CN109032238A - 基于无电流传感器的最大电功率跟踪方法 - Google Patents

基于无电流传感器的最大电功率跟踪方法 Download PDF

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文辉清
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Abstract

本发明公开了一种基于无电流传感器的最大电功率跟踪方法，包括：测量当前光伏电池输出电压值V(k)；读取当前DC‑DC占空比D(k)的值，以及上一次保存的光伏电池输出电压值V(k‑1)和DC‑DC占空比D(k‑1)；分别计算光伏电池输出电压与DC‑DC占空比的变化量；对当前工作点位置进行判断，并设定相应的sign值；对DC‑DC占空比的变化量dD进行判断；对光伏电池输出电压的变化量dV以及|dVpv/dD|进行判断；对sign值置为‑1；计算下一次占空比的值；记录本次DC‑DC占空比D(k)与光伏电池输出电压值V(k)的值。本发明提出一种基于无电流传感器的最大电功率跟踪方法。此方法可以有效解决光照变化时造成的算法误判问题。

Description

基于无电流传感器的最大电功率跟踪方法
技术领域
本发明涉及光伏领域，特别涉及一种基于无电流传感器的最大电功率跟踪方法。
背景技术
太阳能被全世界广泛地认为是一种非常重要的可持续能源。但由于光伏阵列受到外界环境因素如光照或温度的影响，其输出电压、电流呈现出明显的非线性特征。因此如何实时地调节光伏模块的输出功率，在任何外界环境下实现最大功率点跟踪(maximum powerpoint tracking，MPPT)显得十分重要。
大多数的MPPT算法往往需要同时采集光伏电池输出的电压和电流，如观察扰动法、电导增量法等。因此MPPT算法需要同时具备电压、电流传感器，从而造成硬件成本的增加。为了能够解决这一问题，设计一种不需要电压传感器或电流传感器的MPPT算法显得非常重要。由于电流传感器主要基于霍尔传感器，因此与电压传感器相比，电流传感器成本较高，故而无电流传感器的MPPT算法在近年来被大量采用。
无电流传感器的MPPT算法主要根据DC-DC变流器的种类，从而推导出光伏电池输出电压与DC-DC占空比(Duty Cycle)之间的关系，最终找到光伏电池最大功率点(MPP)。图1以Boost电路为例，我们可有以下关系：
其中Vpv与dVpv分别为光伏电池输出电压及其变化量，D与dD为DC-DC占空比及其变化量。通过上述关系，我们可以对占空比进行调节，从而达到MPP的位置。
但是，由于此类MPPT算法缺少电流参数，因此光照发生变化时，此类MPPT算法会由于缺少电流参数发生误判，从而导致系统工作点偏离MPP(如图2中C2点)，继而影响算法效率。
发明内容
本发明目的是：为了能够解决此类问题，本发明提出一种新型基于无电流传感器的最大电功率跟踪方法，此方法可以有效解决光照变化时造成的算法误判问题。
本发明的技术方案是：
基于无电流传感器的最大电功率跟踪方法，包括：
1)测量当前光伏电池输出电压值V(k)；
2)读取当前DC-DC占空比D(k)的值，以及上一次保存的光伏电池输出电压值V(k-1)和DC-DC占空比D(k-1)；
3)分别计算光伏电池输出电压与DC-DC占空比的变化量；
4)根据公式
对当前工作点位置进行判断，并设定相应的sign值；其中Vpv与dVpv分别为光伏电池输出电压及其变化量，D与dD为DC-DC占空比及其变化量；
5)首先对DC-DC占空比的变化量dD进行判断：如果dD为正，则算法不需要进行调整，直接跳至第8步；如果dD为负，则算法跳至第6步；
6)对光伏电池输出电压的变化量dV以及|dVpv/dD|进行判断：如果该条件不满足，则算法不需要进行调整，直接跳至第8步；如果该条件满足，则算法跳至第7步；
7)对sign值置为-1；
8)计算下一次占空比的值；
9)记录本次DC-DC占空比D(k)与光伏电池输出电压值V(k)的值。
本发明的优点是：
本发明提出一种基于无电流传感器的最大电功率跟踪方法。此方法可以有效解决光照变化时造成的算法误判问题。
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为基于Boost的V–D、Rinc-D和Rins-D之间的关系的曲线图；
图2为无电流传感器的MPPT算法在光照变化时的误判分析；
图3为本发明无电流传感器的最大电功率跟踪方法的流程图；
图4为实验结果的曲线图。
具体实施方式
本发明提出的基于无电流传感器的最大电功率跟踪方法，主要基于对光照变化时的误判分析，如图2所示。
从图2(a)可以看出，当光照减小时，工作点从MPP的位置移动至C点。此时，根据上一次工作点的位置，MPPT算法的扰动方向有两种可能性，即(1)A-MPP-C-C1和(2)B-MPP-C-C2，其中(2)为误判。同理，当光照增加时，MPPT算法的扰动方向同样也有两种可能性，即(1)A-MPP-C-C1和(2)B-MPP-C-C2，如图2(b)所示其中(2)为误判。
从上述分析中不难看出，只有当上一次的工作点位置在MPP的左边，也就是DC-DC占空比的变化量dD为负值时，该算法才可能会发生误判。同时，从图2(a)中不难看出，当光照减小时，如果dV和dD同时为负值时，算法的扰动方向需要进行调整；另一方面，当光照增加时，|dVpv/dD|的值同样会发生较大的变化。因此，通过设定一个阀值Thres来进行判断：如果|dVpv/dD|大于或等于此阀值时，算法的扰动方向同样也需要进行调整。
图3为本发明无电流传感器的最大电功率跟踪方法的流程图，具体包括：
1)测量当前光伏电池输出电压值V(k)；
2)读取当前DC-DC占空比D(k)的值，以及上一次保存的光伏电池输出电压值V(k-1)和DC-DC占空比D(k-1)；
3)分别计算光伏电池输出电压与DC-DC占空比的变化量；
4)根据公式
对当前工作点位置进行判断，并设定相应的sign值；其中Vpv与dVpv分别为光伏电池输出电压及其变化量，D与dD为DC-DC占空比及其变化量；
5)首先对DC-DC占空比的变化量dD进行判断：如果dD为正，则算法不需要进行调整，直接跳至第8步；如果dD为负，则算法跳至第6步；
6)对光伏电池输出电压的变化量dV以及|dVpv/dD|进行判断：如果该条件不满足，则算法不需要进行调整，直接跳至第8步；如果该条件满足，则算法跳至第7步；
7)对sign值置为-1；
8)计算下一次占空比的值；
9)记录本次DC-DC占空比D(k)与光伏电池输出电压值V(k)的值。
具体实施时，太阳能阵列模拟器(PV emulator)用来模拟光伏阵列的输出，dSPACE用来完成本算法的实现。仿真结果和实验结果如图4所示。
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 (1)

1.基于无电流传感器的最大电功率跟踪方法，其特征在于，包括：
1)测量当前光伏电池输出电压值V(k)；
2)读取当前DC-DC占空比D(k)的值，以及上一次保存的光伏电池输出电压值V(k-1)和DC-DC占空比D(k-1)；
3)分别计算光伏电池输出电压与DC-DC占空比的变化量；
4)根据公式对当前工作点位置进行判断，并设定相应的sign值；其中Vpv与dVpv分别为光伏电池输出电压及其变化量，D与dD为DC-DC占空比及其变化量；
5)首先对DC-DC占空比的变化量dD进行判断：如果dD为正，则算法不需要进行调整，直接跳至第8步；如果dD为负，则算法跳至第6步；
6)对光伏电池输出电压的变化量dV以及|dVpv/dD|进行判断：如果该条件不满足，则算法不需要进行调整，直接跳至第8步；如果该条件满足，则算法跳至第7步；
7)对sign值置为-1；
8)计算下一次占空比的值；
9)记录本次DC-DC占空比D(k)与光伏电池输出电压值V(k)的值。
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