阶梯渐进型变步长MPPT系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种阶梯渐进型变步长MPPT方法，本发明专利技术根据电压及功率的变化采用两种大小不同的可变步长，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；并且第一步长和第二步长均随n值比例递减，以改善在最大功率点附近的震荡现象，从而提高稳态精度。本发明专利技术还提供一种阶梯渐进型变步长MPPT系统，系统包括光伏模块、CPU模块、反激式DC‑DC变换电路模块、全桥式DC‑AC变换电路模块、EMI滤波电路模块、辅助电源电路模块、采样电路模块。本发明专利技术能实现最大功率点跟踪，使光伏模块在外界环境发生剧烈变化时具有良好的稳态、动态性能。

Step progressive variable step size MPPT system and method

The invention discloses a step-by-step variable step size MPPT method. According to the variation of voltage and power, the invention adopts two variable step sizes, and judges whether to adopt the first step size or the second step size according to whether the working point is on the left or right side of the maximum power point, thereby improving the tracking speed to the maximum power point along with the working point. The first step and the second step are both decreasing with the n value ratio to improve the oscillation near the maximum power point, thus improving the steady-state accuracy. The invention also provides a step-by-step variable step size MPPT system, which comprises a photovoltaic module, a CPU module, a flyback DC_DC converter module, a full bridge DC_AC converter module, an EMI filter circuit module, an auxiliary power supply circuit module, and a sampling circuit module. The invention can realize maximum power point tracking, and the photovoltaic module has good steady-state and dynamic performance when the external environment changes dramatically.

【技术实现步骤摘要】
阶梯渐进型变步长MPPT系统及方法
本专利技术涉及太阳能光伏发电领域，具体涉及一种阶梯渐进型变步长MPPT系统及方法。
技术介绍
在全球能源危机日益严重的背景下，太阳能作为新能源的一种，凭着其储量丰富、经济、清洁无污染等优势,使其顺利成为最具发展潜力的新型可再生绿色能源。光伏阵列是光伏发电系统的重要组成部分，其输出功率与环境温度及光照强度呈非线性关系，输出功率的大小是制约光伏发电系统发展的重要因素之一。为提高输出功率，实际控制电路中需采用最大功率点跟踪(MPPT)技术，通过最大功率点跟踪(MPPT)技术，利用电力电子装置对光伏阵列的输出电压电流进行实时调节，可以使其运行在最大功率点上，从而提高光伏阵列转换的转换效率。扰动观察法是目前研究最广泛并且应用最普遍的MPPT控制方法。扰动观察法通过变换器对光伏电池的输出电压施加扰动，每次干扰后，控制方法会比较干扰前后光伏源输出的功率值，如果功率增加则扰动方向相同，反之方向相反。扰动观察法的优点是结构简单、容易实现，但其缺点是不能判断何时达到最大功率点，存在震荡。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能实现最大功率点跟踪的阶梯渐进型变步长MPPT系统及方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种阶梯渐进型变步长MPPT方法，该方法根据电压及功率的变化采用两种大小不同的可变步长，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；并且第一步长和第二步长均随n值比例递减，以改善在最大功率点附近的震荡现象，从而提高稳态精度；具体包括如下步骤：(1)通过电压传感器及电流传感器分别检测光伏模块在kT时刻的电压Uk、电流Ik；(2)计算光伏模块的当前输出功率Pk＝Uk·Ik；(3)比较当前输出功率Pk与上一时刻输出功率Pk-1以及当前输出电压Uk与上一时刻输出电压Uk-1的大小；当|Pk-Pk-1|≤0.000001，则锁定最大功率点；当|Pk-Pk-1|＞0.000001、Pk＞Pk-1且Uk＞Uk-1，工作点在最大功率点左侧，则通过MPPT控制模块将ΔUmax(k)叠加到Uk中，得到新Uk值，即新Uk＝Uk+ΔUmax(k)；当|Pk-Pk-1|＞0.000001、Pk＞Pk-1且Uk＜Uk-1，工作点在最大功率点右侧，则通过MPPT控制模块将ΔUmin(k)叠加到Uk中，得到新Uk值，即新Uk＝Uk-ΔUmin(k)；当|Pk-Pk-1|＞0.000001、Pk＜Pk-1且Uk＞Uk-1，工作点在最大功率点右侧，则通过MPPT控制模块将ΔUmin(k)叠加到Uk中，得到新Uk值，即新Uk＝Uk-ΔUmin(k)；当|Pk-Pk-1|＞0.000001、Pk＜Pk-1且Uk＜Uk-1，工作点在最大功率点左侧，则通过MPPT控制模块将ΔUmax(k)叠加到Uk中，得到新Uk值，即新Uk＝Uk+ΔUmax(k)；其中，ΔUmax(k)——kT时刻一级扰动，ΔUmin(k)——kT时刻二级扰动且ΔUmax(k)＞ΔUmin(k)；ΔUmax(k)＝ΔUmax(k-1)/n，ΔUmin(k)＝ΔUmin(k-1)/n(n＞1)，n——步长渐进率；(4)将步骤三中的新Uk值带入下一个采样周期进行循环，直到锁定最大功率点；以上步骤中，每个采样周期内的Uk、Ik、Pk以及施加扰动ΔUmax(k)、ΔUmin(k)都会进行储存，以供下个采样周期使用。本专利技术还提供一种阶梯渐进型变步长MPPT系统，其包括电流传感器，用于采集光伏模块的电流；电压传感器，用于采集光伏模块的电压；CPU模块，用于控制系统的所有操作及后台处理；其包括PWM模块1、PWM模块2、MPPT控制模块、逆变器控制模块，PWM模块1与MPPT控制模块连接，PWM模块2与逆变器控制模块连接，所述MPPT控制模块接收电流传感器、电压传感器传来的实时电压、实时电流数据；反激式DC-DC变换电路模块，分别与光伏模块、全桥式DC-AC变换电路模块、CPU模块的PWM模块1连接，用于将光伏模块输出的低电压直流电升压转换为交流电；全桥式DC-AC变换电路模块，分别与反激式DC-DC变换电路模块、EMI滤波电路模块、CPU模块的PWM模块2连接，用于将反激式DC-DC变换电路模块的输出的整流交流电通过去折叠转换为工频交流电；EMI滤波电路模块，分别与全桥式DC-AC变换电路模块、采样电路模块连接，用于阻碍高频干扰信号；采样电路模块，分别与EMI滤波电路模块、CPU模块的逆变器控制模块连接，用于将EMI滤波电路的输出电信号传输至CPU模块进行检测。按上述方案，所述阶梯渐进型变步长MPPT系统还包括辅助电源电路模块，所述辅助电源电路模块分别与光伏模块、CPU模块连接，用于将光伏模块输出的直流电降压并稳定输出给CPU模块进行供电。电流传感器、电压传感器采集光伏模块的电流和电压传输至CPU模块中的MPPT控制模块；然后将该电流和电压传递给反激式DC-DC变换电路模块，其中反激式DC-DC变换电路模块中的全控型器件由MPPT控制模块输出指令通过PWM模块1输出PWM波控制，将光伏模块输出低电压直流电升压转换为整流的交流电；再将交流电传递给全桥式DC-AC变换电路模块，其中全桥式DC-AC变换电路模块中的全控型器件由逆变器控制模块输出指令通过PWM模块2输出PWM波控制，将反激式DC-DC变换电路模块输出的整流交流电通过去折叠转换为工频交流电；然后将交流电传递给EMI滤波电路模块从而阻碍高频干扰信号；最后传输至负载。所述逆变器控制模块通过采样电路采集EMI滤波电路输出电信号进行控制。其中CPU模块的供电依据于光伏模块通过辅助电源电路进行降压供电。本专利技术将反激式DC-DC变换电路模块接入光伏模块的输入回路，并将反激式DC-DC变换电路模块的输入、输出电压和电流测量结果通过dsPIC单片机系统分析运算，由dsPIC单片机输出PWM脉冲调节反激式DC-DC变换电路模块内部开关管占空比的变化，控制光伏模块的输出电压以实现最大功率点跟踪。本专利技术与现有技术相比有益效果在于：上述技术方案提供的最大功率点跟踪方法采用两种大小不同的可变步长，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.并且由于跟踪最大功率点过程中动态性能及稳态性能的提高，其输出效率也显著提升，提高了光伏模块的输出效率，具有良好的系统鲁棒性，有效消除误判。同时，该算法计算过程少、计算难度低，所以对硬件要求低，有较强工程应用价值。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为本专利技术阶梯渐进型变步长MPPT系统的结构框图；图2为户外条件下光伏阵列的输出P-U特性曲线；图3为本专利技术阶梯渐进型变步长MPPT方法的流程图；图4为本专利技术光伏发电系统boost电路的输入电流、输入电压和输入功率；图5为本专利技术光伏发电系统boost电路的输出电流、输出电压和输出功率(n＝4)；图6为本专利技术光伏发电系统boost电路的输出电流、输出电压和输出功率(n＝10)；图7为现有技术中光伏发电系统boost电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阶梯渐进型变步长MPPT方法，其特征在于：该方法根据电压及功率的变化采用两种大小不同的可变步长，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；并且第一步长和第二步长均随n值比例递减，以改善在最大功率点附近的震荡现象，从而提高稳态精度；具体包括如下步骤：(1)通过电压传感器及电流传感器分别检测光伏模块在kT时刻的电压Uk、电流Ik；(2)计算光伏模块的当前输出功率Pk＝Uk·Ik；(3)比较当前输出功率Pk与上一时刻输出功率Pk‑1以及当前输出电压Uk与上一时刻输出电压Uk‑1的大小；当|Pk‑Pk‑1|≤0.000001，则锁定最大功率点；当|Pk‑Pk‑1|＞0.000001、Pk＞Pk‑1且Uk＞Uk‑1，工作点在最大功率点左侧，则通过MPPT控制模块将ΔUmax(k)叠加到Uk中，得到新Uk值，即新Uk＝Uk+ΔUmax(k)；当|Pk‑Pk‑1|＞0.000001、Pk＞Pk‑1且Uk＜Uk‑1，工作点在最大功率点右侧，则通过MPPT控制模块将ΔUmin(k)叠加到Uk中，得到新Uk值，即新Uk＝Uk‑ΔUmin(k)；当|Pk‑Pk‑1|＞0.000001、Pk＜Pk‑1且Uk＞Uk‑1，工作点在最大功率点右侧，则通过MPPT控制模块将ΔUmin(k)叠加到Uk中，得到新Uk值，即新Uk＝Uk‑ΔUmin(k)；当|Pk‑Pk‑1|＞0.000001、Pk＜Pk‑1且Uk＜Uk‑1，工作点在最大功率点左侧，则通过MPPT控制模块将ΔUmax(k)叠加到Uk中，得到新Uk值，即新Uk＝Uk+ΔUmax(k)；其中，ΔUmax(k)——kT时刻一级扰动，ΔUmin(k)——kT时刻二级扰动且ΔUmax(k)＞ΔUmin(k)；ΔUmax(k)＝ΔUmax(k‑1)/n，ΔUmin(k)＝ΔUmin(k‑1)/n(n＞1)，n——步长渐进率；(4)将步骤三中的新Uk值带入下一个采样周期进行循环，直到锁定最大功率点；以上步骤中，每个采样周期内的Uk、Ik、Pk以及施加扰动ΔUmax(k)、ΔUmin(k)都会进行储存，以供下个采样周期使用。...

【技术特征摘要】
1.一种阶梯渐进型变步长MPPT方法，其特征在于：该方法根据电压及功率的变化采用两种大小不同的可变步长，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；并且第一步长和第二步长均随n值比例递减，以改善在最大功率点附近的震荡现象，从而提高稳态精度；具体包括如下步骤：(1)通过电压传感器及电流传感器分别检测光伏模块在kT时刻的电压Uk、电流Ik；(2)计算光伏模块的当前输出功率Pk＝Uk·Ik；(3)比较当前输出功率Pk与上一时刻输出功率Pk-1以及当前输出电压Uk与上一时刻输出电压Uk-1的大小；当|Pk-Pk-1|≤0.000001，则锁定最大功率点；当|Pk-Pk-1|＞0.000001、Pk＞Pk-1且Uk＞Uk-1，工作点在最大功率点左侧，则通过MPPT控制模块将ΔUmax(k)叠加到Uk中，得到新Uk值，即新Uk＝Uk+ΔUmax(k)；当|Pk-Pk-1|＞0.000001、Pk＞Pk-1且Uk＜Uk-1，工作点在最大功率点右侧，则通过MPPT控制模块将ΔUmin(k)叠加到Uk中，得到新Uk值，即新Uk＝Uk-ΔUmin(k)；当|Pk-Pk-1|＞0.000001、Pk＜Pk-1且Uk＞Uk-1，工作点在最大功率点右侧，则通过MPPT控制模块将ΔUmin(k)叠加到Uk中，得到新Uk值，即新Uk＝Uk-ΔUmin(k)；当|Pk-Pk-1|＞0.000001、Pk＜Pk-1且Uk＜Uk-1，工作点在最大功率点左侧，则通过MPPT控制模块将ΔUmax(k)叠加到Uk中，得到新Uk值，即新...

【专利技术属性】
技术研发人员：李自成，刘星雨，王后能，曾丽，文小玲，刘健，熊涛，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42