检测装置连接基于DSP的MPPT控制模块，并分别将检测到的电压信号和电流信号发送给MPPT控制模块；MPPT控制模块连接PWM控制模块，并将PWM信号发送给PWM控制模块，电压变换单元的输出端连接负载；MPPT控制模块还连接有显示模块，可以实时的显示系统的电压、电流和功率数据；所述电压变换单元包括电容C1、电感L1、开关管Q1、二极管D1以及电容C2；电容C1的两端分别与PV阵列的正负极连接，电感L1的一端连接PV阵列的正极，另一端连接开关管Q1的漏极以及二极管D1的正极，开关管的源极接地，二极管D1的负极连接电容C2的一端，电容C2的另一端接地，PWM控制模块的输出端连接开关管Q1的栅极。
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