CN110109504A - 一种基于多重算法的最大功率跟踪控制方法及系统 - Google Patents

一种基于多重算法的最大功率跟踪控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多重算法的最大功率跟踪控制方法及系统，涉及光伏发电利用研究技术领域，包括首先获取光伏电池的相关参数并计算相关指标；其次采用固定电压法对当前周期电压进行处理，提高追踪速度；再者采用功率预测法对指标中的预测功率进行处理，防止因光照突变导致追踪误判；最后采用基于双步长调整系数的电导增量法进行最大功率点的跟踪。因此，采用本发明提供的方法或者系统，在增加追踪速度的同时提高追踪的稳定性、精确性和无误判性，优化追踪效果。

Description

一种基于多重算法的最大功率跟踪控制方法及系统
技术领域
本发明涉及光伏发电利用研究技术领域，特别是涉及一种基于多重算法的最大功率跟踪控制方法及系统。
背景技术
光伏电池是实现光电转换重要设备，是光伏发电系统中的重要组成部分，光伏电池的输出特性对后续电路具有很大的影响。事实上，环境因素对光伏电池的输出功率影响很大，其中，光照强度和温度尤为突出。实际工作中，环境因素时刻变化，为了提高整个光伏系统的工作效率，使后续系统工作在最大功率状态下，需要光伏电池始终以最大功率输出。因此，需要对光伏电池进行最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，简称MPPT)。由于光伏电池的输出呈现非线性特性且MPPT的速度和精确度对整体系统的效率有很大的影响，因此，在光伏发电系统中，实现快速、精确的追踪到最大功率点是重中之重。
现有的控制算法中，扰动观察法是应用内最广泛的算法之一。实际工况中，云层的存在，会导致太阳光的光照强度发生变化，当光照强度发生剧烈变化时，传统的扰动观察法可能发生追踪失败的情况，追踪到错误的最大功率点，致使系统的输出功率小于最大功率。基于功率预测的扰动观察法虽然考虑到光照强度快速变化的因素，但此算法在光照条件匀速变化条件下追踪效率高，在实现最大功率点跟踪时仍然可能发生误判，因此，有学者针对电导增量法进行改进。相比较于其它基本算法，电导增量法可更好的实现MPPT的快速性和精确性，但此算法对于硬件设备的要求较高且在最大功率点附近存在振荡现象，因此部分学者对电导增量法进变步长方向的改进。但是，普通的变步长电导增量法无法防止在进行最大功率点跟踪时由光照突变引起的振荡问题。
发明内容
基于上述的问题，同时为了更进一步的增加追踪速度，本发明在电导增量法的基础上提出了改进型的变步长方式，并结合功率预测法以应对MPPT误判，结合固定电压法以进一步提高追踪速度。由此，本发明提出了一种结合功率预测法、固定电压法和改进变步长电导增量法的最大功率跟踪控制方法及系统，在增加追踪速度的同时提高追踪的稳定性、精确性和无误判性，优化追踪效果。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于多重算法的最大功率跟踪控制方法，包括：
获取光伏电池的当前周期电压和当前周期电流；
判断所述当前周期电压是否大于电压阈值，得到第一判断结果；
若所述第一判断结果表示所述当前周期电压大于所述电压阈值，则保持所述当前周期电压不变；
若所述第一判断结果表示所述当前周期电压小于或者等于所述电压阈值，则用所述电压阈值替换所述当前周期电压，更新所述当前周期电压；
获取半周期电流、上一周期电压、上一周期电流，并根据所述半周期电流、所述上一周期电压、所述上一周期电流、所述当前周期电流以及所述第一判断结果确定的当前周期电压，计算相关数据；所述相关数据包括当前周期电压差、当前周期电流差、当前周期功率、当前周期功率差、半周期功率、第一电导增量、第一初始补偿调整系数和第二初始补偿调整系数；所述半周期电流为在保持所述当前周期电压的前提下，半个周期之后的电流值；所述当前周期电压差为所述当前周期电压与所述上一周期电压的差值；所述当前周期电流差为所述当前周期电流与所述上一周期电流的差值；所述当前周期功率差为所述当前周期功率与所述上一周期功率的差值；所述半周期功率为所述当前周期电压与所述半周期电流的乘积；
根据所述当前周期功率和所述半周期功率，计算预测功率；
获取光伏电池的下一周期电压和下一周期电流，并计算下一周期功率；
判断预测功率差是否小于功率阈值，得到第二判断结果；所述预测功率差为所述下一周期功率与所述预测功率的差值；
若所述第二判断结果表示所述预测功率差大于或者等于所述功率阈值，则用所述下一周期电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回判断所述当前周期电压是否大于电压阈值得到第一判断结果步骤；
若所述第二判断结果表示所述预测功率差小于所述设定功率阈值，则确定所述当前周期电压差是否等于零；
若所述当前周期电压差不等于零，则判断所述第一电导增量是否等于零，得到第三判断结果；
若所述第三判断结果表示所述第一电导增量等于零，则确定光伏电池的当前周期功率为最大功率，并用所述当前周期电压替换所述下一周期电压，更新所述下一周期电压，返回判断预测功率差是否小于功率阈值得到第二判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止；
若所述第三判断结果表示所述第一电导增量大于零，则根据所述当前周期电压、所述第一初始补偿调整系数、第一设定电压，计算第一电压，并用所述第一电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回判断所述当前周期电压是否大于电压阈值得到第一判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止；
若所述第三判断结果表示所述第一电导增量小于零，则根据所述当前周期电压、所述第二初始补偿调整系数、所述第二设定电压，计算第二电压，并用所述第二电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回判断所述当前周期电压是否大于设定电压得到第一判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止；
若所述当前周期电压差等于零，则判断第二电导增量是否等于零，得到第四判断结果；所述第二电导增量为当前周期电流差；
若所述第四判断结果表示所述第二电导增量等于零，则确定光伏电池的当前周期功率为最大功率，并用所述当前周期电压替换所述下一周期电压，更新所述下一周期电压，返回判断预测功率差是否小于功率阈值得到第二判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止；
若所述第四判断结果表示所述第二电导增量大于零，则根据所述当前周期电压、所述第一初始补偿调整系数、第一设定电压，计算第一电压，并用所述第一电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回判断所述当前周期电压是否大于电压阈值得到第一判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止；
若所述第四判断结果表示所述第二电导增量小于零，则根据所述当前周期电压、所述第二初始补偿调整系数、所述第二设定电压，计算第二电压，并用所述第二电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回判断所述当前周期电压是否大于设定电压得到第一判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止。
可选的，在获取光伏电池的当前周期电压和当前周期电流之前，所述最大功率跟踪控制方法还包括：
实时采样光伏电池的电压和电流。
可选的，所述第一电导增量为：G(k)＝I(k)/U(k)+ΔI(k)/ΔU(k)；其中，I(k)为当前周期电流，U(k)为当前周期电压，ΔI(k)为当前周期电流差，ΔU(k)为当前周期电压差。
可选的，所述第一初始补偿调整系数为S(k)1＝abs(ΔP(k)/ΔU(k)/I(k))；
所述第二初始补偿调整系数为S(k)2＝abs(ΔP(k)/ΔU(k)/U(k))；
其中，ΔP(k)为当前周期功率差，I(k)为当前周期电流，U(k)为当前周期电压，ΔU(k)为当前周期电压差。
可选的，所述根据所述当前周期功率和所述半周期功率，计算预测功率，具体包括：根据以下公式计算预测功率；
所述公式为：P'(k)＝2P(k+1/2)-P(k)；
其中，P'(k)为预测功率；P(k+1/2)为半周期功率；P(k)为当前周期功率。
可选的，所述根据所述当前周期电压、所述第一初始补偿调整系数、所述第一设定电压，计算第一电压，具体包括：根据以下公式计算第一电压；
所述公式为U1＝U(k)+S(k)1ΔU1；
其中，U1为第一电压，U(k)为当前周期电压，S(k)1为第一初始补偿调整系数，ΔU1为第一设定电压。
可选的，所述根据所述当前周期电压、所述第二初始补偿调整系数、所述第二设定电压，计算第二电压，具体包括：
所述公式为U2＝U(k)-S(k)2ΔU2；
其中，U2为第二电压，U(k)为当前周期电压，S(k)2为第二初始补偿调整系数，ΔU2为第二设定电压。
可选的，所述第一设定电压与所述第二设定电压的关系式为ΔU1＝3ΔU2；
其中，ΔU1为第一设定电压，ΔU2为第二设定电压。
一种基于多重算法的最大功率跟踪控制系统，包括：
获取模块，用于获取光伏电池的当前周期电压和当前周期电流；
第一判断模块，用于判断所述当前周期电压是否大于电压阈值，得到第一判断结果；
当前周期电压保持模块，用于当所述第一判断结果表示所述当前周期电压大于所述电压阈值时，保持所述当前周期电压不变；
当前周期电压更新模块，用于当所述第一判断结果表示所述当前周期电压小于或者等于所述电压阈值时，用所述电压阈值替换所述当前周期电压，更新所述当前周期电压；
相关数据计算模块，用于获取半周期电流、上一周期电压、上一周期电流，并根据所述半周期电流、所述上一周期电压、所述上一周期电流、所述当前周期电流以及所述第一判断结果确定的当前周期电压，计算相关数据；所述相关数据包括当前周期电压差、当前周期电流差、当前周期功率、当前周期功率差、半周期功率、第一电导增量、第一初始补偿调整系数和第二初始补偿调整系数；所述半周期电流为在保持所述当前周期电压的前提下，半个周期之后的电流值；所述当前周期电压差为所述当前周期电压与所述上一周期电压的差值；所述当前周期电流差为所述当前周期电流与所述上一周期电流的差值；所述当前周期功率差为所述当前周期功率与所述上一周期功率的差值；所述半周期功率为所述当前周期电压与所述半周期电流的乘积；
预测功率计算模块，用于根据所述当前周期功率和所述半周期功率，计算预测功率；
下一周期功率计算模块，用于获取光伏电池的下一周期电压和下一周期电流，并计算下一周期功率；
第二判断模块，用于判断预测功率差是否小于功率阈值，得到第二判断结果；所述预测功率差为所述下一周期功率与所述预测功率的差值；
第一返回模块，用于当所述第二判断结果表示所述预测功率差大于或者等于所述功率阈值时，用所述下一周期电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回第一判断模块；
当前周期电压差确定模块，用于所述第二判断结果表示所述预测功率差小于所述设定功率阈值时，确定所述当前周期电压差是否等于零；
第三判断模块，用于当所述当前周期电压差不等于零时，判断所述第一电导增量是否等于零，得到第三判断结果；
第四判断模块，用于当所述当前周期电压差等于零时，判断第二电导增量是否等于零，得到第四判断结果；所述第二电导增量为当前周期电流差；
第二返回模块，用于当所述第三判断结果表示所述第一电导增量等于零或者所述第四判断结果表示所述第二电导增量等于零时，确定光伏电池的当前周期功率为最大功率，并用所述当前周期电压替换所述下一周期电压，更新所述下一周期电压，返回第二判断模块，直到最大功率跟踪停止；
第三返回模块，用于当所述第三判断结果表示所述第一电导增量大于零或者所述第四判断结果表示所述第二电导增量大于零时，根据所述当前周期电压、所述第一初始补偿调整系数、第一设定电压，计算第一电压，并用所述第一电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回第一判断模块，直到最大功率跟踪停止；
第四返回模块，用于当所述第三判断结果表示所述第一电导增量小于零或者所述第四判断结果表示所述第二电导增量小于零时，根据所述当前周期电压、所述第二初始补偿调整系数、所述第二设定电压，计算第二电压，并用所述第二电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回第一判断模块，直到最大功率跟踪停止。
可选的，所述最大功率跟踪控制系统还包括：
采样模块，用于实时采样光伏电池的电压和电流。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种结合改进型变步长电导增量法、固定电压法和功率预测法的最大功率跟踪控制方法及系统，因此在追踪速度方面，由于固定电压法的加入可进一步提高；在追踪精度和稳定性方面，由于改进性变步长电导增量法中的双变步长调整系数和双初始步长的作用，可提高追踪精度和稳定性，解决电导增量法在最大功率点附近的振荡问题，同时对提高追踪速度也有一定的效果；在预防误判方面，由于功率预测法的加入，可预测出更为准确的功率值，实现理论上的同P-U曲线内变化，可有效的预防MPPT误判的发生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例基于多重算法的最大功率跟踪控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例光伏电池输出P-U曲线图；
图3为本发明实施例基于多重算法的最大功率跟踪控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例基于多重算法的最大功率跟踪控制方法的流程示意图。如图1所示，本实施例提供的一种基于多重算法的最大功率跟踪控制方法，包括：
步骤101：获取光伏电池的当前周期电压和当前周期电流。
步骤102：判断所述当前周期电压是否大于电压阈值，得到第一判断结果。若所述第一判断结果表示所述当前周期电压大于所述电压阈值，则执行步骤103；若所述第一判断结果表示所述当前周期电压小于或者等于所述电压阈值，则执行步骤104。
步骤103：保持所述当前周期电压不变。
步骤104：用所述电压阈值替换所述当前周期电压，更新所述当前周期电压。
步骤105：获取半周期电流、上一周期电压、上一周期电流，并根据所述半周期电流、所述上一周期电压、所述上一周期电流、所述当前周期电流以及所述第一判断结果确定的当前周期电压，计算相关数据。
所述相关数据包括当前周期电压差ΔU(k)、当前周期电流差ΔI(k)、当前周期功率P(k)、当前周期功率差ΔP(k)、半周期功率P(k+1/2)、第一电导增量G(k)、第一初始补偿调整系数S(k)1和第二初始补偿调整系数S(k)2。所述半周期电流I(k+1/2)为在保持所述当前周期电压的前提下，半个周期之后的电流值。
所述当前周期电压差为所述当前周期电压与所述上一周期电压的差值，其计算公式为ΔU(k)＝U(k)-U(k-1)；其中，U(k)为当前周期电压，U(k-1)为上一周期电压。
所述当前周期电流差为所述当前周期电流与所述上一周期电流的差值，其计算公式为ΔI(k)＝I(k)-I(k-1)；其中，I(k)为当前周期电流，I(k-1)为上一周期电流。
所述当前周期功率差为所述当前周期功率与所述上一周期功率的差值，其计算公式为ΔP(k)＝P(k)-P(k-1)；其中，P(k)为当前周期功率，P(k)＝I(k)U(k)；P(k-1)为上一周期功率，P(k-1)＝I(k-1)U(k-1)。
所述半周期功率为所述当前周期电压与所述半周期电流的乘积，其计算公式为P(k+1/2)＝U(k)I(k+1/2)。
所述第一电导增量的计算公式为G(k)＝I(k)/U(k)+ΔI(k)/ΔU(k)。
所述第一初始补偿调整系数为S(k)1＝abs(ΔP(k)/ΔU(k)/I(k))。
所述第二初始补偿调整系数为S(k)2＝abs(ΔP(k)/ΔU(k)/U(k))。
步骤106：根据所述当前周期功率和所述半周期功率，计算预测功率。
其计算公式为P'(k)＝2P(k+1/2)-P(k)；其中，P'(k)为预测功率；P(k+1/2)为半周期功率；P(k)为当前周期功率。
步骤107：获取光伏电池的下一周期电压和下一周期电流，并计算下一周期功率。
其计算公式为P(k+1)＝I(k+1)U(k+1)；其中，P(k+1)为下一周期功率；I(k+1)为下一周期电流；U(k+1)为下一周期电压。
步骤108：判断预测功率差是否小于功率阈值，得到第二判断结果；所述预测功率差为所述下一周期功率与所述预测功率的差值，其计算公式为dP＝P(k+1)-P'(k)。
若所述第二判断结果表示所述预测功率差大于或者等于所述功率阈值，则执行步骤109；若所述第二判断结果表示所述预测功率差小于所述设定功率阈值，则步骤110:。
步骤109：用所述下一周期电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回步骤102。
步骤110：确定所述当前周期电压差是否等于零。
步骤111：若所述当前周期电压差不等于零，则判断所述第一电导增量是否等于零，得到第三判断结果。若所述第三判断结果表示所述第一电导增量等于零，则执行步骤112。若所述第三判断结果表示所述第一电导增量大于零，则执行步骤113；若所述第三判断结果表示所述第一电导增量小于零，则执行步骤114。
步骤112：确定光伏电池的当前周期功率为最大功率，并用所述当前周期电压替换所述下一周期电压，更新所述下一周期电压，返回步骤108，直到最大功率跟踪停止。
步骤113：根据所述当前周期电压、所述第一初始补偿调整系数、第一设定电压，计算第一电压，并用所述第一电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回步骤102，直到最大功率跟踪停止。
步骤114：根据所述当前周期电压、所述第二初始补偿调整系数、所述第二设定电压，计算第二电压，并用所述第二电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回步骤102，直到最大功率跟踪停止。
步骤115：若所述当前周期电压差等于零，则判断第二电导增量是否等于零，得到第四判断结果；所述第二电导增量为当前周期电流差；若所述第四判断结果表示所述第二电导增量等于零，则执行步骤116；若所述第四判断结果表示所述第二电导增量大于零，则执行步骤117；若所述第四判断结果表示所述第二电导增量小于零，则执行步骤118。
步骤116：确定光伏电池的当前周期功率为最大功率，并用所述当前周期电压替换所述下一周期电压，更新所述下一周期电压，返回步骤108，直到最大功率跟踪停止。
步骤117：根据所述当前周期电压、所述第一初始补偿调整系数、第一设定电压，计算第一电压，并用所述第一电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回步骤102，直到最大功率跟踪停止。
步骤118：根据所述当前周期电压、所述第二初始补偿调整系数、所述第二设定电压，计算第二电压，并用所述第二电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回步骤102，直到最大功率跟踪停止。
其中，第一电压的计算公式为U1＝U(k)+S(k)1ΔU1；U1为第一电压，U(k)为当前周期电压，S(k)1为第一初始补偿调整系数，ΔU1为第一设定电压。
第二电压的计算公式为U2＝U(k)-S(k)2ΔU2；U2为第二电压，U(k)为当前周期电压，S(k)2为第二初始补偿调整系数，ΔU2为第二设定电压。
所述第一设定电压与所述第二设定电压的关系式为ΔU1＝3ΔU2。
在执行步骤101之前，所述最大功率跟踪控制方法还包括：实时采样光伏电池的电压和电流。
步骤102-步骤104的原理为：判断光伏电池当前周期输出电压的大小，并与电压阈值Um进行对比，若小于电压阈值Um，则令光伏系统的工作于电压阈值Um下，即固定电压法，然后继续后续流程；若大于或等于电压阈值Um，则保持不变继续进行后续流程。相对于单纯的变步长电导增量法在提高追踪速度方面具有一定的优势。
步骤105-步骤110的原理为：判断预测功率差dP与功率阈值δ的大小，若大于功率阈值δ，则表示发生了光照突变，此时若继续采用现有数据进行计算则可能发生误判现象，因此，需重新采样，获得正确的数据；若小于功率阈值δ，则表示光照正常，此时继续进行后续追踪。相对于单纯的变步长电导增量法，防止了因光照突变导致的追踪误判，具有预防MPPT误判的优点。
步骤111-步骤118的原理为：依据电导增量法的流程图进行MPPT，当光伏电池工作于最大功率点左侧时，即ΔI(k)>0或G(k)>0，扰动步长采用S(k)1ΔU1；当光伏电池工作于最大功率点右侧时，即ΔI(k)<0或G(k)<0，扰动步长采用S(k)2ΔU2。通过相应的扰动步长改变光伏电池的输出电压，进行最大功率点追踪，直至G(k)＝0，或ΔU(k)＝0且ΔI(k)＝0，此时追踪到最大功率点，则光伏电池一直工作在此处，直至最大功率点发生变化，那时，继续重复上述过程，从而追踪最大功率点。
上述的新型变步长电导增量法，其变步长是通过改变步长调整系数来实现的。本实施例提供的方法的步长更新规则为：U(k+1)＝U(k)+S(k)ΔU。
其步长调整系数采用以下数学模型：
简化得到：
由于其自身的特性，可实现自主收敛，同时可增加追踪的稳定性和精确性。
上述的新型变步长电导增量法，采用双初始步长，可依据最大功率点的两侧的需求不同，选择合适的初始步长。本实施例所选的初始步长满足公式即ΔU1＝3ΔU2。
如图2所示，当dP/dU＝0时，系统处于最大功率点处，即：
所述当第一电导增量G(k)为0时，光伏电池系统处于最大功率点处。
本发明的新型变步长电导增量法采用双步长调整系数和双初始扰动步长进行MPPT的控制，双步长调整系数表示控制系统可依据光伏电池输出电压的不同选择合适的步长调整系数，可避免考虑步长调整系数的收敛问题，双初始扰动步长表示控制系统可依据光伏电池的输出电压的不同选择合适的初始扰动步长，有效的解决了最大功率点两侧电压变化区域对初始步长的需求。
图3为本发明实施例基于多重算法的最大功率跟踪控制系统的结构示意图，如图3所示，本实施例提供的一种基于多重算法的最大功率跟踪控制系统，包括：
获取模块1，用于获取光伏电池的当前周期电压和当前周期电流。
第一判断模块2，用于判断所述当前周期电压是否大于电压阈值，得到第一判断结果。
当前周期电压保持模块3，用于当所述第一判断结果表示所述当前周期电压大于所述电压阈值时，保持所述当前周期电压不变。
当前周期电压更新模块4，用于当所述第一判断结果表示所述当前周期电压小于或者等于所述电压阈值时，用所述电压阈值替换所述当前周期电压，更新所述当前周期电压。
相关数据计算模块5，用于获取半周期电流、上一周期电压、上一周期电流，并根据所述半周期电流、所述上一周期电压、所述上一周期电流、所述当前周期电流以及所述第一判断结果确定的当前周期电压，计算相关数据；所述相关数据包括当前周期电压差、当前周期电流差、当前周期功率、当前周期功率差、半周期功率、第一电导增量、第一初始补偿调整系数和第二初始补偿调整系数；所述半周期电流为在保持所述当前周期电压的前提下，半个周期之后的电流值；所述当前周期电压差为所述当前周期电压与所述上一周期电压的差值；所述当前周期电流差为所述当前周期电流与所述上一周期电流的差值；所述当前周期功率差为所述当前周期功率与所述上一周期功率的差值；所述半周期功率为所述当前周期电压与所述半周期电流的乘积。
预测功率计算模块6，用于根据所述当前周期功率和所述半周期功率，计算预测功率。
下一周期功率计算模块7，用于获取光伏电池的下一周期电压和下一周期电流，并计算下一周期功率。
第二判断模块8，用于判断预测功率差是否小于功率阈值，得到第二判断结果；所述预测功率差为所述下一周期功率与所述预测功率的差值。
第一返回模块9，用于当所述第二判断结果表示所述预测功率差大于或者等于所述功率阈值时，用所述下一周期电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回第一判断模块2。
当前周期电压差确定模块10，用于所述第二判断结果表示所述预测功率差小于所述设定功率阈值时，确定所述当前周期电压差是否等于零。
第三判断模块11，用于当所述当前周期电压差不等于零时，判断所述第一电导增量是否等于零，得到第三判断结果。
第四判断模块12，用于当所述当前周期电压差等于零时，判断第二电导增量是否等于零，得到第四判断结果；所述第二电导增量为当前周期电流差。
第二返回模块13，用于当所述第三判断结果表示所述第一电导增量等于零或者所述第四判断结果表示所述第二电导增量等于零时，确定光伏电池的当前周期功率为最大功率，并用所述当前周期电压替换所述下一周期电压，更新所述下一周期电压，返回第二判断模块8，直到最大功率跟踪停止。
第三返回模块14，用于当所述第三判断结果表示所述第一电导增量大于零或者所述第四判断结果表示所述第二电导增量大于零时，根据所述当前周期电压、所述第一初始补偿调整系数、第一设定电压，计算第一电压，并用所述第一电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回第一判断模块2，直到最大功率跟踪停止。
第四返回模块15，用于当所述第三判断结果表示所述第一电导增量小于零或者所述第四判断结果表示所述第二电导增量小于零时，根据所述当前周期电压、所述第二初始补偿调整系数、所述第二设定电压，计算第二电压，并用所述第二电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回第一判断模块2，直到最大功率跟踪停止。
优选的，所述最大功率跟踪控制系统还包括：
采样模块，用于实时采样光伏电池的电压和电流。
本发明提出了一种基于多重算法的最大功率跟踪控制方法及系统，此方法或者系统在基于双步长调整系数的变步长电导增量法基础上结合了功率预测法与固定电压法，可实现快速、精确、无误判追踪。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于多重算法的最大功率跟踪控制方法，其特征在于，所述最大功率跟踪控制方法包括：
获取光伏电池的当前周期电压和当前周期电流；
判断所述当前周期电压是否大于电压阈值，得到第一判断结果；
若所述第一判断结果表示所述当前周期电压大于所述电压阈值，则保持所述当前周期电压不变；
若所述第一判断结果表示所述当前周期电压小于或者等于所述电压阈值，则用所述电压阈值替换所述当前周期电压，更新所述当前周期电压；
获取半周期电流、上一周期电压、上一周期电流，并根据所述半周期电流、所述上一周期电压、所述上一周期电流、所述当前周期电流以及所述第一判断结果确定的当前周期电压，计算相关数据；所述相关数据包括当前周期电压差、当前周期电流差、当前周期功率、当前周期功率差、半周期功率、第一电导增量、第一初始补偿调整系数和第二初始补偿调整系数；所述半周期电流为在保持所述当前周期电压的前提下，半个周期之后的电流值；所述当前周期电压差为所述当前周期电压与所述上一周期电压的差值；所述当前周期电流差为所述当前周期电流与所述上一周期电流的差值；所述当前周期功率差为所述当前周期功率与所述上一周期功率的差值；所述半周期功率为所述当前周期电压与所述半周期电流的乘积；
根据所述当前周期功率和所述半周期功率，计算预测功率；
获取光伏电池的下一周期电压和下一周期电流，并计算下一周期功率；
判断预测功率差是否小于功率阈值，得到第二判断结果；所述预测功率差为所述下一周期功率与所述预测功率的差值；
若所述第二判断结果表示所述预测功率差大于或者等于所述功率阈值，则用所述下一周期电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回判断所述当前周期电压是否大于电压阈值得到第一判断结果步骤；
若所述第二判断结果表示所述预测功率差小于所述设定功率阈值，则确定所述当前周期电压差是否等于零；
若所述当前周期电压差不等于零，则判断所述第一电导增量是否等于零，得到第三判断结果；
若所述第三判断结果表示所述第一电导增量等于零，则确定光伏电池的当前周期功率为最大功率，并用所述当前周期电压替换所述下一周期电压，更新所述下一周期电压，返回判断预测功率差是否小于功率阈值得到第二判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止；
若所述第三判断结果表示所述第一电导增量大于零，则根据所述当前周期电压、所述第一初始补偿调整系数、第一设定电压，计算第一电压，并用所述第一电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回判断所述当前周期电压是否大于电压阈值得到第一判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止；
若所述第三判断结果表示所述第一电导增量小于零，则根据所述当前周期电压、所述第二初始补偿调整系数、所述第二设定电压，计算第二电压，并用所述第二电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回判断所述当前周期电压是否大于设定电压得到第一判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止；
若所述当前周期电压差等于零，则判断第二电导增量是否等于零，得到第四判断结果；所述第二电导增量为当前周期电流差；
若所述第四判断结果表示所述第二电导增量等于零，则确定光伏电池的当前周期功率为最大功率，并用所述当前周期电压替换所述下一周期电压，更新所述下一周期电压，返回判断预测功率差是否小于功率阈值得到第二判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止；
若所述第四判断结果表示所述第二电导增量大于零，则根据所述当前周期电压、所述第一初始补偿调整系数、第一设定电压，计算第一电压，并用所述第一电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回判断所述当前周期电压是否大于电压阈值得到第一判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止；
若所述第四判断结果表示所述第二电导增量小于零，则根据所述当前周期电压、所述第二初始补偿调整系数、所述第二设定电压，计算第二电压，并用所述第二电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回判断所述当前周期电压是否大于设定电压得到第一判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止。
2.根据权利要求1所述的基于多重算法的最大功率跟踪控制方法，其特征在于，在获取光伏电池的当前周期电压和当前周期电流之前，所述最大功率跟踪控制方法还包括：
实时采样光伏电池的电压和电流。
3.根据权利要求1所述的基于多重算法的最大功率跟踪控制方法，其特征在于，所述第一电导增量为：G(k)＝I(k)/U(k)+ΔI(k)/ΔU(k)；其中，I(k)为当前周期电流，U(k)为当前周期电压，ΔI(k)为当前周期电流差，ΔU(k)为当前周期电压差。
4.根据权利要求1所述的基于多重算法的最大功率跟踪控制方法，其特征在于，所述第一初始补偿调整系数为S(k)1＝abs(ΔP(k)/ΔU(k)/I(k))；
所述第二初始补偿调整系数为S(k)2＝abs(ΔP(k)/ΔU(k)/U(k))；
其中，ΔP(k)为当前周期功率差，I(k)为当前周期电流，U(k)为当前周期电压，ΔU(k)为当前周期电压差。
5.根据权利要求1所述的基于多重算法的最大功率跟踪控制方法，其特征在于，所述根据所述当前周期功率和所述半周期功率，计算预测功率，具体包括：根据以下公式计算预测功率；
所述公式为：P'(k)＝2P(k+1/2)-P(k)；
其中，P'(k)为预测功率；P(k+1/2)为半周期功率；P(k)为当前周期功率。
6.根据权利要求1所述的基于多重算法的最大功率跟踪控制方法，其特征在于，所述根据所述当前周期电压、所述第一初始补偿调整系数、所述第一设定电压，计算第一电压，具体包括：根据以下公式计算第一电压；
所述公式为U1＝U(k)+S(k)1ΔU1；
其中，U1为第一电压，U(k)为当前周期电压，S(k)1为第一初始补偿调整系数，ΔU1为第一设定电压。
7.根据权利要求1所述的基于多重算法的最大功率跟踪控制方法，其特征在于，所述根据所述当前周期电压、所述第二初始补偿调整系数、所述第二设定电压，计算第二电压，具体包括：
所述公式为U2＝U(k)-S(k)2ΔU2；
其中，U2为第二电压，U(k)为当前周期电压，S(k)2为第二初始补偿调整系数，ΔU2为第二设定电压。
8.根据权利要求1所述的基于多重算法的最大功率跟踪控制方法，其特征在于，所述第一设定电压与所述第二设定电压的关系式为ΔU1＝3ΔU2；
其中，ΔU1为第一设定电压，ΔU2为第二设定电压。
9.一种基于多重算法的最大功率跟踪控制系统，其特征在于，所述最大功率跟踪控制系统包括：
获取模块，用于获取光伏电池的当前周期电压和当前周期电流；
第一判断模块，用于判断所述当前周期电压是否大于电压阈值，得到第一判断结果；
当前周期电压保持模块，用于当所述第一判断结果表示所述当前周期电压大于所述电压阈值时，保持所述当前周期电压不变；
当前周期电压更新模块，用于当所述第一判断结果表示所述当前周期电压小于或者等于所述电压阈值时，用所述电压阈值替换所述当前周期电压，更新所述当前周期电压；
相关数据计算模块，用于获取半周期电流、上一周期电压、上一周期电流，并根据所述半周期电流、所述上一周期电压、所述上一周期电流、所述当前周期电流以及所述第一判断结果确定的当前周期电压，计算相关数据；所述相关数据包括当前周期电压差、当前周期电流差、当前周期功率、当前周期功率差、半周期功率、第一电导增量、第一初始补偿调整系数和第二初始补偿调整系数；所述半周期电流为在保持所述当前周期电压的前提下，半个周期之后的电流值；所述当前周期电压差为所述当前周期电压与所述上一周期电压的差值；所述当前周期电流差为所述当前周期电流与所述上一周期电流的差值；所述当前周期功率差为所述当前周期功率与所述上一周期功率的差值；所述半周期功率为所述当前周期电压与所述半周期电流的乘积；
预测功率计算模块，用于根据所述当前周期功率和所述半周期功率，计算预测功率；
下一周期功率计算模块，用于获取光伏电池的下一周期电压和下一周期电流，并计算下一周期功率；
第二判断模块，用于判断预测功率差是否小于功率阈值，得到第二判断结果；所述预测功率差为所述下一周期功率与所述预测功率的差值；
第一返回模块，用于当所述第二判断结果表示所述预测功率差大于或者等于所述功率阈值时，用所述下一周期电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回第一判断模块；
当前周期电压差确定模块，用于所述第二判断结果表示所述预测功率差小于所述设定功率阈值时，确定所述当前周期电压差是否等于零；
第三判断模块，用于当所述当前周期电压差不等于零时，判断所述第一电导增量是否等于零，得到第三判断结果；
第四判断模块，用于当所述当前周期电压差等于零时，判断第二电导增量是否等于零，得到第四判断结果；所述第二电导增量为当前周期电流差；
第二返回模块，用于当所述第三判断结果表示所述第一电导增量等于零或者所述第四判断结果表示所述第二电导增量等于零时，确定光伏电池的当前周期功率为最大功率，并用所述当前周期电压替换所述下一周期电压，更新所述下一周期电压，返回第二判断模块，直到最大功率跟踪停止；
第三返回模块，用于当所述第三判断结果表示所述第一电导增量大于零或者所述第四判断结果表示所述第二电导增量大于零时，根据所述当前周期电压、所述第一初始补偿调整系数、第一设定电压，计算第一电压，并用所述第一电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回第一判断模块，直到最大功率跟踪停止；
第四返回模块，用于当所述第三判断结果表示所述第一电导增量小于零或者所述第四判断结果表示所述第二电导增量小于零时，根据所述当前周期电压、所述第二初始补偿调整系数、所述第二设定电压，计算第二电压，并用所述第二电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回第一判断模块，直到最大功率跟踪停止。
10.根据权利要求9所述的基于多重算法的最大功率跟踪控制系统，其特征在于，所述最大功率跟踪控制系统还包括：
采样模块，用于实时采样光伏电池的电压和电流。
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