一种最大功率点追踪系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种最大功率点追踪系统及方法，该系统包括：光伏阵列模块，用于将太阳能通过光伏阵列转化为电能；MPPT黄金分割点计算单元，利用黄金分割点法对光伏阵列模块的输出进行最大功率点追踪，得到接近最大功率点的功率参考值；模型预测控制单元，对该MPPT黄金分割点计算单元的输出再使用模型预测控制方法，跟踪到准确的最大功率点，使系统运行在最大功率点处，并与黄金分割点法得出的功率参考值进行比较得出价值函数g，以控制Boost升压电路的开关状态；Boost升压电路，连接在该光伏阵列模块与负载之间，接收该模型预测控制单元的控制，本发明专利技术提高了光伏发电系统的转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)方法，特别是涉及一种模型预测控制与黄金分割点算法相结合的最大功率点追踪方法。
技术介绍
近些年来，全球经济快速发展，使得化石燃料过量消耗，出现能源危机，环境问题也愈加严峻。太阳能作为清洁的可再生能源越来越受关注，由于太阳能光伏板的尺寸相对较小，易于安装，也可以接近用户安装，运行时无噪声，无有害物质排放，太阳能发电的研究越来越受重视。由于光伏电池的输出电压和输出电流随着日照强度和电池结温的变化具有强烈的非线性，因此在特定的工作环境下存在着一个唯一的最大功率输出点(MPP)。为了能够使系统能够一直工作在最大功率点，就需要一些特定的算法来对最大功率点进行跟踪。目前，一些常用最大功率点跟踪(MPPT)的方法有扰动观察法(P&Q)，电导增量法(INC)，模糊控制法，神经网络法等，这些算法有各自的优缺点，P&Q算法简单，易于实施，虽然INC更精确，但是它的实施过程比较复杂，并且在条件快速变化的情况下，INC比P&Q更合适，但是在阴影下，P&Q和INC跟踪全局最大功率点都会失效。模糊控制和神经网络这些智能算法，算法结构复杂，难以实现，在实际应用中很少用到。
技术实现思路
为克服上述现有技术存在的不足，本专利技术之目的在于提供一种模型预测控制与黄金分割点算法相结合的MPPT方法，其通过将黄金分割点算法与模型预测控制相结合，从而使系统快速、准确地跟踪到最大功率点，提高了光伏发电系统的转换效率。为达上述及其它目的，本专利技术提出一种最大功率点追踪系统，包括：光伏阵列模块，用于将太阳能通过光伏阵列转化为电能；MPPT黄金分割点计算单元，利用黄金分割点法对光伏阵列模块的输出进行最大功率点追踪，得到接近最大功率点的功率参考值；模型预测控制单元，对该MPPT黄金分割点计算单元的输出再使用模型预测控制方法，跟踪到准确的最大功率点，使系统运行在最大功率点处，并与黄金分割点法得出的功率参考值进行比较得出价值函数g，以控制Boost升压电路的开关状态；Boost升压电路，连接在该光伏阵列模块与负载之间，接收该模型预测控制单元的控制。进一步地，该MPPT黄金分割点计算单元通过光伏电池的P-U特性曲线，使用黄金分割点算法对最大功率点进行跟踪。进一步地，该MPPT黄金分割点计算单元通过如下步骤实现：(1)设定初始范围【a0，b0】；。(2)计算黄金分割点x1,x2，并计算相对应的功率PX1，PX2。(3)比较PX1和PX2，若PX1＝PX2,则下一范围为【x1，x2】；若PX1＜PX2,削去【a0，x1】，则下一范围为【x1，b0】；若PX1＞PX2,削去【x2，b0】，则下一范围为【a0，x2】，其中，a0、b0、x1、x2为光伏电池的P-U曲线的U；(4)反复重复步骤(2)和(3)，当两点功率之差小于特定的某个设定值ε时，接近最大功率点。进一步地，该模型预测控制单元基于Boost升压电路的预测模型，利用两步法进行预测。进一步地，该模型预测控制单元采用如下最小化价值函数获得价值函数g：gs＝0，1＝|PPV，S＝0，1(k+2)-Pref|其中，PPV,S＝0,1(k+2)为K+2时刻的光伏输出功率,S＝0为开关管断开状态，S＝1为开关管闭合状态，Pref为该MPPT黄金分割点计算单元计算的功率参考值。为达到上述目的，本专利技术还提供一种最大功率点追踪方法，包括如下步骤：步骤一，利用光伏阵列模块将太阳能转化为电能。步骤二，利用黄金分割点算法对光伏阵列模块的输出进行最大功率点追踪，得到接近最大功率点的功率参考值。步骤三，对利用黄金分割点进行最大功率点追踪的输出再使用模型预测控制方法，跟踪到准确的最大功率点，使系统运行在最大功率点处，并与黄金分割点法得出的功率参考值进行比较得出价值函数g，以控制Boost升压电路的开关状态。进一步地，步骤二进一步包括：(1)设定初始范围【a0，b0】。(2)计算黄金分割点x1,x2，并计算相对应的功率PX1，PX2。(3)比较PX1和PX2，若PX1＝PX2,则下一范围为【x1，x2】；若PX1＜PX2,削去【a0，x1】，则下一范围为【x1，b0】；若PX1＞PX2,削去【x2，b0】，则下一范围为【a0，x2】，其中a0、b0、x1、x2为光伏电池的P-U曲线的U；(4)反复重复步骤(2)和(3)，当两点功率之差小于特定的某个设定值ε时，接近最大功率点。进一步地，于步骤三中，基于Boost升压电路的预测模型，利用两步法进行预测，使得跟踪最大功率点的值更准确。进一步地，于步骤三中，采用如下最小化价值函数获得价值函数g：gs＝0，1＝|PPV，S＝0，1(k+2)-Pref|其中，PPV,S＝0,1(k+2)为K+2时刻的光伏输出功率,S＝0为开关管断开状态，S＝1为开关管闭合状态，Pref为该MPPT黄金分割点计算单元计算的功率参考值。进一步地，该方法通过改变PWM控制信号的占空比来实现。与现有技术相比，本专利技术一种最大功率点追踪系统及方法通过将黄金分割点算法与模型预测控制相结合，从而使系统快速、准确地跟踪到最大功率点，并且在最大功率点处不产生震荡，提高了光伏发电系统的转换效率。附图说明图1为光伏电池的等效电路示意图；图2为光伏特性曲线示意图；图3为本专利技术一种最大功率点追踪系统的结构示意图；图4为黄金分割点原理示意图；图5为黄金分割点算法原理图；图6和图7分别为Boost升压电路的开关断开和闭合的等效电路图；图8为MPC(模型预测控制)两步法预测说明图；图9为本专利技术具体实施例的MPPT过程图；图10为本专利技术一种最大功率点追踪方法的步骤流程图。具体实施方式以下通过特定的具体实例并结合附图说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本专利技术的其它优点与功效。本专利技术亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本专利技术的精神下进行各种修饰与变更。在介绍本专利技术之前，先说明光伏电池的特性：光伏电池的等效电路如图1所示。电流源的输出直接与光照辐射水平成比例，平行二极管对太阳能电池的I-V曲线特点有决定性作用。这个模型包含随温度、光照强度而变的光生电流IL，二极管饱和电流I0，串联电阻RS，和平行二极管。太阳能电池的I-V特性由以下公式描述： I = I L - I 0 ( e q ( V + IR S ) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种最大功率点追踪系统，包括：光伏阵列模块，用于将太阳能通过光伏阵列转化为电能；MPPT黄金分割点计算单元，利用黄金分割点法对光伏阵列模块的输出进行最大功率点追踪，得到接近最大功率点的功率参考值；模型预测控制单元，对该MPPT黄金分割点计算单元的输出再使用模型预测控制方法，跟踪到准确的最大功率点，使系统运行在最大功率点处，并与黄金分割点法得出的功率参考值进行比较得出价值函数g，以控制Boost升压电路的开关状态；Boost升压电路，连接在该光伏阵列模块与负载之间，接收该模型预测控制单元的控制。

【技术特征摘要】
1.一种最大功率点追踪系统，包括：光伏阵列模块，用于将太阳能通过光伏阵列转化为电能；MPPT黄金分割点计算单元，利用黄金分割点法对光伏阵列模块的输出进行最大功率点追踪，得到接近最大功率点的功率参考值；模型预测控制单元，对该MPPT黄金分割点计算单元的输出再使用模型预测控制方法，跟踪到准确的最大功率点，使系统运行在最大功率点处，并与黄金分割点法得出的功率参考值进行比较得出价值函数g，以控制Boost升压电路的开关状态；Boost升压电路，连接在该光伏阵列模块与负载之间，接收该模型预测控制单元的控制。2.如权利要求1所述的一种最大功率点追踪系统，其特征在于：该MPPT黄金分割点计算单元通过光伏电池的P-U特性曲线，使用黄金分割点算法对最大功率点进行跟踪。3.如权利要求2所述的一种最大功率点追踪系统，其特征在于：该MPPT黄金分割点计算单元通过如下步骤实现：(1)设定初始范围【a0，b0】；(2)计算黄金分割点x1,x2，并计算相对应的功率PX1，PX2；(3)比较PX1和PX2，若PX1＝PX2,则下一范围为【x1，x2】；若PX1＜PX2,削去【a0，x1】，则下一范围为【x1，b0】；若PX1＞PX2,削去【x2，b0】，则下一范围为【a0，x2】，其中，a0、b0、x1、x2为光伏电池的P-U曲线的U；(4)反复重复步骤(2)和(3)，当两点功率之差小于特定的某个设定值ε时，接近最大功率点。4.如权利要求3所述的一种最大功率点追踪系统，其特征在于：该模型预测控制单元基于Boost升压电路的预测模型，利用两步法进行预测。5.如权利要求4所述的一种最大功率点追踪系统，其特征在于，该模型预测控制单元采用如下最小化价值函数获得价值函数g：gs＝0，1＝|PPV，S＝0，1(k+2)-Pref|其中，PPV,S＝0,1(k+2)为K+2时刻的光伏输出功率,S＝0为开关管断开状...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志鹏，潘三博，陈睿梓，吕国柱，蔡静雯，周敏，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：上海;31