一种基于自适应三步长的光伏最大功率点跟踪方法技术

一种基于自适应三步长的光伏最大功率点跟踪方法，属于太阳能光伏发电技术领域，采用包括光伏阵列、Boost升压模块、直流链电容、负载/逆变器模块、测量模块和控制模块的系统实现；方法包括：测量模块实时采样光伏阵列的输出电压和输出电流，控制模块根据电压差、电流差、功率差计算第一步长、第二步长和第三步长以及当前时刻参考电压；控制模块根据参考电压控制Boost升压模块；本发明专利技术采用三种不同的可变步长，第一、二步长均动态变小，可改善在最大功率点附近的震荡现象，提高稳态精度；当光照强度突变时，采用第三步长，解决了传统方法中跟踪速度和稳态精度矛盾的问题，而且在光照变化时仍然具有较高的稳态精度和较快的跟踪速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能光伏发电
，具体涉及一种基于自适应三步长的光伏最大功率点跟踪系统及方法。
技术介绍
在全球能源危机日益严重的背景下，太阳能以其储量大、开发方便、清洁环保等特点越来越受到人们的重视。在光伏发电中，由于太阳能电池输出功率受外界环境影响较大，为了使光伏阵列保持最大电能的输出，需要对其进行最大功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking，MPPT)。通过最大功率跟踪，可以实现光伏电池输出功率最大化，极大提高光伏电池的利用效率。因此，针对于光伏最大功率跟踪控制技术的研究已成为光伏发电领域的热点之一。扰动观察法和电导增量法是目前研究最广泛并且应用最普遍的控制方法，扰动观察法通过对光伏电池的输出电压施加扰动，扰动观察法的优点是结构简单、容易实现，但存在“振荡”和“误判”问题。电导增量法的控制思想与扰动观察法类似，通过比较光伏电池的电导增量和瞬间电导来改变控制信号，实现最大功率点跟踪。传统定步长扰动观察法和电导增量法选取扰动步长时，稳态精度和响应速度之间相互矛盾，步长太大跟踪速度快但跟踪精度不高，反之稳态精度高但跟踪速度不快。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，本专利技术提供一种基于自适应三步长的光伏最大功率点跟踪系统及方法。本专利技术的技术方案：一种基于自适应三步长的光伏最大功率点跟踪系统，包括：光伏阵列、Boost升压模块、直流链电容、负载/逆变器模块、测量模块和控制模块；所述的光伏阵列、Boost升压模块、直流链电容和负载/逆变器模块顺次连接；所述测量模块的输入端与所述光伏阵列输出端连接，测量模块的输出端与所述控制模块输入端连接；所述控制模块输出端与所述Boost升压模块连接。所述Boost升压模块包括MOSFET开关管；所述测量模块包括电压测量模块和电流测量模块，电压测量模块和电流测量模块分别与所述光伏阵列输出端连接，用于实时采集光伏阵列的输出电压和输出电流；所述的控制模块包括：计算模块、MPPT控制模块、电压控制环、PI控制器和PWM驱动模块；所述计算模块输入端分别连接电压测量模块和电流测量模块输出端，MPPT控制模块输入端连接计算模块输出端，电压控制环输入端分别连接MPPT控制模块输出端和电压测量模块输出端，电压控制环输出端连接PI控制器输入端，PI控制器输出端连接PWM驱动模块输入端，PWM驱动模块输出端连接MOSFET开关管S栅极；所述计算模块，用于根据所述光伏阵列的输出电压和输出电流计算电压差值、电流差值、功率差值以及第一步长、第二步长和第三步长；所述MPPT控制模块，用于根据所述计算模块的输出结果和内置的基于自适应三步长的光伏最大功率点跟踪方法，对所述光伏阵列的输出功率进行最大功率点跟踪，并输出最大功率点处的参考电压；所述电压控制环，用于将所述光伏阵列的输出电压与所述MPPT控制模块输出的最大功率点处的参考电压进行比较；所述PI控制器，用于根据所述电压控制环的输出结果生成占空比；所述PWM驱动模块，用于根据所述PI控制器的输出的占空比生成PWM控制信号，进而通过调节所述Boost升压模块中MOSFET开关管的通断来将光伏阵列的输出电压维持在参考电压。利用基于自适应三步长的光伏最大功率点跟踪系统的基于自适应三步长的光伏最大功率点跟踪方法，采用三种不同的可变步长，当工作点位于最大功率点左侧时，采用第一步长；当工作点位于最大功率点右侧时，采用第二步长；当外部环境变化导致光照强度突变时，采用第三步长；随着工作点向最大功率点靠近，三种步长均动态变小，具体包括如下步骤：步骤1：电压测量模块和电流测量模块分别实时采样光伏阵列的输出电压Vpv和输出电流Ipv，并发送给计算模块，Vpv(n)表示当前时刻n采样的输出电压，Ipv(n)表示当前时刻n采样的输出电流；步骤2：计算模块分别计算当前时刻采样的输出电压Vpv(n)与前一时刻采样的输出电压Vpv(n-1)之差dV，当前时刻采样的输出电流Ipv(n)与前一时刻采样的输出电流Ipv(n-1)之差dI，当前时刻输出功率P＝Vpv(n)*Ipv(n)，当前时刻输出功率与前一时刻输出功率之差dP＝Vpv(n)*Ipv(n)-Vpv(n-1)*Ipv(n-1)，以及第一步长Vstep1、第二步长Vstep2和第三步长Vstep3，并将计算结果分别发送给MPPT控制模块；所述第一步长Vstep1、第二步长Vstep2和第三步长Vstep3按如下公式计算：Vstep3＝N2*|dP|其中，Pmpp为标准条件即光照强度为1000W/m2，温度为25℃时，光伏阵列的最大输出功率，N1、N2为调整步长的缩放因子，采用以下公式计算：其中，ΔVmax是最大允许步长电压。步骤3：MPPT控制模块判断dV＝0是否成立，是，执行步骤4；否则，执行步骤5；步骤4：MPPT控制模块判断dI＝0是否成立，是，Vref(n)＝Vref(n-1)，其中，Vref(n)和Vref(n-1)分别为当前时刻和前一时刻MPPT控制模块输出的参考电压，并转至步骤6；否则，判断dI＞0是否成立，若dI＞0，则Vref(n)＝Vref(n-1)+Vstep3，并转至步骤6；若dI＜0，则Vref(n)＝Vref(n-1)-Vstep3，并转至步骤6；步骤5：MPPT控制模块判断dI/dV+Ipv(n)/Vpv(n)＝0是否成立，是，Vref(n)＝Vref(n-1)；否则，判断dI/dV+Ipv(n)/Vpv(n)＞0是否成立，若dI/dV+Ipv(n)/Vpv(n)＞0，则Vref(n)＝Vref(n-1)+Vstep1；若dI/dV+Ipv(n)/Vpv(n)＜0，则Vref(n)＝Vref(n-1)-Vstep2；步骤6：计算模块更新Vpv(n-1)＝Vpv(n)，Ipv(n-1)＝Ipv(n)；步骤7：电压控制环对MPPT控制模块输出的当前时刻的参考电压Vref(n)和电压测量模块输出的当前时刻采样的输出电压Vpv(n)进行差值计算，PI控制器根据差值生成占空比，PWM驱动模块根据占空比生成PWM控制信号，进而调节Boost升压模块中MOSFET开关管的通断，使光伏阵列的输出电压维持在参考电压即当前时刻电压Vref(n)。步骤8：重复步骤1～7直到n+1时刻系统工作在最大功率点。有益效果：本专利技术的基于自适应三步长的光伏最大功率点跟踪系统及方法与现有技术相比，具有如下优势：采用三种不同的可变步长，当工作点距离最大功率点较远时，再根据工作点在最大功率点左侧还是右侧，判断采用第一步长还是第二步长，从而提高跟踪速度；随着工作点向最大功率点靠近，第一步长和第二步长均动态变小，以改善在最大功率点附近的震荡现象，从而提高稳态精度；当外部环境变化导致光照强度突变时，采用第三步长；不仅解决了传统扰动观察法和电导增量法中跟踪速度和稳态精度矛盾的问题，而且在光照变化时仍然具有较高的稳态精度和较快的跟踪速度。附图说明图1为本专利技术一种实施方式的一种基于自适应三步长的光伏最大功率点跟踪系统结构示意图；图2(a)为光伏阵列I-U特性随光照强度变化曲线图；图2(b)为光伏阵列P-U特性随光照强度变化曲线图；图3为本专利技术一种实施方式的一种基于自适应三步长的光伏最大功率点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自适应三步长的光伏最大功率点跟踪系统，其特征在于，包括：光伏阵列、Boost升压模块、直流链电容、负载/逆变器模块、测量模块和控制模块；所述的光伏阵列、Boost升压模块、直流链电容和负载/逆变器模块顺次连接；所述测量模块的输入端与所述光伏阵列输出端连接，测量模块的输出端与所述控制模块输入端连接；所述控制模块输出端与所述Boost升压模块连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应三步长的光伏最大功率点跟踪系统，其特征在于，包括：光伏阵列、Boost升压模块、直流链电容、负载/逆变器模块、测量模块和控制模块；所述的光伏阵列、Boost升压模块、直流链电容和负载/逆变器模块顺次连接；所述测量模块的输入端与所述光伏阵列输出端连接，测量模块的输出端与所述控制模块输入端连接；所述控制模块输出端与所述Boost升压模块连接。2.根据权利要求1所述的基于自适应三步长的光伏最大功率点跟踪系统，其特征在于，所述Boost升压模块包括MOSFET开关管；所述测量模块包括电压测量模块和电流测量模块，电压测量模块和电流测量模块分别与所述光伏阵列输出端连接，用于实时采集光伏阵列的输出电压和输出电流；所述的控制模块包括：计算模块、MPPT控制模块、电压控制环、PI控制器和PWM驱动模块；所述计算模块输入端分别连接电压测量模块和电流测量模块输出端，MPPT控制模块输入端连接计算模块输出端，电压控制环输入端分别连接MPPT控制模块输出端和电压测量模块输出端，电压控制环输出端连接PI控制器输入端，PI控制器输出端连接PWM驱动模块输入端，PWM驱动模块输出端连接MOSFET开关管S栅极；所述计算模块，用于根据所述光伏阵列的输出电压和输出电流计算电压差值、电流差值、功率差值以及第一步长、第二步长和第三步长；所述MPPT控制模块，用于根据所述计算模块的输出结果和内置的基于自适应三步长的光伏最大功率点跟踪方法，对所述光伏阵列的输出功率进行最大功率点跟踪，并输出最大功率点处的参考电压；所述电压控制环，用于将所述光伏阵列的输出电压与所述MPPT控制模块输出的最大功率点处的参考电压进行比较；所述PI控制器，用于根据所述电压控制环的输出结果生成占空比；所述PWM驱动模块，用于根据所述PI控制器的输出的占空比生成PWM控制信号，进而通过调节所述Boost升压模块中MOSFET开关管的通断来将光伏阵列的输出电压维持在参考电压。3.利用权利要求1所述的基于自适应三步长的光伏最大功率点跟踪系统的基于自适应三步长的光伏最大功率点跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：测量模块实时采样光伏阵列的输出电压Vpv和输出电流Ipv，并发送给控制模块，Vpv(n)表示当前时刻n采样的输出电压，Ipv(n)表示当前时刻n采样的输出电流；步骤2：控制模块分别计算当前时刻采样的输出电压Vpv(n)与前一时刻采样的输出电压Vpv(n-1)之差dV，当前时刻采样的输出电流Ipv(n)与前一时刻采样的输出电流Ipv(n-1)之差dI，当前时刻输出功率P＝Vpv(n)*Ipv(n)，当前时刻输出功率与前一时刻输出功率之差dP＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨珺，孙秋野，李广建，张化光，杨东升，刘鑫蕊，黄博南，王智良，汪刚，王占山，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21