一种车辆废热发电系统最大功率跟踪方法技术方案

本发明专利技术公开一种车辆废热发电系统最大功率跟踪方法，该方法提出一种将恒定电压法与小步长的滞环比较法相结合的三段式最大功率跟踪方法，第一阶段利用恒定电压法快速跟踪到温差发电系统最大功率点附近，第二阶段切换为小步长的滞环比较法，准确跟踪到温差发电系统最大功率点，第三阶段应用定时器进行定时跳转，使系统重新采集开路电压进行最大功率跟踪，从而实现快速的最大功率点跟踪和高精度的最大功率点运行。本发明专利技术可以有效克服常规扰动观察法在最大功率点附近振荡、误判等问题，提高了跟踪速度与跟踪精度，实现了车辆废热发电系统快速高精度的最大功率跟踪运行。

【技术实现步骤摘要】
一种车辆废热发电系统最大功率跟踪方法
本专利技术属于温差发电领域，是一种车辆废热发电系统最大功率跟踪方法。
技术介绍
温差发电器可以回收车辆尾气废热中的热能，在不同车况下实时跟踪温差发电器的最大功率成为研究回收废热能量的重点。目前最为常见的最大功率跟踪方法有恒定电压法、扰动观察法、电导增量法等。由热电转换模块的输出特性可知,当热电模块的开路电压在车况变化时,热电模块最大功率点的电压也近似成比例变化，恒定电压法是基于这种近似的线性关系跟踪最大功率点的方法。恒定电压法虽然结构简单,但是这种线性关系只是一种近似,工作点并不是最大功率。扰动观察法是在原有输出上增加一个扰动,通过实时采样计算得到瞬时功率,与上一次的输出功率进行比较,根据功率增减变化动态调节输出功率,使其逐步逼近最大功率点。但是初始值及跟踪步长的给定对跟踪精度和跟踪速度的影响较大。其它常用的MPPT方法,如双步长扰动观察法,滞环比较法,变步长电导增量法等,均在以上两种主要跟踪方法上有所改进。但是在汽车实时动态工况快速变化的条件下,单一使用这些常用的方法便出现了它们本身的不足之处,无法满足热电发电模块最大功率跟踪速度快,精度高的实际需求。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有用于汽车尾气废热回收系统的最大功率跟踪算法的不足，提出了一种基于恒定电压法和滞环比较法的最大功率跟踪方法。本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现：一种车辆废热发电系统(TEG)最大功率跟踪方法，将恒定电压法与小步长的滞环比较法相结合。车辆废热发电系统中热电模块的开路电压Voc随外界条件变化时，热电模块的最高功率点电压Vm也近似呈比例变化，采用恒定电压法快速跟踪到汽车废热发电系统的最大输出功率点附近，然后切换为小步长的滞环比较法，进一步精确跟踪到汽车废热发电系统的最大输出功率，同时设置定时器使系统重新采集开路电压进行最大功率跟踪，从而实现快速的最大功率点跟踪和高精度的最大功率点运行，解决目前常用方法中存在的不足。具体过程分别如下：所述恒定电压法按照下述步骤进行：第一步，在温差发电系统的DC-DC转换器启动前，首先采样温差发电系统直流侧的开路电压Voc(k)，然后设定恒定电压法的给定电压Vcvt＝0.5Voc(k)；第二步，启动温差发电系统的DC-DC转换器，等待系统直流端的电压最终稳定到Vcvt，此时恒定电压法阶段最大功率跟踪完成；所述小步长的滞环比较法按照下述步骤进行：第三步，采样B时刻的温差发电系统直流侧的电压VB、电流IB，计算得到此时的输出功率PB；第四步，给此时的系统增加一个扰动量-ΔV,采样得到此时A时刻的温差发电系统直流侧的电压VA、电流IA，计算得到此时的输出功率PA；第五步，给此时的系统增加一个扰动量2ΔV，采样得到此时C时刻的温差发电系统直流侧的电压VC、电流IC，计算得到此时的输出功率PC；第六步，设定变化标志Sign1，若PC≥PB,Sign1＝1，否则Sign1＝-1；第七步，设定变化标志Sign2，若PB＞PA,Sign2＝1，否则Sign2＝-1；第八步，设定变化标志Sign，计算Sign＝Sign1+Sign2；第九步，若Sign＝2，令VB＝VC,最大功率点在B点右侧，工作点向C点移动；若Sign＝-2，令VB＝VA,最大功率点在B点左侧，工作点向A点移动；若Sign＝0，工作点不动，认为已找到最大功率点；所述定时跳转阶段按照下述步骤进行：第十步，给系统设置定时器，当定时时间t到时，系统重新采集热电发电模块的开路电压Voc，并得到新的给定电压Vcvt，并重新运用恒定电压法快速跟踪到新的最大功率点。本专利技术采用以上技术方案，与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术基于复合控制的思想，将恒定电压法与小步长的滞环比较法结合进行分段控制，恒定电压法保证了系统的平稳启动及快速跟踪到最大功率点附近；切换后，小步长的滞环比较法可以保证温差发电系统最大功率跟踪的高精度，同时避免了最大功率点附近的震荡。因此，本专利技术能快速适应汽车废热发电工作环境变化，提高了最大功率点跟踪的速度与稳定精度，降低了系统震荡幅度，实现了高精度的最大功率运行，提高了汽车废热发电的系统效率。前期恒定电压法中启动时的扰动步长ΔV1的数值可以稍大些，目的是以最快速度追踪到最大功率点附近，后期滞环比较法中扰动步长ΔV2的选取应较小些，因为此时系统已经工作在最大功率点附近，小步长的扰动能够提高跟踪精度，找到确切的最大功率点，减少能量损失。定时器定时时间t的选择可以控制在分钟级别，由于测量开路电压需要断开控制回路，若定时时间过短，则需要不断的断开控制回路，这样会造成较大的功率损失，若定时时间过长，则无法跟踪外界环境的快速变化。附图说明图1是车辆废热发电系统最大功率跟踪方法的流程图图2是本专利技术中滞环比较法的示意图图3是车辆废热发电回收系统的结构图具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，但是本专利技术的保护范围并不限于此。如图1所示，本专利技术所设计的一种车辆废热发电系统最大功率跟踪方法，其车辆废热发电系统为温差发电系统，由热端(车辆废气)、冷端(发动机冷却液或自然风)以及多个温差发电片串并联连接构成。按照以下步骤进行：所述最大功率跟踪方法，将恒定电压法与小步长的滞环比较法相结合，车辆废热发电系统中热电模块的开路电压Voc随外界条件变化时，热电模块(由温差发电片构成)的最高功率点电压Vm也近似呈比例变化，采用恒定电压法快速跟踪到汽车废热发电系统的最大输出功率点附近，然后切换为小步长的滞环比较法，进一步跟踪到汽车废热发电系统的最大输出功率，同时设置定时器使系统重新采集开路电压进行最大功率跟踪，从而实现快速的最大功率点跟踪和高精度的最大功率点运行，解决目前传统常用方法中存在的不足。具体过程分别如下：所述恒定电压法按照下述步骤进行：第一步，在温差发电系统的DC-DC转换器启动前，首先采样温差发电系统直流侧的开路电压Voc(k)，然后设定恒定电压法的给定电压Vcvt＝0.5Voc(k)；第二步，启动温差发电系统的DC-DC转换器，等待系统直流端的电压最终稳定到Vcvt，此时恒定电压法阶段最大功率跟踪完成；所述小步长的滞环比较法如图2所示，按照下述步骤进行：第三步，采样B时刻的温差发电系统直流侧的电压VB、电流IB，计算得到此时的输出功率PB；第四步，给此时的系统增加一个扰动量-ΔV,采样得到此时A时刻的温差发电系统直流侧的电压VA、电流IA，计算得到此时的输出功率PA；第五步，给此时的系统增加一个扰动量2ΔV，采样得到此时C时刻的温差发电系统直流侧的电压VC、电流IC，计算得到此时的输出功率PC；第六步，设定变化标志Sign1，若PC≥PB,Sign1＝1，否则Sign1＝-1；第七步，设定变化标志Sign2，若PB＞PA,Sign2＝1，否则Sign2＝-1；第八步，设定变化标志Sign，计算Sign＝Sign1+Sign2；第九步，若Sign＝2，令VB＝VC,最大功率点在B点右侧，工作点向C点移动；若Sign＝-2，令VB＝VA,最大功率点在B点左侧，工作点向A点移动；若Sign＝0，工作点不动，认为已找到最大功率点；所述定时跳转阶段按照下述步骤进行：第十步，给系统设置定时器，当定时时间t到时，系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车辆废热发电系统最大功率跟踪方法，其特征在于：包括如下步骤：将恒定电压法与小步长的滞环比较法相结合，车辆废热发电系统中热电模块的开路电压Voc随外界条件变化时，热电模块的最高功率点电压Vm也近似呈比例变化，采用恒定电压法快速跟踪到汽车废热发电系统的最大输出功率点附近，然后切换为小步长的滞环比较法，进一步跟踪到汽车废热发电系统的最大输出功率，同时设置定时器使系统重新采集开路电压进行最大功率跟踪，实现最大功率点跟踪和最大功率点运行。

【技术特征摘要】
1.一种车辆废热发电系统最大功率跟踪方法，其特征在于：包括如下步骤：将恒定电压法与小步长的滞环比较法相结合，车辆废热发电系统中热电模块的开路电压Voc随外界条件变化时，热电模块的最高功率点电压Vm也近似呈比例变化，采用恒定电压法快速跟踪到汽车废热发电系统的最大输出功率点附近，然后切换为小步长的滞环比较法，进一步跟踪到汽车废热发电系统的最大输出功率，同时设置定时器使系统重新采集开路电压进行最大功率跟踪，实现最大功率点跟踪和最大功率点运行。2.根据权利要求1所述的一种车辆废热发电系统最大功率跟踪方法，其特征在于：所述恒定电压法按照下述步骤进行：第一步，在温差发电系统的DC-DC转换器启动前，首先采样温差发电系统直流侧的开路电压Voc(k)，然后设定恒定电压法的给定电压Vcvt＝0.5Voc(k)；第二步，启动温差发电系统的DC-DC转换器，等待系统直流端的电压最终稳定到Vcvt，此时恒定电压法阶段最大功率跟踪完成。3.根据权利要求1所述的一种车辆废热发电系统最大功率跟踪方法，其特征在于：所述小步长的滞环比较法按照下述步骤进行：第三步，采样B时刻的温差发电系统直流侧的电压VB、电流IB，计算得到此时的输出功率PB；第四步，给此时的系统增加一个扰动量-ΔV,采样得到此时A时刻的温差发电系统直流侧的电压VA、电流IA，计算得到此时的输出功率PA；第五步，给此时的系统增加一个扰动量2ΔV，采样得到此时C时刻的温差发电系统直流侧的电压VC、电流IC，计算得到此时的输出功率PC；第六步，设定变化标志Sign1，若PC≥PB,Sign1＝1，否则S...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪若尘，周润泽，余未，孟祥鹏，陈龙，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32