基于Bezier多项式的光伏阵列最大功率跟踪方法技术

本发明专利技术公开了基于Bezier多项式的光伏阵列最大功率跟踪方法，在测定光伏阵列的实际辐照度和温度值的情况下，计算其最大功率点参数并得出其输出特性曲线，对其进行多项式拟合并得出拟合结果；然后根据增量电导法和实时测量的电压及电流，对理论计算得出的最大功率点进行微调，最后将检测到的电压值作为自变量，使光伏模块工作输出特性在微调后的最大功率点电压处，使光伏模块工作在最大输出功率，实现光伏阵列的最大功率跟踪。本发明专利技术提供的基于Bezier多项式的光伏阵列最大功率跟踪方法能够进行有效的最大功率跟踪，并且具有实现简单且跟踪精度好的特点。

Photovoltaic array maximum power point tracking method based on Bezier polynomials

The invention discloses a maximum power tracking method for photovoltaic arrays based on Bezier polynomials, calculates the maximum power point parameters of photovoltaic arrays and obtains their output characteristic curves under the condition of measuring the actual irradiance and temperature values, fits them with polynomials and obtains the fitting results; and then according to incremental conductance method and real-time. The measured voltage and current are fine-tuned to the maximum power point obtained by theoretical calculation. Finally, the detected voltage is taken as an independent variable to make the output characteristics of photovoltaic module work at the maximum power point voltage after fine-tuning, so that the photovoltaic module works at the maximum output power and achieves the maximum power tracking of photovoltaic array. The maximum power tracking method of photovoltaic array based on Bezier polynomial provided by the invention can carry out effective maximum power tracking, and has the characteristics of simple implementation and good tracking accuracy.

【技术实现步骤摘要】
基于Bezier多项式的光伏阵列最大功率跟踪方法
本专利技术属于光伏阵列最大功率跟踪研究
，具体涉及一种基于Bezier多项式的光伏阵列最大功率跟踪方法。
技术介绍
光电转换效率不高是当前制约光伏发电技术进一步发展的主要瓶颈之一，为提高光伏阵列的发电效率，需以最大功率跟踪技术对不同工况下光伏阵列的输出进行控制，以保证工况变化时光伏电站能运行在最大功率点附近，提高光伏电站的发电能力，具有良好的现实意义。国内外相关学者对光伏阵列的最大功率跟踪技术进行了较为深入的研究，并给出了一些比较典型的算法，按照控制策略不同，可分为按照某一规律预先给定电压或电流的数值，以使光伏阵列工作在最大功率点附近的静态模型跟踪策略；通过实时检测光伏阵列运行时电压和电流等参量变化，进而确定最大功率跟踪方向的动态模型跟踪策略；利用自动寻优算法对光伏阵列的最大功率进行优化搜索的基于智能算法的跟踪策略等。在上述典型的最大功率跟踪研究策略中，多以Matlab软件为平台，通过编写S函数和Simulink模型或以迭代计算等方式对光伏阵列进行建模，该过程不仅实现较为繁琐，也存在着计算时间长的弊端，提高了最大功率跟踪技术在工程中推广和使用的难度，阻碍了光伏发电技术的进一步发展。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的基于Bezier多项式的光伏阵列最大功率跟踪方法解决了现有技术中实现光伏阵列最大功率跟踪实现过程繁琐，难以在工程中广泛推广等问题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：基于Bezier多项式的光伏阵列最大功率跟踪方法，包括以下步骤：S1、测试光伏阵列的实际辐照度和温度值；S2、计算实际测试辐照度和温度下，光伏模块的开路电压Vocb，短路电流Iscb和最大功率点(Vmb，Imb)；其中，Vmb为最大功率点电压，Imb为最大功率点电流；S3、基于开路电压Vocb，短路电流Iscb和最大功率点(Vmb，Imb)，利用Bezier函数的光伏模块建模方法，得到给定条件下光伏模块的输出特性曲线；S4、对输出特性曲线进行多项式拟合，并给出对应输出特性曲线的多项式拟合结果；S5、利用电流测试装置检测光伏阵列的输出电流，同时利用电压检测装置检测光伏模块的输出电压；S6、根据检测到的输出电压和电流，基于增量电导法，对多项式拟合结果得出的最大功率点进行逐一微调；S7、将检测到的输出电压值作为自变量，使光伏模块工作输出特性在微调后的最大功率点电压处，使光伏模块工作在最大输出功率，实现光伏阵列的最大功率跟踪。进一步地，所述步骤S2中：最大功率点Vmb的计算公式为：Vmb＝Vmln(e+βΔIR)(1-γΔT)最大功率点电流Imb的计算公式为：短路电流Iscb的计算公式为：开路电压Vocb的计算公式为：Vocb＝Vocln(e+βΔIR)(1-γΔT)其中，ΔT为实际工况下的电池温度与标准测试条件下的电池温度差；ΔIR为实际工况下的辐照度与标准测试条件下辐照度的差；α、β和γ均为拟合常数，且α＝0.0025/℃，β＝0.0005/(W/m2)，γ＝0.00288/℃；IRb为标准测试条件下的辐照度，且IRb＝1000W/m2，T标准测试条件下的电池温度，且T＝25℃；Vm、Im是标准测试工况下光伏阵列最大功率点处的电压和电流；Isc、Voc是标准测试工况下光伏阵列短路电流和开路电压；IR是实际测试的辐照度。进一步地，所述步骤S3具体为：S31、建立平面直角坐标系，在建立的平面直角坐标系中确定短路电流点、最大功率点以及开路电流点的位置，并根据其位置，确定Bezier函数的两个控制点在平面直角坐标系中的位置；S32、根据所述短路电流点、最大功率点、开路电流点的位置，根据Bezier函数特性，确定最大功率点左侧和右侧的Bezier函数曲线上点的坐标；S33、根据最大功率点左侧和右侧的点的坐标，绘制出光伏模块的输出特性曲线。进一步地，所述步骤S4中的多项式拟合结果为一个以电压为自变量，以电流为函数的8次多项式。进一步地，所述步骤S5中k时刻和k-1时刻检测到的电压分别为V(k)和V(k-1)，电流分别为I(k)和I(k-1)；所述步骤S6具体为：S61、计算ΔVk＝V(k)-V(k-1)和ΔIk＝I(k)-I(k-1)；其中，ΔVk为相邻时刻检测到电压差值，ΔIk为相邻时刻检测到的电流差值；S62、判断|ΔVk|是否小于δ1，若是则进入步骤S621，否则进入步骤S622；其中，δ1预先设定的相邻时刻检测到电压差值的阈值；S621、判断|ΔIk|是否小于δ2，若是则进入S63，否则进入步骤S6211；其中，δ2预先设定的相邻时刻检测到电流差值的阈值；S6211、判断ΔIk是否大于0，若是则按照一定步长增加PWM占空比，并进入步骤S63；否则按照一定步长减少PWM占空比，并进入步骤S63；S622、计算G＝I(k)/V(k)和ΔGk＝ΔIk/ΔVk；其中，G为外部负载的电导，ΔGk为相邻时刻光伏阵列的微变电导；S623、判断∣G+ΔGk∣是否小于δ3，若是进入步骤S63；否则进入步骤S6231；S6231、判断G+ΔGk是否大于0；若是则以一定步长增加电压，并进入步骤S63；否则以一定步长减少电压，并进入步骤S63；S63、完成本次最大功率点的搜索。进一步地，所述输出特性曲线进行多项式拟合前，需要对利用Bezier函数的建立光伏模块模型的两组计算结果进行数据整合，并去除其中的重复点数据；所述重复点数据为最大功率点的电压和电流数据。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的基于Bezier多项式的光伏阵列最大功率跟踪方法能够进行有效的最大功率跟踪，并且具有实现简单且跟踪精度好的特点。附图说明图1为本专利技术提供的实施例中基于Bezier多项式的光伏阵列最大功率方法实现流程图。图2为本专利技术提供的实施例中利用Bezier函数进行光伏模块建模方法实现流程图。图3本专利技术提供的实施例中利用增量电导法进行最大功率点微调方法实现流程图。图4为本专利技术提供的实施例中BN-20M输出特性曲线图。图5为本专利技术提供的实施例光伏阵列最大功率跟踪模型框图。图6为本专利技术提供的实施例中光伏阵列输出功率示曲线图。图7为本专利技术提供的实施例中光伏阵列输出电流曲线图。图8为本专利技术提供的实施例中光伏阵列输出电压曲线图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。如图1所示，基于Bezier多项式的光伏阵列最大功率跟踪方法，包括以下步骤：S1、测试光伏阵列的实际辐照度和温度值；S2、计算实际测试辐照度和温度下，光伏模块的开路电压Vocb，短路电流Iscb和最大功率点(Vmb，Imb)；其中，Vmb为最大功率点电压，Imb为最大功率点电流；由光生伏打效应可得，入射光粒子的能量对光伏半导体材料中的电子和空穴等载流子的运动具有重要影响，而温度同样直接关系到载流子的扩散和漂移的过程，进而影响到光伏阵列的实际出力特性，因此需考虑付照度和温度对光伏阵列实际输出特性的影响效果本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于Bezier多项式的光伏阵列最大功率跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、测试光伏阵列的实际辐照度和温度值；S2、计算实际测试辐照度和温度下，光伏模块的开路电压Vocb，短路电流Iscb和最大功率点(Vmb，Imb)；其中，Vmb为最大功率点电压，Imb为最大功率点电流；S3、基于开路电压Vocb，短路电流Iscb和最大功率点(Vmb，Imb)，利用Bezier函数的光伏模块建模方法，得到给定条件下光伏模块的输出特性曲线；S4、对输出特性曲线进行多项式拟合，并给出对应输出特性曲线的多项式拟合结果；S5、利用电流测试装置检测光伏阵列的输出电流，同时利用电压检测装置检测光伏模块的输出电压；S6、根据检测到的输出电压和电流，基于增量电导法，对多项式拟合结果得出的最大功率点进行逐一微调；S7、将检测到的输出电压值作为自变量，使光伏模块工作输出特性在微调后的最大功率点电压处，使光伏模块工作在最大输出功率，实现光伏阵列的最大功率跟踪。

【技术特征摘要】
1.基于Bezier多项式的光伏阵列最大功率跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、测试光伏阵列的实际辐照度和温度值；S2、计算实际测试辐照度和温度下，光伏模块的开路电压Vocb，短路电流Iscb和最大功率点(Vmb，Imb)；其中，Vmb为最大功率点电压，Imb为最大功率点电流；S3、基于开路电压Vocb，短路电流Iscb和最大功率点(Vmb，Imb)，利用Bezier函数的光伏模块建模方法，得到给定条件下光伏模块的输出特性曲线；S4、对输出特性曲线进行多项式拟合，并给出对应输出特性曲线的多项式拟合结果；S5、利用电流测试装置检测光伏阵列的输出电流，同时利用电压检测装置检测光伏模块的输出电压；S6、根据检测到的输出电压和电流，基于增量电导法，对多项式拟合结果得出的最大功率点进行逐一微调；S7、将检测到的输出电压值作为自变量，使光伏模块工作输出特性在微调后的最大功率点电压处，使光伏模块工作在最大输出功率，实现光伏阵列的最大功率跟踪。2.根据权利要求1所述的基于Bezier多项式的光伏阵列最大功率跟踪方法，其特征在于，所述步骤S2中：最大功率点Vmb的计算公式为：Vmb＝Vmln(e+βΔIR)(1-γΔT)最大功率点电流Imb的计算公式为：短路电流Iscb的计算公式为：开路电压Vocb的计算公式为：Vocb＝Vocln(e+βΔIR)(1-γΔT)其中，ΔT为实际工况下的电池温度与标准测试条件下的电池温度差；ΔIR为实际工况下的辐照度与标准测试条件下辐照度的差；α、β和γ均为拟合常数，且α＝0.0025/℃，β＝0.0005/(W/m2)，γ＝0.00288/℃；IRb为标准测试条件下的辐照度，且IRb＝1000W/m2，T标准测试条件下的电池温度，且T＝25℃；Vm、Im是标准测试工况下光伏阵列最大功率点处的电压和电流；Isc、Voc是标准测试工况下光伏阵列短路电流和开路电压；IR是实际测试的辐照度。3.根据权利要求1所述的基于Bezier多项式的光伏阵列最大功率跟踪方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：S31、建立平面直角坐标系，在建立的平面直角坐标系中确定短路电流点、最大功率点以及开路电流点的位置，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：师楠，朱显辉，苏勋文，王国新，韩龙，王丽，蔡鼎锴，宋彦超，王鑫锐，
申请(专利权)人：黑龙江科技大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23