一种快速定位的光伏系统最大功率点跟踪方法技术方案

一种快速定位的光伏系统最大功率点跟踪方法，所述跟踪方法是以占空比扰动法为基础，加入了三点迭代法，通过对P‑U曲线的三个工作点进行几何分析，得到下一迭代周期的最佳工作点，并快速定位到系统的最佳工作点，实现了最大功率点位置的自我预测，提高系统的控制精度与寻优效率；同时采用变步长扰动法，实现扰动步长的自适应选择，提高跟踪速度，增强系统的快速性与在最大功率点处的稳定性。

A fast positioning method for maximum power point tracking of photovoltaic system

A fast positioning maximum power point tracking method for photovoltaic system is proposed. The method is based on the duty cycle perturbation method. Three-point iteration method is added. By geometric analysis of three working points of P_U curve, the optimal working point of the next iteration period is obtained, and the optimal working point of the system is quickly located. The self-prediction of the position of the maximum power point can improve the control accuracy and optimization efficiency of the system, and the variable step disturbance method is used to realize the adaptive selection of the disturbance step, improve the tracking speed, enhance the system's rapidity and stability at the maximum power point.

【技术实现步骤摘要】
一种快速定位的光伏系统最大功率点跟踪方法
本专利技术涉及一种光伏系统最大功率点跟踪方法，特别是一种基于三点迭代法的光伏系统最大功率点跟踪方法。
技术介绍
随着新能源的不断开发与利用，太阳能作为一种可再生能源，得到了广泛的利用，进入21世纪后，我国大力发展光伏产业，为了响应国家“十三五”的规划，国家能源局、国家电网等制定了一系列针对光伏产业的新规定，如增加上网补贴、降低并网要求与光伏综合利用等，全面推进分布式光伏和“光伏+”综合利用工程，优先支持光伏发电项目。由于光伏电池的输出特性曲线呈现非线性特性，当外界环境稳定时，其输出的P-U曲线为单峰值的凸函数，因此有且只存在一个工作点使输出功率达到最大值，当外界温度、太阳辐照度发生变化时，其最大功率点也随之变化，为了最大限度的提高光伏电池的发电效率，MPPT算法成为了光伏发电系统中最为重要的研究问题之一。常用的最大功率点跟踪算法有扰动观察法、导纳增量法、模糊控制法、神经网络法和蚁群算法，这些算法各有优缺点，不能同时具有动态响应快、稳态精度高、算法易于实现的优点；基于数学分析的最大功率点跟踪算法采用迭代法，利用迭代法分析太阳能电池模型并计算出最大功率点处的电压，如公开文献基于高斯-赛德尔迭代法的光伏电池参数辨识与最大功率点基准曲线的研究(胡庆燚，王冰，张鹏飞.可再生能源,2015,33(12):1803-1808)采用高斯-赛德尔迭代法对太阳能电池进行建模，通过模型计算出任意时刻的最大功率值，实现了最大功率值的自我预测，但由于建模过程中计算复杂，迭代次数过多，导致动态响应较慢。为解决迭代次数多，动态性能慢的问题，公开号为：CN106773780A公开了一种基于外推追赶迭代法的MPPT算法，该方法虽然能有效地减少迭代次数，提高了系统的动态性能，但由于每个迭代周期要计算最大功率点区间面积，并进行四次求导，增加了算法在数学计算上的难度，算法实现困难。因此需要一种新的迭代法来解决目前技术中所存在的问题，来减少MPPT算法中的迭代次数与数学运算量，提高算法的跟踪速度。
技术实现思路
为了改进上述现有控制方法所存在的不足，本专利技术提出一种光伏系统最大功率点跟踪方法。上述对现有控制方法的不足所采取的具体技术方案如下。一种快速定位的光伏系统最大功率点跟踪方法是基于三点迭代法和变步长扰动法，通过通过三点迭代法确定出本次迭代周期的最优区间，并快速定位到系统的最佳工作点，经过连续迭代运行，使系统达到最大功率点，并采用变步长扰动法，自适应的调整扰动步长值；所述三点迭代法的光伏系统最大功率点跟踪方法包括以下步骤：（1）根据太阳能电池的基本参数，求得迭代角度(φ)和迭代因子(λ)；（2）初始化占空比(D0)、扰动步长值(ΔD0)、迭代次数(k)和扰动次数(i)，记录系统初始运行时的三个工作点的电压和功率值，并作为初始迭代点；（3）根据记录的三个工作点的信息，确定本次迭代的最优区间，并在P-U曲线上连接最优区间的两个边界点，使用迭代法来确定下一时刻的最佳工作点；（4）使用变步长扰动法，改变占空比，使系统工作点移动到最佳工作点；（5）重复步骤3与4。在上述的跟踪方法中，由开路电压Uoc、最大功率点处的电压Umpp、在标况下的最大功率Pmpp代入公式可求得迭代角度φ，迭代因子λ，具体公式如下：在上述的跟踪方法中，由三个初始工作点的电压，功率值确定本次迭代的最优区间，具体方法如下：记三个初始工作点的电压、功率分别为(Ua,Pa)、(Ub,Pb)和(Uc(0)，Pc(0))，当前工作点记为C(i)点，其坐标为Uc(i),Pc(i))；判断k≠0，则最优区间为(Ub,Pb)~(Uc(k),Pc(k))；判断k=0且|Ub-Uc(0)|-|Ub-Ua|>0，则最优区间为(Ub,Pb)~(Uc(0),Pc(0))；判断k=0且|Ub-Uc(0)|-|Ub-Ua|<0，则最优区间为(Ua,Pa)~(Ub,Pb)；其中，i为扰动次数(i∈0,1,2…n)，k为迭代次数(k∈0,1,2…n)。在上述的跟踪方法中，所述迭代法是根据最优区间边界点的位置，通过迭代角度φ、迭代因子λ、偏移角度θ和旋转角度ψ，来实现最佳工作点的选取；最佳工作点横坐标为：其中ψ为旋转角度，χ为旋转半径可由以下式子确定：其中θ、L可由以下式子确定：在上述的跟踪方法中，所述变步长扰动法，是根据当前工作点与最佳工作点的位置关系，自适应调整占空比扰动步长，具体方法如下：以初始步长为基础，根据当前工作点与最佳工作点的电压差值为调整依据，可得扰动步长：其中ΔD(i+1)为下一扰动周期的扰动步长；U(i)为当前工作点电压值；UQ(k+1)为下一迭代周期的最佳工作点电压值；fs为采样频率；ΔD0为占空比扰动初始值。本专利技术所提供的一种快速定位的光伏系统最大功率点跟踪方法，与现有技术相比，具有以下优点。本专利技术通过三点迭代法，根据本次迭代周期内的电压功率值，可以预测出下一迭代周期的最佳工作点，提前对光伏电池电压扰动方向做出判断，快速定位出下一迭代周期光伏电池的最佳工作点，具有自我预测性，避免了扰动方向误判，提高了跟踪的准确性。本专利技术通过变步长扰动法，根据当前工作点与最佳工作点之间的距离，实现自适应的调整步长，提高了跟踪速度与在稳定时的稳态性能。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图。图2是本方法的控制流程图。图3是本方法太阳能电池的P-U曲线。图4是本方法的最大功率点最优区间选择图。图5是本方法的三点迭代法的原理图。图6是本方法的外推追赶迭代法功率输出波形图。图7是本方法的变步长三点迭代法功率输出波形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作出进一步的说明。具体实施方式1如附图1所示，实施一种光伏系统最大功率点跟踪系统，该跟踪系统包括光伏阵列1、Boost升压电路2、负载/逆变电路3、测量模块4和控制模块5；其中的光伏阵列1、Boost升压电路2和负载/逆变电路3依次电连接；测量模块4的输入端与光伏阵列1的输出端电连接，测量模块4的输出端与控制模块5的输入端电连接；控制模块5的输出端与Boost升压电路2电连接。实施一种Boost升压电路2，包括IGBT开关管S、输入滤波电容Cpv、储能电感L、二极管D和解耦电容Clink，其中的输入滤波电容Cpv与光伏阵列1并联连接，输入滤波电容Cpv的正极连接储能电感L的一端，电感L的另一端连接IGBT开关管S的集电极与二极管D的正极，二极管D的负极连接解耦电容Clink的正极，IGBT开关管S的发射极连接输入滤波电容Cpv与解耦电容Clink的负极。实施一种测量模块4，包括电压霍尔传感器4a和电流霍尔传感器4b，电压霍尔传感器4a和电流霍尔传感器4b分别与光伏阵列1电连接，用于实时集采光伏阵列1的输出电压和电流。实施一种控制模块5，包括计算模块5a、MPPT模块5b、步长选择模块5c和PWM驱动模块5d；其中的计算模块5a的输入端连接电压霍尔传感器4a和电流霍尔传感器4b的输出端，MPPT控制模块5b的输入端连接计算模块5a和电压霍尔传感器4a的输出端，步长选择模块5c的输入端连接MPPT模块5b和电压霍尔传感器4a的输出端，步长选择模块5c的输出端连接PWM驱动模块5d的输入端，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速定位的光伏系统最大功率点跟踪方法，其特征在于：所述跟踪方法是基于三点迭代法和变步长扰动法，通过三点迭代法确定出本次迭代周期的最优区间，并快速定位到系统的最佳工作点，经过连续迭代运行，使系统达到最大功率点，并采用变步长扰动法，自适应的调整扰动步长值；所述三点迭代法的光伏系统最大功率点跟踪方法如下：（1）根据太阳能电池的基本参数，求得迭代角度(φ)和迭代因子(λ)；（2）初始化占空比(D0)、扰动步长值(ΔD0)、迭代次数(k)和扰动次数(i)，记录系统初始运行时的三个工作点的电压和功率值，并作为初始迭代点；（3）根据记录的三个工作点的信息，确定本次迭代的最优区间，并在P‑U曲线上连接最优区间的两个边界点，使用迭代法来确定下一时刻的最佳工作点；（4）使用变步长扰动法，改变占空比，使系统工作点移动到最佳工作点；（5）重复步骤（3）与步骤（4）。

【技术特征摘要】
1.一种快速定位的光伏系统最大功率点跟踪方法，其特征在于：所述跟踪方法是基于三点迭代法和变步长扰动法，通过三点迭代法确定出本次迭代周期的最优区间，并快速定位到系统的最佳工作点，经过连续迭代运行，使系统达到最大功率点，并采用变步长扰动法，自适应的调整扰动步长值；所述三点迭代法的光伏系统最大功率点跟踪方法如下：（1）根据太阳能电池的基本参数，求得迭代角度(φ)和迭代因子(λ)；（2）初始化占空比(D0)、扰动步长值(ΔD0)、迭代次数(k)和扰动次数(i)，记录系统初始运行时的三个工作点的电压和功率值，并作为初始迭代点；（3）根据记录的三个工作点的信息，确定本次迭代的最优区间，并在P-U曲线上连接最优区间的两个边界点，使用迭代法来确定下一时刻的最佳工作点；（4）使用变步长扰动法，改变占空比，使系统工作点移动到最佳工作点；（5）重复步骤（3）与步骤（4）。2.根据权利要求1所述的一种快速定位的光伏系统最大功率点跟踪方法，其特征在于：由开路电压Uoc、最大功率点处的电压Umpp、在标况下的最大功率Pmpp代入公式可求得迭代角度φ，迭代因子λ，具体公式如下：。3.根据权利要求1所述的一种快速定位的光伏系统最大功率点跟踪方法，其特征在于：由三个初始工作点的电压，功率值确定本次迭代的最优区间，具体方法如下：记三个初始工作点的电压、功率分别为(Ua,Pa)、(Ub,Pb)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：许春雨，武迪，郑丽君，宋建成，吕世轩，马里千，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14