CN109343649A - 一种分区间自寻优mppt太阳能发电控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分区间自寻优MPPT太阳能发电控制方法，通过太阳能电池的等效模型，基于该模型根据不同光S与温度T，建立光伏电池输出功率与电压曲线模型，得到P‑U特性曲线，利用升压模型在P‑U特性曲线上实现最大功率点的追踪，建立S曲线，采样光伏电池的电压值和电流值计算ΔUk，ΔIk，ΔPk，计算出当前k时刻的Sk的值，设置阀值参数a、b、c，0<a<b<c<1，将P‑U特性曲线分成四个区间，根据Sk在S曲线四个区间中的分布，赋予每个区间对应的步长系数L，根据对应的步长系数L，设置步长调整比例因子N得到占空比调整步长Ds，从而可以实现在距离最大功率点较远位置时使用较大步长，减少跟踪时间，在距离最大功率点较近的位置时能够提高跟踪的精度，提高输出功率。

Description

一种分区间自寻优MPPT太阳能发电控制方法
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种分区间自寻优MPPT太阳能发电控制方法。
背景技术
随着不可再生能源开发和利用对于环境所带来的伤害日益剧增，对于新能源的开发与利用也越来越受到各国的重视。在太阳能光伏发电中，由于光伏电池受到不同光照与温度等因素的影响，导致了其输出的功率与电压以及电流与电压都呈现出非线性的特点。但是在某一特定的环境下光伏电池存在一个最大功率点(MPP)。所以，在利用光伏电池与负载之间增加一个最大功率跟踪(MPPT)环节来提高增加发电系统的能源利用效率。
对于最大功率跟踪的研究方法一般有电导增量法、扰动观察法、开路电压法，人工智能方法等。对于人工智方法，例如：神经网络、模糊算法等，此类的算法存在设计难度大，硬件成本高，启动时间长等缺点。传统方法体现出了它们独特的特点：成本低、控制容易实现等。但是在传统方法中扰动步长一般为固定的，这就会造成在最大功率点附近形成功率震荡，造成功率损耗；与此同时，也会导致系统在追寻最大功率点时没有办法兼顾追踪时间和追踪精度。在普通变步长算法中可以一定程度缓解固定步长带来的缺点，但是对于步长因子的选择会给系统带来不同程度得影响。本文在变步长电导增量的基础上为了优化步长因子的选择提出了一种分区间自寻优MPPT太阳能发电控制方法。
发明内容
本发明根据传统变步长方法在光伏系统中最大功率跟踪的应用中变步长因子选择不合理导致存功率精度不高与追踪速度较慢且两者无法兼顾的缺点，目的在于提供了实现更简单的一种分区间自寻优MPPT太阳能发电控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：
一种分区间自寻优MPPT太阳能发电控制方法，包括以下步骤：
步骤1，建立太阳能电池的等效模型与升压模型，并在太阳能电池的等效模型上根据不同光(S)与温度(T)下建立光伏电池输出功率与电压曲线模型，即P-U特性曲线；
步骤2，利用升压模型实现对光伏电池输出功率与电压曲线模型最大功率点的追踪；基于光伏电池输出功率与电压曲线模型建立曲线，S＝0点即为最大功率点处；
步骤3，采样光伏电池当前k时刻的电压U(k)和电流I(k)，与前一时刻的电压U(k-1)和电流I(k-1)，计算得出ΔUk＝U(k)-U(k-1)，ΔIk＝I(k)-I(k-1)，ΔPk＝U(k)·I(k)-U(k-1)·I(k-1)；
步骤4，设置阀值参数a、b、c，0&lt;a&lt;b&lt;c&lt;1，将P-U特性曲线分成四个区间，根据 计算出k时刻的Sk，根据Sk在S曲线四个区间中的分布，赋予每个区间对应的步长系数L；
步骤5，根据每个区间对应的步长系数L，设置步长调整比例因子N可以得到占空比调整步长Ds；
步骤6，根据k时刻在最大功率点左边时，则减小占空比，在最大功率点右边，则增加占空比，获得k时刻的占空比Dk，然后返回步骤3，继续计算下一时刻的工作循环。
进一步，所述步骤2中，根据P-U曲线对P＝UI两边对U求导得到：分析太阳能电池输出P-U特性曲线可知最大功率点处的斜率为0，即：可得：
进一步，所述升压模型表示为：其中Upv是太阳能电池输出电压，Uo是升压电路输出电压，D是升压电路开关管占空比；
进一步，所述步骤4中，当0＜Sk≤a时，步长系数取L0＝0,当a&lt;Sk≤b时,步长系数取当b&lt;Sk≤c时，步长系数取当Sk＞c时步长系数取
进一步，所述占空比调整步长Ds表示为：
Ds＝N·L；
进一步，所述步骤6中判断在P-U曲线上当前时刻功率点与最大功率点的位置方法为：
根据P-U曲线对P＝UI两边对U求导得到：当运行在最大功率点时：即：所以当在MPP左边时，当时在MPP 右边；
进一步，在减小占空比时，占空比表示为Dk＝Dk-1-Ds，在增加占空比时，占空比表示为Dk＝Dk-1+Ds；
本发明的有益效果：
(1)在不同光照强度下且在光照突变的情况下，在远离MPP时可以自动选择较大的步长系数，在要接近时选择中等步长系数，在靠近时选择小步长系数，这比一般变步长控制算法更灵活，能够快速的跟踪到MPP，响应迅速。
(2)在靠近MPP时系统选择较小的步长系数能够改善最大功率追踪的精度，从而有效的抑制稳态时的功率波动，提高了系统的能量利用率。
(3)判断逻辑简单清晰，控制算法易于实现。
附图说明
图1是光伏发电中MPPT控制电路结构图；
图2光伏电池输出特性P-U曲线图；
图3是分区间自寻优MPPT太阳能发电控制方法流程图；
图4光伏电池输出特性P-U曲线分区间原理图；
图5光照强度发生变化时分区间自寻优MPPT输出功率图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，光伏发电中MPPT控制电路系统是由光伏阵列、电压升压电路、MPPT 控制器、PWM控制器与负载组成；光伏列阵与升压电路连接，升压电路前端与MPPT控制器一端连接，后端与PWM发生器连接，PWM发生器与升压电路中的晶体开关管连接通过调节占空比实现最大功率跟踪，升压电路末端与负载连接。
一种分区间自寻优MPPT太阳能发电控制方法,包括以下步骤：
步骤1，建立太阳能电池的等效模型与升压模型，并在太阳能电池的等效模型上根据不同光(S)与温度(T)下建立光伏电池输出功率与电压曲线(P-U特性曲线)模型；如图2所示，P-U特性曲线中，Pmax与Uoc对应的点是最大功率点；
步骤2，利用升压模型通过控制开关管占空比实现对光伏电池输出功率与电压曲线(P-U特性曲线)模型最大功率点的追踪；分析太阳能电池输出P-U特性曲线可知最大功率点处的斜率为0，即：可得：在太阳能电池输出P-U特性曲线上建立曲线，图形中对应的S＝0点即为最大功率点处；其中，其中Upv是太阳能电池输出电压，Uo是升压电路输出电压，D是升压电路开关管占空比。
如图3所示，
步骤3，采样光伏电池当前k时刻的电压U(k)和电流I(k)，与前一时刻的电压U(k-1)和电流I(k-1)，计算得出ΔUk＝U(k)-U(k-1)，ΔIk＝I(k)-I(k-1)，ΔPk＝U(k)·I(k)-U(k-1)·I(k-1)；
步骤4，如图4所示，点划线为曲线，通过设置阀值参数a＝0.017、b＝0.5、 c＝0.95将P-U特性曲线分成三个区间，某一时刻(k)的阀值参数比较确定所在区间，每个区间都对应不同的步长系数L，如附图4中实线部分所示，当0＜Sk≤a时，步长系数取L0＝0,当a&lt;Sk≤b时,步长系数取当b&lt;Sk≤c时，步长系数取当Sk＞c时步长系数取
步骤5，根据步骤4中每个区间对应的步长系数L，设置步长调整比例因子N＝0.0001 可以得到占空比调整步长Ds，Ds＝N·L。
步骤6，根据P-U曲线对P＝UI两边对U求导得到：当运行在最大功率点时：即：所以当在MPP左边时，则减小占空比， Dk＝Dk-1-Ds；当时在MPP右边，则增加占空比，占空比表示为Dk＝Dk-1+Ds；从而获得k时刻的占空比Dk，然后返回步骤3，继续计算下一时刻的工作循环。
综上所述，采用本发明所提出的一种分区间自寻优MPPT太阳能发电控制方法，在不同光照强度下且在光照突变的情况下，在远离MPP时可以自动选择较大的步长系数，在要接近时选择中等步长系数，在靠近时选择小步长系数，这比一般变步长控制算法更灵活，能够快速的跟踪到MPP，响应迅速。如图5光照强度发生变化时分区间自寻优MPPT输出功率仿真图，在靠近MPP时系统选择较小的步长系数能够改善最大功率追踪的精度，从而有效的抑制稳态时的功率波动，提高了系统的能量利用率。判断逻辑简单清晰，控制算法易于实现。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种分区间自寻优MPPT太阳能发电控制方法,其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，建立太阳能电池的等效模型，基于该模型根据不同光S与温度T，建立光伏电池输出功率与电压曲线模型，得到P-U特性曲线；
步骤2，利用升压模型在P-U特性曲线上实现最大功率点的追踪；基于光伏电池输出功率与电压曲线模型建立曲线，S＝0点即为最大功率点处；
步骤3，采样光伏电池当前k时刻的电压U(k)和电流I(k)，与前一时刻的电压U(k-1)和电流I(k-1)，计算得出ΔUk＝U(k)-U(k-1)，ΔIk＝I(k)-I(k-1)，ΔPk＝U(k)·I(k)-U(k-1)·I(k-1)；
步骤4，设置阀值参数a、b、c，0&lt;a&lt;b&lt;c&lt;1，将P-U特性曲线分成四个区间，根据 计算出k时刻的Sk，根据Sk在S曲线四个区间中的分布，赋予每个区间对应的步长系数L；
步骤5，根据每个区间对应的步长系数L，设置步长调整比例因子N得到占空比调整步长Ds；
步骤6，根据k时刻功率点在最大功率点左边时，则减小占空比；k时刻功率点在最大功率点右边，则增加占空比，获得k时刻的占空比Dk，然后返回步骤3，继续计算下一时刻的工作循环。
2.根据权利要求1所述的一种分区间自寻优MPPT太阳能发电控制方法，其特征在于，根据P-U曲线对P＝UI两边对U求导得到：分析太阳能电池输出P-U特性曲线可知最大功率点处的斜率为0，即：可得：
3.根据权利要求1所述的一种分区间自寻优MPPT太阳能发电控制方法，其特征在于，所述升压模型表示为：其中Upv是太阳能电池输出电压，Uo是升压电路输出电压，D是升压电路开关管占空比。
4.根据权利要求1所述的一种分区间自寻优MPPT太阳能发电控制方法，其特征在于，所述步骤4中，当0＜Sk≤a时，步长系数取L0＝0,当a&lt;Sk≤b时,步长系数取 当b&lt;Sk≤c时，步长系数取当Sk＞c时步长系数取
5.根据权利要求1所述的一种分区间自寻优MPPT太阳能发电控制方法，其特征在于，所述占空比调整步长Ds表示为：Ds＝N·L。
6.根据权利要求1所述的一种分区间自寻优MPPT太阳能发电控制方法，其特征在于，所述步骤6中判断在P-U曲线上当前时刻功率点与最大功率点的位置方法为：
根据P-U曲线对P＝UI两边对U求导得到：当运行在最大功率点时：即：所以当在MPP左边时，当时在MPP右边。
7.根据权利要求1所述的一种分区间自寻优MPPT太阳能发电控制方法，其特征在于，在减小占空比时，占空比表示为Dk＝Dk-1-Ds，在增加占空比时，占空比表示为Dk＝Dk-1+Ds。
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