本发明专利技术公开了一种基于环境适应性自学习光伏最大功率点跟踪装置，包括：光伏阵列、二极管、超级电容、可控开关、调节电阻、采集测量装置、控制装置；所述光伏阵列、二极管、超级电容、可控开关、调节电阻依次相连；所述光伏阵列发出的功率是目标控制对象；所述二极管用于保护光伏阵列；所述采集测量装置用于测量光伏阵列干路电流I、光伏阵列的两端电压V、光照强度Ir、光伏阵列表面温度T；所述控制装置输出高低电平，控制可控开关的开和断。本发明专利技术还公开了一种基于环境适应性自学习光伏最大功率点跟踪方法。本发明专利技术通过控制开关闭和合，来控制超级电容的充、放电，控制光伏阵列两端电压使其追踪最大功率对应的电压，最终到达输出功率最大。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳能最大功率跟踪领域，特别涉及一种基于环境适应性自学习光伏最大功率点跟踪装置及方法。
技术介绍
太阳能作为一种清洁能源已经越来越多的应用于各个领域，因此提高太阳能发电效率一直是人们研究的方向，最大功率点跟踪(MPPT)控制是提高太阳能输出效率的有效手段，目前一些机构或科研工作者提出了一些最大功率跟踪方法，如恒电压跟踪、扰动观察法、电导增量法等，其中恒电压跟踪步长对控制精度和速度影响较大，对外界环境变化的响应能力较差，且没有考虑温度变化对输出功率的影响，只使用于光照和温度变化较小的环境；扰动观察法则当外界环境快速变化系统很可能会发生误判；电导增量法则在步长和阈值的选择上存在一定的困难。虽然一些学者有提出改进了的扰动观察法或电导增量法或基于人工智能的MPPT算法等，能够克服上述一些问题，但是改进后的最大功率跟踪算法及其电路相对复杂，本专利技术提出的一种基于环境适应性自学习光伏最大功率点跟踪装置及方法不仅能克服此类问题，而且方法及控制电路简单。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有技术存在的缺点与不足，提供一种基于环境适应性自学习光伏最大功率点跟踪装置及方法。本专利技术通过下述技术方案实现：一种基于环境适应性自学习光伏最大功率点跟踪装置，包括：光伏阵列、二极管、超级电容、可控开关、调节电阻、采集测量装置、控制装置；所述光伏阵列、二极管、超级电容、可控开关、调节电阻依次相连；所述光伏阵列发出的功率是目标控制对象；所述二极管用于保护光伏阵列；假设所述二极管为理想二极管，则光伏阵列两端电压V和超级电容两端电压相等；所述采集测量装置用于测量光伏阵列干路电流I、光伏阵列的两端电压V、光照强度Ir、光伏阵列表面温度T；所述控制装置输出高低电平，控制可控开关的开和断。进一步地，所述调节电阻的电阻值R满足：R<＝V2M/PMPP， (1)其中PMPP为所有情况下的最大功率，VM为PMPP所对应的电压。进一步地，所述超级电容3的电容量C满足： I C = C d v d t , - - - ( 2 ) ]]>对所述二极管、超级电容和调节电阻的公共节点由基尔霍夫定律得到：IC＝I-SIR，其中I为光伏阵列干路电流(流过二极管的电流)，IR为流过调节电阻的电流，IC为流经超级电容的电流，IR＝V/R；S＝1,0分别对应可控开关断开和闭合。进一步地，所述的控制装置采用单片机。在一个采样时间Δt内，由式(1)和式(2)可得光伏阵列两端电压V的变化量ΔV可以表示为：ΔV＝(I-SIR)C·Δt，当S＝0时，ΔV＝IC·Δt>0，电容被充电，V增加；当S＝1时，ΔV＝(I-IR)C·Δt，在本专利技术中选取较小的调节电阻R，使得R<＝V2M/PMPP，目的是确保I<IR，那么ΔV<0，此种情况下超级电容是对调节电阻R放电的，V减小。简而言之S＝0时V增大，S＝1时V减小。一种基于所述装置的光伏最大功率点跟踪方法，包括如下步骤：第一步：初始化，设置辅助矩阵PM_TEMP和VM_TEMP(初始值为0)，用来存储不同温度和光照度下PV板MPP，温度和光照度被控制装置7划分足够多份，所以认为其对应的相邻区间光照度和温度近似不变；第二步：采集测量装置采样Ir、T、I和V，控制装置检测Ir和T落在相应的PM_TEMP和VM_TEMP，并计算P＝I*V；第三步：判断P>＝PM_TEMP是否为真，为真，则执行第四步；否则，执行第五步；第四步：把P和V的值分别赋值给相应的PM_TEMP和VM_TEMP，并保持可控开关状态不变；第五步：判断P>PM_TEMP是否为真，为真，则执行第六步，否则执行第七步；第六步：闭合可控开关，经过一个采样时间，返回第二步；第七步：断开可控开关，经过一个采样时间，返回第二步；进一步地，所述第四步中PM_TEMP和VM_TEMP被赋值，认为光伏阵列输出的功率在靠近最大功率，保持可控开关状态不变，是保持这种靠近的趋势。进一步地，所述第六步和第七步中闭合可控开关和断开可控开关，是使得光伏阵列的输出电压V靠近VM_TEMP，而VM_TEMP是在靠近VM，所以最终V靠近VM。相比现有技术，本专利技术的有益效果包括：1、不仅在正常的情况能够实现最大功率跟踪，而且环境(光照和温度)快速变化或突变系统也能快速实现跟踪，且响应速度很快。2、算法简洁，电路拓扑简单。3、算法中除了采样时间没有其他待设参数，方便移植和商业量产。附图说明图1是基于环境适应性自学习光伏MPPT系统框图。图2是基于环境适应性自学习光伏MPPT方法控制流程图。图3不同环境下光伏输出功率和电压图。图4环境(辐照度和温度)突变方式图。图5环境突变下光伏输出功率和电压图。图中所示：1-光伏阵列，2-二极管，3-超级电容，4-可控开关，5-调节电阻，6-采集测量装置，7-控制装置。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例如图1所示，一种基于环境适应性自学习光伏最大功率点跟踪装置，包括：光伏阵列1、二极管2、超级电容3、可控开关4、调节电阻5、采集测量装置6、控制装置7。所述光伏阵列1、二极管2、超级电容3、可控开关4、调节电阻5依次相连；所述光伏阵列1，其发出的功率是目标控制对象；所述二极管2，用于保护光伏阵列1；所述调节电阻5，满足R<＝V2M/PMPP，其中PMPP为所有情况下的最大功率，VM为PMPP所对应的电压；假设所述二极管2为理想二极管则光伏阵列1两端电压V和超级电容3两端电压相等；所述采集测量装置6，用于测量光伏阵列1干路电流I、光伏阵列1的两端电压V、光照强度Ir、光伏阵列表面温度T；所述控制装置7，输出高低电平，控制可控开关4开和断；对所述超级电容3有： I C = C d V d t - - - ( 1 ) ]]>对所述二极管2、超级电容3和调节电阻5的公共节点由基尔霍夫定律：IC＝I-SIR (2)其中I为光伏阵列1干路电流(流过二极管2的电流)IR流过调节电阻5的电流，IR＝V/R；S＝1,0分别对应可控开关4断开和闭合。所述的控制装置7采用单片机。在一个采样时间Δt内，由式(1)和式(2)可得光伏阵列1两端电压V的变化量ΔV可以表示为：ΔV＝(I-SIR)C·Δt，当S＝0时，ΔV＝IC·Δt>0，超级电容C3被充电，V增加；当S＝1时，ΔV＝(I-IR)C·Δt，在本专利技术中选取较小的调节电阻5，使得R<＝V2M/PMPP，目的是确保I<IR，那么ΔV<0，此种情况下超级电容3是对调节电阻5放电的，V减小。简而言之S＝0时V增大，S＝1时V减小本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于环境适应性自学习光伏最大功率点跟踪装置，其特征在于，包括：光伏阵列(1)、二极管(2)、超级电容(3)、可控开关(4)、调节电阻(5)、采集测量装置(6)、控制装置(7)；所述光伏阵列(1)、二极管(2)、超级电容(3)、可控开关(4)、调节电阻(5)依次相连；所述光伏阵列(1)发出的功率是目标控制对象；所述二极管(2)用于保护光伏阵列(1)；假设所述二极管(2)为理想二极管，则光伏阵列(1)两端电压V和超级电容(3)两端电压相等；所述采集测量装置(6)用于测量光伏阵列(1)干路电流I、光伏阵列(1)的两端电压V、光照强度Ir、光伏阵列表面温度T；所述控制装置(7)输出高低电平，控制可控开关(4)的开和断。
【技术特征摘要】
1.一种基于环境适应性自学习光伏最大功率点跟踪装置，其特征在于，包括：光伏阵列(1)、二极管(2)、超级电容(3)、可控开关(4)、调节电阻(5)、采集测量装置(6)、控制装置(7)；所述光伏阵列(1)、二极管(2)、超级电容(3)、可控开关(4)、调节电阻(5)依次相连；所述光伏阵列(1)发出的功率是目标控制对象；所述二极管(2)用于保护光伏阵列(1)；假设所述二极管(2)为理想二极管，则光伏阵列(1)两端电压V和超级电容(3)两端电压相等；所述采集测量装置(6)用于测量光伏阵列(1)干路电流I、光伏阵列(1)的两端电压V、光照强度Ir、光伏阵列表面温度T；所述控制装置(7)输出高低电平，控制可控开关(4)的开和断。2.根据权利要求1所述的基于环境适应性自学习光伏最大功率点跟踪装置，其特征在于：所述调节电阻(5)的电阻值R满足：R<＝V2M/PMPP，其中PMPP为所有情况下的最大功率，VM为PMPP所对应的电压。3.根据权利要求2所述的基于环境适应性自学习光伏最大功率点跟踪装置，其特征在于：所述超级电容(3)的电容量C满足：对所述二极管(2)、超级电容(3)和调节电阻(5)的公共节点由基尔霍夫定律得到：IC＝I-SIR，其中I为光伏阵列干路电流，IR为流过调节电阻(5)的电流，IC为流经超级电容(3)的电流，IR＝V/R；S＝1,0分别对应可控开关断开和闭 合。4.根据权利要求2所述的基于环境适应性自学习光伏最大功率点跟踪...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢从珍，胡江华，刘智健，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。