基于二分法的变步长扰动观测MPPT算法制造技术

本发明专利技术提出了一种基于二分法的变步长扰动观测MPPT算法。该方法设置一个合适的扰动电压区间，并使初始扰动步长为该区间的二分之一，扰动时会判断是否需要反向扰动，若需要则将扰动步长减半，不需要则以当前步长同方向扰动；通过不停迭代来跟踪最大功率点，在每次迭代时使用比较法，通过比较当前最大功率点、第n次和第n+1次扰动时的功率点来更新系统最大功率点，直至满足结束条件时停止扰动，确定系统的最大功率点。此外，当外界温度、光照变化时候，以a倍法快速找到新的最大功率点范围，然后再次使用二分法快速跟踪到新的最大功率点。本发明专利技术克服大部分算法存在追踪速度不够快、最大功率点有振荡、算法复杂或实施成本高等问题。

MPPT algorithm for variable step-size disturbance observation based on Dichotomy

The invention proposes a variable step size disturbance observation MPPT algorithm based on dichotomy. This method sets an appropriate disturbance voltage interval and makes the initial disturbance step one-half of the interval. When disturbance occurs, it will judge whether the reverse disturbance is needed. If necessary, the disturbance step will be reduced by half, and if not, the current step will be disturbed in the same direction. The maximum power point is tracked by non-stop iteration, and the comparison method is used in each iteration to compare the current maximum power point and the current maximum power point. The power points of the n th and N + 1 disturbances update the maximum power points of the system until the end conditions are satisfied and the maximum power points of the system are determined. In addition, when the external temperature and illumination change, a multiple method is used to quickly find the new maximum power point range, and then a dichotomy method is used to quickly track the new maximum power point. The invention overcomes the problems of insufficient tracking speed, oscillation of maximum power point, complex algorithm or high implementation cost of most algorithms.

【技术实现步骤摘要】
基于二分法的变步长扰动观测MPPT算法
本专利技术涉及光伏系统中最大功率点跟踪算法
，具体涉及基于二分法的变步长扰动观测MPPT（MaximumPowerPointTracking，最大功率点跟踪）算法。
技术介绍
在大量研究光伏系统中最大功率点跟踪算法之后，发现大部分算法存在追踪速度不够快、最大功率点有振荡、算法复杂或实施成本高等问题。在光伏系统中，为了快速跟踪到最大功率点、提高跟踪效率、减少震荡、适应环境变化，人们已经提出了一系列最大功率跟踪算法，主要有以下类别的算法：（1）恒压算法：根据光伏中P-U曲线上最大功率点电压位置基本在某个恒定电压附近的原理，将输出电压控制在该电压处，让系统持续以该功率输出。（2）扰动观测算法：每隔一固定时间就给系统一个固定的扰动电压，并计算出扰动后的功率，若功率增加就继续统一方法扰动，否则反向扰动，如此循环直至找到最大功率点。（3）电导增量算法：根据光伏中P-U曲线为一条一阶连续可导的单峰值曲线，利用一阶求导的方法来计算极值，追踪最大功率点。（4）粒子群算法：受到鸟类捕食模型的启发，系统初始化若干个位置和速度不同的粒子，通过不停迭代更新粒子个体最优解和全局最优解，直到满足结束条件才停止跟踪。（5）神经网络算法：通过模仿人脑的思维，算法起始阶段需要进行训练，使其能够迅速追踪到最大功率点，并快速响应外部环境变化。以上各种方法的缺点分别在于：恒压算法效率较低，跟踪的精度较差；受外界温度影响较大，当外界温度发生变化时候会产生较大误差。扰动观测算法由于其本身固有特性，在最大功率点附近产生震荡，在外界环境变化时候容易产生误判现象，无法同时保证较高的跟踪速度和跟踪精度。电导增量算法在最大功率点附近也存在震荡和误判的情况，对传感器和系统硬件要求较高，实现较困难且成本相对较高。粒子群算法本身比较复杂，而且在最大功率附近会出现一些震荡现象。神经网络算法结构比较复杂，对硬件要求比较高，而且还需要较长的训练时间。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提出了一种基于二分法的变步长扰动观测MPPT算法，具体技术方案如下。基于二分法的变步长扰动观测MPPT算法，其包括：根据光伏设备设置一个合适的扰动电压区间，并使初始扰动步长为该区间的二分之一，扰动时会判断是否需要反向扰动，若需要则将扰动步长减半，不需要则以当前步长同方向扰动，通过不停迭代来跟踪最大功率点，在每次迭代时使用比较法，通过比较当前最大功率点、第n次和第n+1次扰动时的功率点来更新系统最大功率点，n为正整数，直至满足结束条件时停止扰动，确定光伏系统的最大功率点MPP。进一步地，当外界温度、光照变化时候，以当前最大功率点为基础，以a倍法快速找到新的最大功率点范围，然后再次使用权利要求1所述算法快速跟踪到新的最大功率点，所述a为设定值。进一步地，所述a倍法即每次扰动时将扰动步长扩大a倍，a为2-10间的整数。进一步地，当外界温度、光照变化时候，每次追踪到MPP后扰动步长为为设定值K，此时用K向正方向扰动，若P(n+1)>P(n)，则使K翻倍并向同一个方向扰动，直到P(n+1)<P(n)停止以上步骤，因为此时已经找到了新的MPP的范围；然扰动步长减半并改变扰动方向，以此为起点执行第一部分，重新找到新的MPP。进一步地，所述扰动时会判断是否需要反向扰动具体是：若扰动后功率增加则继续不改变步长向同一方向扰动，否则步长减半并反向扰动。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：本专利技术算法根据光伏设备设置一个合适的扰动电压区间，并使初始扰动步长为该区间的二分之一，算法扰动时会判断是否需要反向扰动，若需要则将扰动步长减半，不需要则以当前步长同方向扰动；算法通过不停迭代来跟踪最大功率点，在每次迭代时使用比较法，通过比较当前最大功率点、第n次和第n+1次扰动时的功率点来更新系统最大功率点，直至满足结束条件时停止扰动，确定系统的最大功率点。此外，当外界温度、光照变化时候，算法以当前最大功率点为基础，以a倍法(即每次扰动时将扰动步长扩大a倍，a可根据需要设置为2-10间的整数)快速找到新的最大功率点范围，然后再次使用二分法快速跟踪到新的最大功率点。本算法受精度影响较少，在不同精度下都能有较好的跟踪效率，实现成本低，克服大部分算法存在追踪速度不够快、最大功率点有振荡、算法复杂或实施成本高等问题。附图说明图1a为外部环境恒定时候二分法流程图。图1b为外部环境变化时候a倍法流程图。图2a为实例中新算法和传统算法关于功率P-t的对照图。图2b为实例中新算法和传统算法关于电流I-t的对照图。具体实施方式以下结合附图和实例对本专利技术的具体实施作进一步说明，但本专利技术的实施和保护不限于此。了提高最大功率点跟踪速度，避免在最大功率点震荡，快速适应环境变化，降低算法复杂性和实施成本，本算法在启动时利用二分法快速收敛特征来快速跟踪最大功率点，在迭代中使用比较法更新系统的最大功率点以避免震荡，在环境发生变化的时候使用a倍法和二分法结合的方式快速跟踪到新的最大功率点。本实例的主要内容包括：初始化参数，执行二分法算法，监测外界环境是否变化，若变化则执行a倍法。其流程图包括图1a、图1b两部分，图1a为外部环境恒定时候二分法流程图，图1b为外部环境变化时候a倍法流程图，具体过程如下。1、参数初始化上述流程图中K为初始扰动步长，U为初始电压，P为初始功率，e为满足终止条件的极小值；系统启动时根据光伏P-U曲线特性，限制系统扰动范围为[α*Voc，β*Voc]，其中α=0.7，β=0.95，Voc为光照1000W/m2、温度25ºC标准情况下的开路电压，K=(β-α)*Voc/2，U=α*Voc，P=0，e=0.001；实际中可以根据需要合理调整α、β、e的大小。2、二分法算法如图1a，当系统刚刚启动时候会使用二分法去搜索最大功率点，系统启动的时候给算法设置一个最大扰动步长K(通常可以设为△Voc/2，△Voc=β*Voc-α*Voc)和一个极小值e(用于判断当前功率是否为最大功率)，设第n次扰动功率为P（n），第n+1次扰动功率为P(n+1)，若第n+1次扰动后P(n+1)>P(n),则不改变扰动步长继续向同一方向扰动，直到出现P(n+1)<P(n)为止，此时使扰动步长减半并向相反方向扰动，即为K=-K/2；若扰动后功率增加则继续不改变步长向同一方向扰动，否则步长减半并反向扰动，如此循环，直到|P(n+1)-P(n)|<e时系统找到MPP，停止搜索。3、a倍法算法当找到MPP后系统停止搜索，此时会出现光照增强或变弱等情况，当光照变强的时候系统检测到实际功率大于已经追踪的最大功率，此时MPPT算法将会作出调整以便于快速追踪到新的最大功率点，由于每次追踪到最大功率点后算法的K值非常小了，因此需要改变K的值，使之快速扰动到最大功率点附近，然后再次使用前述二分法算法踪到MPP，因此先a倍过程后二分过程，流程如下：每次追踪到MPP后扰动步长为K，此时用K向正方向扰动，若P(n+1)>P(n)，则使K=2K并向同一个方向扰动，直到P(n+1)<P(n)停止以上步骤，因为此时已经找到了新的MPP的范围；然扰动步长减半并改变扰动方向，以此为起点执行第一部分（本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于二分法的变步长扰动观测MPPT算法，其特征在于包括：根据光伏设备设置一个合适的扰动电压区间，并使初始扰动步长为该区间的二分之一，扰动时会判断是否需要反向扰动，若需要则将扰动步长减半，不需要则以当前步长同方向扰动，通过不停迭代来跟踪最大功率点，在每次迭代时使用比较法，通过比较当前最大功率点、第n次和第n+1次扰动时的功率点来更新系统最大功率点，n为正整数，直至满足设定的结束条件时停止扰动，确定光伏系统的最大功率点MPP。

【技术特征摘要】
1.基于二分法的变步长扰动观测MPPT算法，其特征在于包括：根据光伏设备设置一个合适的扰动电压区间，并使初始扰动步长为该区间的二分之一，扰动时会判断是否需要反向扰动，若需要则将扰动步长减半，不需要则以当前步长同方向扰动，通过不停迭代来跟踪最大功率点，在每次迭代时使用比较法，通过比较当前最大功率点、第n次和第n+1次扰动时的功率点来更新系统最大功率点，n为正整数，直至满足设定的结束条件时停止扰动，确定光伏系统的最大功率点MPP。2.根据权利要求1所述的基于二分法的变步长扰动观测MPPT算法，其特征在于当外界温度、光照变化时候，以当前最大功率点为基础，以a倍法快速找到新的最大功率点范围，然后再次使用权利要求1所述算法快速跟踪到新的最大功率点，所述a为设定值。3.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：余松森，张幸，晏文德，尹璐琳，余康，汤中泽，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44