一种基于纹波关联法的光伏组件MPPT算法制造技术

本发明专利技术涉及一种基于纹波关联法的光伏组件MPPT算法，其主要技术特点是：建立光伏电池模型和Boost电路模型；通过二阶广义积分‑正交信号发生器得到与开关频率相同的纹波信号；更新参考电压值，将参考电压值与实际电压值之间的误差信号作为PI控制器的输入，将PI控制器的输出作为占空比调制信号，并经PWM电路得到的控制信号作用于Boost电路的开关管；构建瞬态检测器与触发阈值，当太阳辐射强度突变时，瞬态检测器动作，将采样保持器的输出作为下一时刻的参考电压值。本发明专利技术设计合理、易于实现，能够使光伏并网系统在不同的光照、温度及负载情况下快速地跟踪到最大功率点，并使系统稳定的工作在最大功率点附近，提高光伏电池的转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于纹波关联法的光伏组件MPPT算法
本专利技术属于光伏发电
，尤其是一种基于纹波关联法的光伏组件MPPT算法。
技术介绍
目前环境问题日益凸显，开发新能源以实现人类社会的可持续发展成为当前世界的重要议题。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。光伏发电具有诸多优势,但传统光伏发电系统效率较低,很大程度上制约了其大规模推广和应用,而采用最大功率点跟踪技术(MPPT)可以解决上述问题。光伏电池的输出特性随着环境温度、辐射强度的改变而改变，但对于特定的光照和温度，光伏电池存在一个最大功率点，为保证光伏电池的转换效率，要求光伏发电系统能够实时调整光伏阵列的工作点，使之始终工作在最大功率点附近。根据电路最大功率传输定理，当外接电阻与光伏电池的等效内阻相匹配时，光伏电池输出功率最大，一般通过调节BOOST变换电路中开关器件的占空比来调节外接负载的大小，实现最大功率点跟踪。常用的MPPT算法如恒定电压法、扰动观察法、爬山法等，存在跟踪速度较慢、最大功率点附近不稳定、外界环境突变情况下易发生误判、算法复杂而实用性差等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理且能够快速准确地找到最大功率点的基于纹波关联法的光伏组件MPPT算法。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种基于纹波关联法的光伏组件MPPT算法，包括以下步骤：步骤1、建立光伏电池模型和Boost电路模型；步骤2、通过电压电流检测电路测量光伏电池的输出电压、输出电流及输出功率，经二阶广义积分-正交信号发生器得到与开关频率相同的纹波信号；步骤3、计算出电压纹波和功率纹波的乘积，根据其符号的正负判断下一时刻电压参考值的变化方向，并更新参考电压值；设置PI控制器参数，将参考电压值与实际电压值之间的误差信号作为PI控制器的输入，将PI控制器的输出作为占空比调制信号，并经PWM电路得到的控制信号作用于Boost电路的开关管，调整开关管的工作状态；步骤4、构建瞬态检测器与触发阈值，当太阳辐射强度突变时，瞬态检测器动作，将采样保持器的输出作为下一时刻的参考电压值，然后返回步骤3继续处理。所述光伏电池模型如下：式中，iPV为光伏输出电流，uPV为光伏输出电压，C1、C2均为中间变量；Isc为短路电流、开路电压Voc为开路电压、最大功率点电流Im为最大功率点电流、最大功率点电压Vm为最大功率点电压；所述Boost电路模型为：upv＝(1-D)Udc式中，D为Boost电路中开关管的占空比；Udc为Boost电路瞬时输出电压。所述光伏电池的输出电压upv、输出电流ipv及输出功率Ppv分别为：式中，Vpv、Ipv分别为光伏输出电压和电流的直流分量，为相应的纹波分量；上述纹波分量通过二阶广义积分-正交信号发生器估计得到，二阶广义积分-正交信号发生器的闭环传递函数为：wn＝2pifd式中，wn为角频率,Vcpfilt(s)和Vcp(s)分别为频域中的二阶广义积分-正交信号发生器输出电压和输入电压，fd为Boost电路的开关频率，s域到z域的变换采用如下改进的欧拉积分器：式中，Tsp为控制系统的采样时间。所述二阶广义积分-正交信号发生器为四阶数字带通滤波器。所述PI控制器参数设置为：Kp＝0.07138，Ki＝0.001；其中Kp、Ki分别为比例系数和积分系数。所述步骤4的实现方法为：以光伏输出电流的变化程度为基准构建一瞬态检测器，其表达式为：其中，H为瞬态检测器的输出，T1为瞬态检测器采样时间间隔，且T1为系统开关周期的整数倍；根据实际环境及系统设置瞬态检测器阈值ε，并定义如下：式中，D为Boost电路中开关管的占空比，当瞬态检测器没有检测到瞬态变化时，h＝0，MPPT输出的参考电压值由纹波关联法决定；当瞬态检测器检测到瞬态变化时，h＝1，参考电压值切换为采样保持器的输出。本专利技术的优点和积极效果是：1、本专利技术采用具有实时自寻优功能的纹波关联技术，通过使用纹波信息，无需人为加入扰动变量，即可准确、快速地追踪到最大功率点，实现真正意义上的最大功率点跟踪功能，有效地克服了现有技术存在跟踪速度慢、最大功率点附近不稳定、外界环境突变情况下易发生误判、算法复杂而实用性差等缺点。2、本专利技术采用二阶广义积分-正交信号发生器(SOGI-QSG)估计光伏输出的电压和功率纹波分量，并且针对太阳辐射强度突变时存在误判的缺点，通过增加瞬态检测器并设定相应的触发阈值，将控制策略切换为固定电压控制，相应的参考电压值由采样保持器输出，其输入为瞬态检测器动作前一时刻的参考电压值。3、本专利技术设计合理、易于实现，能够使光伏并网系统在不同的光照、温度及负载情况下快速地跟踪到最大功率点，并使系统稳定的工作在最大功率点附近，提高光伏电池的转换效率。附图说明图1为本专利技术使用的纹波关联MPPT控制装置原理图；图2为光伏电池伏安特性曲线；图3为光伏电池输出特性曲线；图4为功率纹波和电压纹波的关系图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步详述。本专利技术是在如图1所示的纹波关联MPPT控制装置上实现的。该控制装置包括光伏电池板PV、Boost电路、负载电阻R、电压电流检测电路以及MPPT控制模块。其中光伏电池板PV通过Boost电路与负载电阻R连接,该Boost电路由开关管Q、电感L、二极管D和电容C构成,Boost电路中的开关管占空比D的变化会直接影响到光伏电池的输出电压、输出电流及输出功率。电压电流检测电路将检测到的光伏输出电压值与输出电流值送入MPPT控制模块，由MPPT控制模块的RCC算法计算出参考电压值或瞬态检测器被触发后输出前一时刻的参考电压值，将其与实际电压值相比较后得到误差信号，经PI控制器产生占空比调制信号，通过PWM电路调整开关管Q的开关状态，进而改变外接电路的负载特性，以使光伏电池输出最大功率。本专利技术基于纹波关联法的光伏组件MPPT算法，包括以下步骤：步骤1、建立光伏电池模型和Boost电路模型。光伏电池标准测试条件为：参考太阳辐射强度Sref＝1000W/m2，参考电池温度Tref＝25℃，以该标准下的电气参数：短路电流Isc、开路电压Voc、最大功率点电流Im、最大功率点电压Vm，建立如下光伏电池模型，其I-V方程为：式中，iPV为光伏输出电流，uPV为光伏输出电压，C1、C2均为中间变量。光伏电池的伏安特性曲线如图2所示，任意辐射强度和温度下的光伏电池温度T的方程为：T＝Ta+KS式中，Ta为环境温度；K为辐射强度变化时太阳能电池温度系数；S为太阳能辐射强度。在实际光照和温度条件下，对应的电气参数为：ΔT＝T-TrefVo'c＝Voc(1-γΔT)ln(e+βΔS)Vm'＝Vm(1-γΔT)ln(e+βΔS)式中，ΔT为实际电池温度与参考电池温度的差值；ΔS为相对辐照度差；S为太阳能辐射强度；T为光伏电池温度；I'sc为实际短路电流；V'oc为实际开路电压；I'm为实际最大功率点电流；V'm实际最大功率点电压；α、β、γ为常数，取值为α＝0.0025℃，β＝0.5℃，γ＝0.00288℃。对Boost电路建模，其方程为：upv＝(1-D)Udc式中：D为Boost电路中开关管的占空比；Udc为Boost电路瞬本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于纹波关联法的光伏组件MPPT算法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、建立光伏电池模型和Boost电路模型；步骤2、通过电压电流检测电路测量光伏电池的输出电压、输出电流及输出功率，经二阶广义积分‑正交信号发生器得到与开关频率相同的纹波信号；步骤3、计算出电压纹波和功率纹波的乘积，根据其符号的正负判断下一时刻电压参考值的变化方向，并更新参考电压值；设置PI控制器参数，将参考电压值与实际电压值之间的误差信号作为PI控制器的输入，将PI控制器的输出作为占空比调制信号，并经PWM电路得到的控制信号作用于Boost电路的开关管，调整开关管的工作状态；步骤4、构建瞬态检测器与触发阈值，当太阳辐射强度突变时，瞬态检测器动作，将采样保持器的输出作为下一时刻的参考电压值，然后返回步骤3继续处理。

【技术特征摘要】
1.一种基于纹波关联法的光伏组件MPPT算法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、建立光伏电池模型和Boost电路模型；步骤2、通过电压电流检测电路测量光伏电池的输出电压、输出电流及输出功率，经二阶广义积分-正交信号发生器得到与开关频率相同的纹波信号；步骤3、计算出电压纹波和功率纹波的乘积，根据其符号的正负判断下一时刻电压参考值的变化方向，并更新参考电压值；设置PI控制器参数，将参考电压值与实际电压值之间的误差信号作为PI控制器的输入，将PI控制器的输出作为占空比调制信号，并经PWM电路得到的控制信号作用于Boost电路的开关管，调整开关管的工作状态；步骤4、构建瞬态检测器与触发阈值，当太阳辐射强度突变时，瞬态检测器动作，将采样保持器的输出作为下一时刻的参考电压值，然后返回步骤3继续处理。2.根据权利要求1所述的一种基于纹波关联法的光伏组件MPPT算法，其特征在于：所述光伏电池模型如下：式中，iPV为光伏输出电流，uPV为光伏输出电压，C1、C2均为中间变量；Isc为短路电流、开路电压Voc为开路电压、最大功率点电流Im为最大功率点电流、最大功率点电压Vm为最大功率点电压；所述Boost电路模型为：upv＝(1-D)Udc式中，D为Boost电路中开关管的占空比；Udc为Boost电路瞬时输出电压。3.根据权利要求1所述的一种基于纹波关联法的光伏组件MPPT算法，其特征在于：所述光伏电池的输出电压upv、输出电流ipv及输出功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冬辉，孔祥洁，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12