一种变步长MPPT控制方法技术

本发明专利技术公开了一种变步长MPPT控制方法，包括建立光伏电池模型和升压电路模型，并在太阳能电池模型的基础上建立升压电路模型以实现最大功率点跟踪。获取光伏电池的输出电压、电流值，计算出ΔUk、ΔIk、ΔUk+1、ΔIk+1以及ΔP。计算并判断参数H是否大于0。若H＞0，依旧使用大步长电导增量法搜寻最大功率点；若H≤0时，系统的跟踪步长变小，使之快速收缩到最大功率点附近；若外部环境变化不明显，导致系统内部功率细微的变化，则输出H＝-1；若外部环境发生突变，而且变化较大，导致ΔP较大，超过了预设的极限值limΔP，则输出H＝1。该方法在离最大功率点较远时采用大步长电导增量法，跟踪能力得到提高；接近最大功率点后，切换为小步长跟踪方案，提高了光伏组件的平均输出功率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光伏发电
，具体地，涉及一种变步长MPPT控制方法。
技术介绍
太阳能作为取之不尽用之不竭的可再生能源，太阳能的利用在当今世界范围内已受到高度重视。但是太阳能电池的功率输出是非线性的，而且环境变化对其电能的输出有很大的影响。最大功率点跟踪技术(MaximumPowerPointTracking)可以有效地解决传统光伏发电系统中的效率过低、成本过高的问题，充分发挥光伏组件的效能。常见的MPPT控制方法包括固定电压法(CTV)、扰动观察法(P&O)、电导增量法(INC)等。固定电压法算法简单、稳定性高，但是系统跟踪精度差。扰动观察法对传感器精度要求不高，但稳定性较差，易造成系统能量丢失，而且跟踪步长不好确定。智能算法虽然有很好的控制效果，但是控制算法复杂，依赖历史经验，控制器的设计成本较高。电导增量法通过检测光伏电池两端的电压和输出电流，并根据功率对电压的变化率与输出电流、电压之间的关系完成最大功率点跟踪。当时，此时工作点在最大功率点的左侧，需要增大参考电压；当时，此时工作点在最大功率点处，需要保持参考电压不变；当时，此时工作点在最大功率点的右侧，需要减小参考电压。电导增量法对最大功率点的判断准确，震荡小，但同样存在着步长选择和误判问题。固定步长影响到最大功率点跟踪的控制效果，无法兼顾快速性和稳定性。现有的变步长控制方法提升了系统的快速跟踪能力和稳态效果，但设计难度和成本较高，通用性较差。专利技术内容本专利技术提供了一种变步长MPPT控制方法，解决了电导增量法的步长选择和外部环境突变时的误判问题，实现简单。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：变步长MPPT控制方法特征是：建立光伏电池模型以及升压电路模型，采集光伏电池的输出电压和输出电流值，通过判定参数H是否大于0来选择合适的步长方案，使工作点能快速稳定地靠近最大功率点，并且通过功率的变化来判定外界环境是否发生突变，给H赋值以选择合适的步长方案。一种变步长MPPT控制方法，包括以下步骤：步骤(1)：由MPPT控制电路建立光伏电池模型和升压电路模型，并在太阳能电池模型的基础上建立升压电路模型以实现最大功率点跟踪；步骤(2)：获取光伏电池当前k-1时刻的输出电压U(k-1)和电流I(k-1)，然后在当前输出电压基础上增大一个电压分量ΔU，得出k时刻的电压U(k)和电流I(k)，计算出ΔUk，ΔIk；再增大一个电压分量ΔU，得出k+1时刻的电压U(k+1)和电流I(k+1)，以及计算得出ΔUk+1，ΔIk+1，ΔP；步骤(3)：由传统的固定步长电导增量法建立并分析光伏电池板的P-U特性曲线，在最大功率点的斜率为0，有可知在最大功率点处，当时，位于最大功率点左侧，需要增大参考电压保证系统向最大功率点靠近；当时，位于最大功率点右侧，需要减小参考电压保证系统向最大功率点靠近；在特性曲线左侧曲线右侧建立参数若H＞0，说明工作点运行在特性曲线单侧，仍未达到最大功率点，依旧使用大步长电导增量法搜寻最大功率点；反之，跟踪步长变小，计算并判断参数H是否大于0；步骤(4)：若H＞0，依旧使用大步长电导增量法搜寻最大功率点，返回步骤(2)；若H≤0时，减小系统的跟踪步长，使之快速收缩到最大功率点附近，执行步骤(5)；步骤(5)：若外部环境变化不明显，导致系统内部功率细微的变化，则输出H＝-1，返回步骤(2)；若外部环境发生突变，而且变化较大，导致ΔP较大，超过了预设的极限值limΔP，则输出H＝1，返回步骤(2)。进一步，所述步骤(1)中，升压电路模型得到的方程为：U＝(1-D)Udc；式中，D为升压电路中晶体管的占空比；U为太阳能电池输出电压；Udc为升压电路瞬时输出电压。进一步，所述步骤(2)中，ΔUk＝U(k)-U(k-1)，ΔIk＝I(k)-I(k-1)；ΔUk+1＝U(k+1)-U(k)，ΔIk+1＝I(k+1)-I(k)，ΔP＝U(k+1)I(k+1)-U(k)I(k)，均通过检测到的电流电压值计算得到。上述技术方案后，本专利技术具有以下有益效果：1.相比MPPT定步长控制方法，在离最大功率点较远时H＞0，说明工作点运行在特性曲线单侧，采用大步长电导增量法，跟踪能力得到提高；接近最大功率点后，H＜0，切换为小步长跟踪方案，使工作点在最大功率点附近工作，提高了光伏组件的平均输出功率。因此，系统可以快速且稳定地追踪到最大功率点。2.相比智能变步长MPPT控制方法，该方法设计简单、系统成本较低，不依赖于历史经验。3.当外部环境发生变化时，功率变化超过了一定的阈值，通过给参数H赋值的方法来进行步长选择，同时跟踪步长变为正常，以使系统快速跟踪外部环境变化，有效地解决了电导增量法在外界环境发生突变时引起的误判问题。附图说明图1是本专利技术实施的变步长MPPT控制方法流程图。图2是MPPT控制电路。图3是光伏电池的伏安特性I-V曲线。图4是光伏电池的输出特性P-V曲线。图5是电导增量法的控制流程图。图6是电导增量法的原理图。图7是该MPPT控制方法的工作过程示意图。具体实施方式下面根据说明书附图和具体实施例对本专利技术做进一步解释。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术通过建立光伏电池模型以及升压电路模型，采集光伏电池的输出电压和输出电流值，判定参数H是否大于0来选择合适的步长方案，当H＞0时，使用大步长电导增量法搜寻最大功率点，H≤0时使用小步长电导增量法进行追踪，使工作点能快速稳定地靠近最大功率点，并且利用了功率的变化来判定外界环境是否发生突变，给H赋值以选择合适的步长方案。包括以下步骤：步骤(1)：建立光伏电池模型和升压电路模型。，并在太阳能电池模型的基础上建立升压电路模型以实现最大功率点跟踪；步骤(2)：获取光伏电池当前k-1时刻的输出电压U(k-1)和电流I(k-1)，然后在当前输出电压基础上增大一个电压分量ΔU，得出k时刻的电压U(k)和电流I(k)，计算出ΔUk，ΔIk；再增大一个电压分量ΔU，得出k+1时刻的电压U(k+1)和电流I(k+1)，以及计算得出ΔUk+1，ΔIk+1，ΔP；得出k+1时刻的电压U(k+1)和电流I(k+1)，ΔUk+1＝U(k+1)-U(k)，ΔIk+1＝I(k+1)-I(k)，ΔP＝U(k+1)I(k+1)-U(k)I(k)。步骤(3)：通过分析光伏电池板的P-U特性曲线可知，存最大功率点的斜率为0，因此，有可知在最大功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变步长MPPT控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)：由MPPT控制电路建立光伏电池模型和升压电路模型，并在太阳能电池模型的基础上建立升压电路模型以实现最大功率点跟踪；步骤(2)：获取光伏电池当前k‑1时刻的输出电压U(k‑1)和电流I(k‑1)，然后在当前输出电压基础上增大一个电压分量ΔU，得出k时刻的电压U(k)和电流I(k)，计算出ΔUk，ΔUk；再增大一个电压分量ΔU，得出k+1时刻的电压U(k+1)和电流I(k+1)，以及计算得出ΔUk+1，ΔIk+1，ΔP；步骤(3)：由传统的固定步长电导增量法建立并分析光伏电池板的P‑U特性曲线，在最大功率点的斜率为0，有可知在最大功率点处，dIdU=-IU;]]>当时，位于最大功率点左侧，需要增大参考电压保证系统向最大功率点靠近；当时，位于最大功率点右侧，需要减小参考电压保证系统向最大功率点靠近；在特性曲线左侧曲线右侧建立参数若H＞0，说明工作点运行在特性曲线单侧，仍未达到最大功率点，依旧使用大步长电导增量法搜寻最大功率点；反之，跟踪步长变小，计算并判断参数H是否大于0；步骤(4)：若H＞0，依旧使用大步长电导增量法搜寻最大功率点，返回步骤(2)；若H≤0时，减小系统的跟踪步长，使之快速收缩到最大功率点附近，执行步骤(5)；步骤(5)：若外部环境变化不明显，导致系统内部功率细微的变化，则输出H＝‑1，返回步骤(2)；若外部环境发生突变，而且变化较大，导致ΔP较大，超过了预设的极限值limΔP，则输出H＝1，返回步骤(2)。...

【技术特征摘要】
1.一种变步长MPPT控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：由MPPT控制电路建立光伏电池模型和升压电路模型，并在太阳能电池模型的
基础上建立升压电路模型以实现最大功率点跟踪；
步骤(2)：获取光伏电池当前k-1时刻的输出电压U(k-1)和电流I(k-1)，然后在当前输
出电压基础上增大一个电压分量ΔU，得出k时刻的电压U(k)和电流I(k)，计算出ΔUk，ΔUk；
再增大一个电压分量ΔU，得出k+1时刻的电压U(k+1)和电流I(k+1)，以及计算得出ΔUk+1，
ΔIk+1，ΔP；
步骤(3)：由传统的固定步长电导增量法建立并分析光伏电池板的P-U特性曲线，在最
大功率点的斜率为0，有可知在最大功率点处，dIdU=-IU;]]>当时，位于最大功率点左侧，需要增大参考电压保证系统向最大功率点靠
近；
当时，位于最大功率点右侧，需要减小参考电压保证系统向最大功率点靠
近；
在特性曲线左侧曲线右侧建立参数若H＞0，说明工作点运行在特性曲线单侧，仍未达到最大功率点，依旧使用大步长电导增量
法搜寻最大功率点；反之...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾石磊，孙玉坤，张亮，黄永红，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32