一种变步长MPPT控制系统与方法技术方案

本发明专利技术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，尤其涉及的是一种变步长MPPT控制系统与方法。本发明专利技术中的一种变步长MPPT控制系统包括直流侧和交流侧两部分，所述直流侧的部分包括PV阵列、基于单片机的MPPT控制模块、PWM控制电路和电压变换单元，所述MPPT控制模块从PV阵列的输出端获取采用的电压和电流，并连接PWM控制电路，所述PWM控制电路连接电压变换单元。本发明专利技术还提供了一种上述控制系统的控制方法，可以明显的减小震荡现象，最大功率点跟踪的快速性和准确性都有明显提高。

A variable step size MPPT control system and method

The invention relates to the technical field of maximum power point tracking control for solar cells in photovoltaic systems, in particular to a variable step MPPT control system and method. A variable step size MPPT control system in the invention comprises a DC side and an AC side. The DC side includes a PV array, a MPPT control module based on a single chip microcomputer, a PWM control circuit and a voltage conversion unit. The MPPT control module obtains the voltage and current adopted from the output end of the PV array and connects the PWM control. The PWM control circuit is connected with a voltage conversion unit. The invention also provides a control method of the above control system, which can obviously reduce the oscillation phenomenon and improve the rapidity and accuracy of the maximum power point tracking.

【技术实现步骤摘要】
一种变步长MPPT控制系统与方法
本专利技术涉及光伏系统中的太阳能电池最大功率点跟踪控制
，尤其涉及的是一种变步长MPPT控制系统与方法。
技术介绍
太阳能作是一种新型绿色能源，可解决因常规能源枯竭而引发的能源危机，而光伏发电则是当前利用太阳能的主要形式之一。为了提高光伏电池的利用效率，需要针对光伏电池的特性，采用一定的控制策略来使光伏发电系统工作在最大功率点上。已知的电压扰动法MPPT策略先扰动光伏阵列输出电压值，再对扰动后的光伏阵列输出功率进行观测，然后与扰动之前功率值相比，若扰动后的功率值增加，则扰动方向不变；若扰动后的功率值减小，则改变扰动方向，直至搜索到光伏阵列的最大工作电压附近。而现有的固定步长MPPT控制方法如果选择的步长过小，则最大功率点跟踪的速度较慢；反之，则工作电压在光伏阵列最大工作电压附近的摆动幅度大。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。由于步长仍为固定步长，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速度下降。为了解决稳态精度和响应速度之间的矛盾，本专利技术提出了一种变步长MPPT控制系统与方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中MPPT算法稳态性能和动态性能不能兼顾的问题，提供了一种变步长MPPT控制系统与方法。本专利技术提供了一种变步长MPPT控制系统，包括直流侧和交流侧两部分，所述直流侧的部分包括PV阵列、基于单片机的MPPT控制模块、PWM控制电路和电压变换单元，所述MPPT控制模块从PV阵列的输出端获取采用的电压和电流，并连接PWM控制电路，所述PWM控制电路连接电压变换单元，所述电压转换单元包括电感L1、开关管Q1和电容C1，PV阵列的正极输出端与电感L1的一端连接，电感L1的另一端连接开关管Q1的漏极以及交流侧的电压转换器，开关管Q1的源极接地和电容C1的另一端连接PV阵列的负极，PWM控制电路的输出端连接开关管Q1的栅极。所述交流侧的部分包括电压转换器、SPWM控制电路、PID控制模块、滤波电路和电网，电压转换器输出端连接滤波电路，滤波电路输出端连接电网和PID控制模块，PID控制模块的输出端连接SPWM控制电路，SPWM控制电路的输出端连接电压转换器。一种上述变步长MPPT控制系统的控制方法，其包括以下步骤：(1)采样并输入当前时刻的电压U(k)和当前时刻电流I(k)以及当前时刻的占空比D(k)，并计算P(k)＝U(k)*I(k)，电压增量＝U(k)-U(k-1)，电流增量＝I(k)-I(k-1)，功率增量＝U(k)*I(k)-U(k-1)*I(k-1)，占空比增量ΔD＝D(k)-D(k-1)，令方向函数其中Pn表示P的n次方，n为震荡调节系数，n可取1，3，5；ΔF＝F(k)-F(k-1)；其中，U(k-1)、I(k-1)、D(k-1)分别为前一时刻的电压、电流和占空比；(2)判断ΔP/ΔD是否等于0，如果是，则令D(k)＝D(k-1)，然后跳转执行步骤(6)；如果否，则执行步骤(3)；(3)判断ΔP/ΔD是否大于0，如果是，则执行步骤(4)；如果否，则跳转执行步骤(5)；(4)判断ΔF/ΔD是否大于等于0，如果是，则令D(k)＝D(k-1)+ΔDm，然后跳转执行步骤(6)；如果否，则令D(k)＝D(k-1)-ΔDk，然后跳转执行步骤(6)；其中，ΔDm为预设的步长增量阈值，ΔDk＜ΔDm，ΔDk为k时刻的步长增量；(5)判断ΔF/ΔD是否小于0，如果是，则令D(k)＝D(k-1)+ΔDk，然后执行步骤(6)；如果否，则令D(k)＝D(k-1)-ΔDm，然后执行步骤(6)；(6)令U(k)＝U(k-1)，I(k)＝I(k-1)，D(k)＝D(k-1)，返回。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：本专利技术提出的变步长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为本专利技术提供的一种变步长MPPT控制系统结构示意图。图2为本专利技术提供的一种变步长MPPT控制系统的控制方法流程图。具体实施方式本专利技术提供了一种变步长MPPT制系统与方法，为使本专利技术的目的、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专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，一种变步长MPPT控制系统，包括直流侧和交流侧两部分，所述直流侧的部分包括PV阵列、基于单片机的MPPT控制模块、PWM控制电路和电压变换单元，所述MPPT控制模块从PV阵列的输出端获取采用的电压和电流，并连接PWM控制电路，所述PWM控制电路连接电压变换单元，所述电压转换单元包括电感L1、开关管Q1和电容C1，PV阵列的正极输出端与电感L1的一端连接，电感L1的另一端连接开关管Q1的漏极以及交流侧的电压转换器，开关管Q1的源极接地和电容C1的另一端连接PV阵列的负极，PWM控制电路的输出端连接开关管Q1的栅极。所述交流侧的部分包括电压转换器、SPWM控制电路、PID控制模块、滤波电路和电网，电压转换器输出端连接滤波电路，滤波电路输出端连接电网和PID控制模块，PID控制模块的输出端连接SPWM控制电路，SPWM控制电路的输出端连接电压转换器。如图2所示，一种上述变步长MPPT控制系统的控制方法，其包括以下步骤：(1)采样并输入当前时刻的电压U(k)和当前时刻电流I(k)以及当前时刻的占空比D(k)，并计算P(k)＝U(k)*I(k)，电压增量ΔU＝U(k)-U(k-1)，电流增量ΔI＝I(k)-I(k-1)，功率增量ΔP＝U(k)*I(k)-U(k-1)*I(k-1)，占空比增量ΔD＝D(k)-D(k-1)，令方向函数其中Pn表示P的n次方，n为震荡调节系数，n可取1，3，5，在本实施例中取为1；ΔF＝F(k)-F(k-1)；其中，U(k-1)、I(k-1)、D(k-1)分别为前一时刻的电压、电流和占空比；(2)判断ΔP/ΔD是否等于0，如果是，则令D(k)＝D(k-1)，然后跳转执行步骤(6)；如果否，则执行步骤(3)；(3)判断ΔP/ΔD是否大于0，如果是，则执行步骤(4)；如果否，则跳转执行步骤(5)；(4)判断ΔF/ΔD是否大于等于0，如果是，则令D(k)＝D(k-1)+ΔDm，然后跳转执行步骤(6)；如果否，则令D(k)＝D(k-1)-ΔDk，然后跳转执行步骤(6)；其中，ΔDm为预设的步长增量阈值，ΔDk＜ΔDm，ΔDk为k时刻的步长增量；(5)判断ΔF/ΔD是否小于0，如果是，则令D(k)＝D(k-1)+ΔDk，然后执行步骤(6)；如果否，则令D(k)＝D(k-1)-ΔDm，然后执行步骤(6)；(6)令U(k)＝U(k-1)，I(k)＝I(k-1)，D(k)＝D(k-1)，返回。采用上述变步长控制方法后，通过引入方向函数F，更加方便的调节步长增量的变化，n越大，系统响应越快，当工作点在远离最大功率点的区域时，步长增量为最大值，可以更加快速的靠近最大功率点；当工作点在靠近最大功率点区域时，距离越近步长越小，从而可以有效减小震荡，提高控制精度。系统仿真结果显示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变步长MPPT控制系统，其特征在于，所述MPPT控制系统包括直流侧和交流侧两部分，所述直流侧的部分包括PV阵列、基于单片机的MPPT控制模块、PWM控制电路和电压变换单元，所述MPPT控制模块从PV阵列的输出端获取采用的电压和电流，并连接PWM控制电路，所述PWM控制电路连接电压变换单元。

【技术特征摘要】
1.一种变步长MPPT控制系统，其特征在于，所述MPPT控制系统包括直流侧和交流侧两部分，所述直流侧的部分包括PV阵列、基于单片机的MPPT控制模块、PWM控制电路和电压变换单元，所述MPPT控制模块从PV阵列的输出端获取采用的电压和电流，并连接PWM控制电路，所述PWM控制电路连接电压变换单元。2.一种如权利要求1所述的变步长MPPT控制系统，其特征在于，所述电压转换单元包括电感L1、开关管Q1和电容C1，PV阵列的正极输出端与电感L1的一端连接，电感L1的另一端连接开关管Q1的漏极以及交流侧的电压转换器，开关管Q1的源极接地和电容C1的另一端连接PV阵列的负极，PWM控制电路的输出端连接开关管Q1的栅极。3.一种如权利要求1所述的变步长MPPT控制系统，其特征在于，所述交流侧的部分包括电压转换器、SPWM控制电路、PID控制模块、滤波电路和电网，电压转换器输出端连接滤波电路，滤波电路输出端连接电网和PID控制模块，PID控制模块的输出端连接SPWM控制电路，SPWM控制电路的输出端连接电压转换器。4.一种如权利要求1-3任一项所述的MPPT控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采样并输入当前时刻的电压U(k)和当前时刻电流I(k)以及当前时刻的占空比D(k)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈林，俞能全，刘宝树，
申请(专利权)人：陈林，俞能全，刘宝树，
类型：发明
国别省市：天津,12