基于RT-LAB的光伏最大功率点跟踪控制模拟方法技术

本申请公开一种基于RT-LAB的光伏最大功率点跟踪控制模拟方法，分析分布式光伏输出特性；对MPPT算法进行对比分析，包括扰动观察法、电导增量法及基于|(dP/dV)/P|的扰动观察法；对基于|(dP/dV)/P|的扰动观察法及传统的MPPT算法进行MATLAB仿真，对比分析三种算法的离线仿真特性；分析RT-LAB半实物仿真平台的系统构建，选择相应控制器对三种MPPT算法进行实物控制器设计；结合RT-LAB实时仿真平台及MPPT实物控制器进行MPPT控制模拟；对实时仿真结果进行分析。本发明专利技术对RT-LAB在光伏系统上的应用为RT-LAB在微网、智能电网等实时性要求较高的系统上的应用提供参考。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及分布式光伏领域，特别是涉及一种基于RT-LAB的光伏最大功率点跟踪控制模拟及实验验证方法。
技术介绍
煤炭、石油等不可再生能源的大量消耗带来了资源枯竭、环境污染、温室效应等重大问题。开发和利用可再生能源具有十分重要的意义。太阳能是一种可再生清洁能源，光伏并网发电是太阳能利用的一种重要方式。光伏电池的输出随外界环境不断变化，为了充分利用太阳光资源，在并网前必须进行最大功率点跟踪(MPPT)及逆变控制，由系统的两级变换器完成。前级DC/DC变换器用Boost变换器实现光伏电池的MPPT控制，后级DC/AC变换器采用全桥逆变器逆变后并入电网，逆变器采用电压电流双闭环控制算法。如何快速有效的实现最大功率点跟踪(MPPT)是光伏发电系统中的关键问题，目前针对MPPT控制器的研究大都采用MATLAB/Simulink搭建模型进行纯数字仿真，也有采用硬件搭建模拟光伏发电系统模型进行纯物理模拟，验证控制器算法的优劣。纯数字模拟虽然具备操作简单，参数可变等优点，但是其准确性不及纯物理模拟，且很多实际物理现象无法模拟；纯物理模拟虽然直观、真实、可信，但是其可操作性不强，灵活性不足，无法对实际系统进行充分地模拟研究。亦有文献结合RT-LAB半实物仿真技术和光伏MPPT的特点进行过数模混合仿真探索，然而未有文献对比不同MPPT算法，研究其适用性和优劣性。
技术实现思路
有鉴于此，本申请涉及提供一种基于RT-LAB的光伏最大功率点跟踪控制模拟方法，包括：基于RT-LAB的半实物实时仿真平台搭建及光伏MPPT算法在该平台上的控制模拟和试验验证。为了实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：步骤S1，分析分布式光伏输出特性，分布式光伏输出特性首先选取特定光伏电池进行参数模拟，并进一步考虑电池温度变化时，光照强度变化时分布式光伏输出电压电流变化情况；步骤S2，对典型最大功率点跟踪(MPPT)算法进行对比分析，包括扰动观察法和电导增量法，研究算法实现流程，分析控制算法优劣；步骤S3，研究一种改进的MPPT算法，基于|(dP/dV)/P|的扰动观察法，该算法需根据光伏输出特性设定不同步长ΔDmax、ΔDmid、ΔDmin，对步长改变的边界条件进行计算，分别计算xmax及xmin与|(dP/dV)/p|值进行对比，从而判断不同情况下的步长值；步骤S4，对改进MPPT算法及传统的MPPT算法进行MATLAB仿真，对比分析三种算法的离线仿真特性，包括系统跟踪至最大功率点所需的跟踪时间，达到最大功率点时的稳定性，光照强度及电池温度变化时系统跟踪速度，达到新的最大功率点时的稳定性；步骤S5，分析RT-LAB半实物仿真平台的系统构建，建模规范及仿真实现过程；步骤S6，选择相应控制器对三种MPPT算法进行实物控制器设计，采用以freescale公司的MC56F8257芯片为核心器件的控制电路，利用实时调试工具FreeMASTER1.4和示波器完成软件调试，程序设计上采用以主程序循环加中断服务子程序模块完成；步骤S7，实现MATLAB仿真模型到RT-LAB仿真模型的实时化转换，将复杂模型拆分成多个可以并行执行的子系统，再将子系统分配到多个节点上，从而实现了实时仿真计算机的可伸缩式并行处理，为了满足分布式要求，对数学模型进行划分，即划分为模型系统、实物系统和监控系统，为了标明各子系统功能，模型系统的前缀为SM；实物系统的前缀为SS；监控系统的前缀为SC，接着在各子系统中插入OpComm模块，实现系统信息交互；步骤S8，结合RT-LAB实时仿真平台及MPPT实物控制器进行MPPT控制模拟及实验验证；步骤S9，对实时仿真结果进行分析，验证MPPT算法的有效性及优劣性。本申请通过建立基于RT-LAB的半实物实时仿真平台，对比一种改进的MPPT算法与传统MPPT算法，在RT-LAB实时仿真平台中进行数模混合仿真，对比分析改进MPPT算法与传统MPPT算法的控制效果，验证改进控制算法的有效性及优越性。为分布式光伏的投资决策提供理论依据。本专利技术对RT-LAB在光伏系统上的应用为RT-LAB在微网、智能电网等实时性要求较高的系统上的应用提供参考。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或评估方案，下面对实施例或评估方案描述中所需要的附图作简单地介绍。图1为本申请提供的种基于RT-LAB的光伏最大功率点跟踪控制模拟及实验验证方法的流程图；图2为本申请提供的基于|(dP/dV)/p|的变步长扰动观察法的具体算法流程图；图3为本申请提供的基于MPPT的半实物仿真结构示意图；图4为本申请提供的基于RT-LAB的实时仿真模型主模型示意图；图5-7为本申请提供的光照强度变化时三种MPPT算法实时仿真实验结果图，图中包括电池电压和电流变化曲线；图8-10为本申请提供的电池温度变化时三种MPPT算法实时仿真实验结果图，图中包括电池电压和电流变化曲线。具体实施方式本申请实施例提供一种基于RT-LAB的光伏最大功率点跟踪控制模拟及实验验证方法，其方法流程如图1所示，包括：步骤S1，分析分布式光伏输出特性；步骤S2，对典型最大功率点跟踪(MPPT)算法进行对比分析，包括扰动观察法和电导增量法，研究算法实现流程，分析控制算法优劣；步骤S3，研究一种改进的MPPT算法，基于|(dP/dV)/P|的扰动观察法；步骤S4，对改进MPPT算法及传统的MPPT算法进行MATLAB仿真，对比分析三种算法的离线仿真特性；步骤S5，分析RT-LAB半实物仿真平台的系统构建，建模规范及仿真实现过程；步骤S6，选择相应控制器对三种MPPT算法进行实物控制器设计；步骤S7，实现MATLAB仿真模型到RT-LAB仿真模型的实时化转换；步骤S8，结合RT-LAB实时仿真平台及MPPT实物控制器进行MPPT控制模拟及实验验证；步骤S9，对实时仿真结果进行分析，验证MPPT算法的有效性及优劣性。本申请实施例克服了纯数字模拟准确性不足，且很多实际物理现象无法模拟的弊端；克服了纯物理模拟可操作性不强，灵活性不足，无法对实际系统进行充分模拟的弊端；提出了一种基于多种MPPT算法的数模混合实时仿真验证方法，对比分析改进MPPT算法与传统MPPT算法的控制效果，验证改进控制算法的有效性及优越性。本申请实施例中MPPT采用实物控制器代替，实现数模混合仿真，采用以freescale公司的MC56F8257芯片为核心器件的控制电路，在软件上，软件开发环境选择CodeWarriorforMicrocontrollers10.5，采用C语言编写程序，利用实时调试工具FreeMASTER1.4和示波器完成软件调试。程序设计上采用以主程序循环加中断服务子程序模块完成；主程序的任务：DSC复位后，首先进行系统设备初始化，包括系统时钟配置、ePWM模块初始化、ADC模块初始化、分配本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于RT‑LAB的光伏最大功率点跟踪控制模拟方法，其特征在于，搭建基于RT‑LAB的半实物实时仿真平台，在该平台上对不同MPPT算法进行控制模拟及实验验证，所述方法包括：步骤S1，分析分布式光伏输出特性；步骤S2，对典型MPPT算法进行对比分析，包括扰动观察法和电导增量法，研究算法实现流程，分析控制算法优劣；步骤S3，研究基于|(dP/dV)/P|的扰动观察法；步骤S4，对基于|(dP/dV)/P|的扰动观察法及传统的MPPT算法（扰动观察法及电导增量法）进行MATLAB仿真，对比分析三种算法的离线仿真特性；步骤S5，分析RT‑LAB半实物仿真平台的系统构建，建模规范及仿真实现过程；步骤S6，选择相应控制器对三种MPPT算法进行实物控制器设计；步骤S7，实现MATLAB仿真模型到RT‑LAB仿真模型的实时化转换；步骤S8，结合RT‑LAB实时仿真平台及MPPT实物控制器进行MPPT控制模拟及实验验证；步骤S9，对实时仿真结果进行分析，验证MPPT算法的有效性及优劣性。

【技术特征摘要】
1.一种基于RT-LAB的光伏最大功率点跟踪控制模拟方法，其特征在于，搭建基于RT-LAB的半实物实时仿真平台，在该平台上对不同MPPT算法进行控制模拟及实验验证，所述方法包括：
步骤S1，分析分布式光伏输出特性；
步骤S2，对典型MPPT算法进行对比分析，包括扰动观察法和电导增量法，研究算法实现流程，分析控制算法优劣；
步骤S3，研究基于|(dP/dV)/P|的扰动观察法；
步骤S4，对基于|(dP/dV)/P|的扰动观察法及传统的MPPT算法（扰动观察法及电导增量法）进行MATLAB仿真，对比分析三种算法的离线仿真特性；
步骤S5，分析RT-LAB半实物仿真平台的系统构建，建模规范及仿真实现过程；
步骤S6，选择相应控制器对三种MPPT算法进行实物控制器设计；
步骤S7，实现MATLAB仿真模型到RT-LAB仿真模型的实时化转换；
步骤S8，结合RT-LAB实时仿真平台及MPPT实物控制器进行MPPT控制模拟及实验验证；
步骤S9，对实时仿真结果进行分析，验证MPPT算法的有效性及优劣性。
2.根据权利要求1所述的基于RT-LAB的光伏最大功率点跟踪控制模拟方法，其特征在于，所述步骤S1中分布式光伏输出特性首先选取特定光伏电池进行参数模拟，并分别考虑电池温度变化时、光照强度变化时分布式光伏输出电压电流变化情况。
3.根据权利要求1所述的基于RT-LAB的光伏最大功率点跟踪控制模拟方法，其特征在于，所述步骤S3中的改进MPPT算法基于|(dP/dV)/P|的扰动观察法，根据光伏输出特性设定不同步长ΔDmax、ΔDmid、ΔDmin（分别对应基于|(dP/dV)/P|的扰动观察法的大中小三种扰动步长），对步长改变的边界条件进行计算，分别计算xmax及xmin与|(dP/dV)/p|值进行对...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱卫平，贾萌萌，孟学阳，徐青山，袁晓冬，陈兵，孙健，戴强晟，李强，史明明，柳丹，罗珊珊，吕振华，
申请(专利权)人：国家电网公司，江苏省电力公司，江苏省电力公司电力科学研究院，东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32