一种基于非等分多分法的热电发电MPPT方法技术

本发明专利技术提供一种基于非等分多分法的热电发电MPPT方法，选取热电系统实测电压值作为自变量，功率值作为因变量，将汽车尾气热电发生器模块直接与电子负载相连，在发动机各种工况运行状态下测取热电系统的功率电压值；对测取的电热系统的功率电压值进行曲线拟合，获取多项式函数；使用多点取样法对多项式函数求解，得到功率值的取值区间，将较大的取值区间化解为多个较小的求解区间；利用非等分多分法，从经分解后的多个较小的求解区间中，找出最大功率值所在的求解区间；以得到的求解区间再化解为若干个求解区间，直到求解精度达到目标精度要求；从最后得到的求解区间，产生最大功率点近似值，输出给系统。本发明专利技术使其对最大功率点跟踪的速度大大提升。

MPPT Method for Thermoelectric Power Generation Based on Non-bisection and Multi-division Method

The present invention provides a MPPT method for thermoelectric power generation based on non-equal multi-component method. The measured voltage value of the thermoelectric system is selected as independent variable and the power value as dependent variable. The automobile exhaust thermoelectric generator module is directly connected with the electronic load, and the power and voltage value of the thermoelectric system is measured under various operating conditions of the engine; the measured power and voltage value of the electrothermal system is curved. Fitting and obtaining polynomial function; using multi-point sampling method to solve polynomial function, the value interval of power value is obtained, and the larger value interval is transformed into several smaller solution intervals; using non-equal multi-component method, the solution interval of maximum power value is found from several smaller solution intervals after decomposition; and then the solution interval is transformed into several solutions. Solution interval, until the solution accuracy reaches the target accuracy requirements; from the final solution interval, the maximum power point approximation is generated and output to the system. The invention greatly improves the speed of maximum power point tracking.

【技术实现步骤摘要】
一种基于非等分多分法的热电发电MPPT方法
本专利技术属于热电发电领域，具体涉及一种基于非等分多分法的热电发电MPPT方法。
技术介绍
当前最大功率点跟踪技术在光伏发电领域应用广泛，而利用塞贝克效应实现汽车尾气废热发电，同样需要在不同条件下实时跟踪温差发电的最大功率。已有文献表明，目前最为常用的MPPT方法有扰动观察法、增量电导法、纹波相关控制法、二分法、梯度法等优化方法，此外还有采用模糊逻辑以及神经网络等智能算法。由热电转换模块的输出特性可知，当热电模块的开路电压随外界条件变化时，热电模块的最高功率点电压也近似成比例变化。因此认为热电模块的最高功率和热电模块的开路电压之间存在近似的线性关系。开路电压比例系数法虽然结构简单，但是这种线性关系只是一种近似，工作点并不是最大功率，而且比例系数的选取对于系统影响很大，不易控制。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、迭代比较法、电流固定参数法、变步长增量电导法等控制方法，均在以上几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，这些传统常用的方法便出现了它们本身的不足之处，无法满足发动机给工况迅速变化下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
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于非等分多分法的热电发电MPPT方法，能够提高最大输出功率点的跟踪速度。本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于非等分多分法的热电发电MPPT方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、选取热电系统实测电压值作为自变量，功率值作为因变量，将汽车尾气热电发生器模块直接与电子负载相连，在发动机各种工况运行状态下测取热电系统的功率电压值；S2、对S1中测取的电热系统的功率电压值进行曲线拟合，获取曲线的多项式函数；S3、使用多点取样法对S2的多项式函数进行求解，得到功率值的取值区间，将较大的取值区间化解为多个较小的求解区间；S4、利用非等分多分法，从经S3分解后的多个较小的求解区间中，找出最大功率值所在的求解区间；S5、以S4得到的求解区间再化解为若干个求解区间，重复S4，直到求解精度达到目标精度要求；S6、从最后得到的求解区间，产生最大功率点近似值，输出给系统。按上述方法，所述的S1具体包括：1-1)在汽车尾气热电发生系统中将热电系统连接成五行六列的两个组，分别位于热交换器的上下两个表面，将AETEG模块直接与电子负载相连接；1-2)运行发电系统，当发动机工作在常见的一种工况下，尾气气箱温度稳定后，测量并选取多组功率电压值；1-3)改变发动机工况至另一种常见的工况，重复1-2)。按上述方法，所述的S2具体包括：2-1)假设拟合曲线的方程式；2-2)由假设的拟合曲线方程式可得到各个测量点到曲线的距离之和；2-3)根据多元函数求极值的原理，对距离公式进行求偏导，得到多项不等式并求解；2-4)结合所测实际数值，拟合出其功率-电压曲线并得出其方程式。按上述方法，所述的S3具体包括：3-1)采取实验的方法，在控制误差小于1mV的情况下，多次分别用不同的采样点数进行求解，选出求解效率最高的采样点数；3-2)借鉴13折线压缩的方法，将区间划分，形成模板矩阵；3-3)根据所形成的模板矩阵计算出相应的采样点的值。按上述方法，所述的S4具体包括：4-1)初始化区间，并设置求解精度；4-2)根据多点采样规则在求解区间内得到多个采样点X＝[x1,x2,…,xn]；4-3)计算采样点的对应值Y＝[y1,y2,…,yn]，如果Yk是最大值，则区间[xk-1,xk+1]为包含最大值的区间；4-4)如果区间长度小于所设精度，即xk+1-xk-1＜sp，则过程终止，否则将此区间[xk-1,xk+1]作为下一个求解区间，重复步骤4-2)和4-3)。本专利技术的有益效果为：1、由于测取的数值来自不同的工况，从而更具有代表性；本专利技术算法能将点的计算转化为矩阵的计算，将要求多周期求最大值的三点问题转化为次数较少的多点求最大值的问题，从而使得计算速度大大提高，能使其对最大功率点跟踪的速度大大提升。2、在使用多项式函数对热电系统的功率电压值进行曲线拟合以获取其内在函数关系过程中，利用了多元函数求极值原理，将误差平方和降到了最小，从而使得最大输出功率点跟踪精度相对于传统方法大大提高。附图说明图1为本专利技术一实施例的方法流程图。图2为汽车尾气发电系统试验台架示意图。图3为热电模块一部分连接图图4为热电模块另一部分连接图。图5为本专利技术3100rpm@66NM工况下输出功率与电压关系散点图。图6为本专利技术3100rpm@66NM工况输出功率与电压拟合曲线。图7为本专利技术3300rpm@71NM工况输出功率与电压拟合曲线。图8为3300rpm@71NM工况下UDMS方法在不同采样点数下的运行时间。具体实施方式下面结合具体实例和附图对本专利技术做进一步说明。一种基于非等分多分(UnequalDivisionMultipointSamplingmethod，简称UDMS)法的热电发电MPPT(MaximumPowerPointTracking，简称MPPT)方法，如图1所示，包括以下步骤：(1)选取热电模块实测电压值作为自变量，功率值作为因变量，将热电模块直接与电子负载相连接，在发动机工况为3100rpm@66NM和3300rpm@71NM测取功率电压值。具体包括以下子步骤：(1-1)在汽车尾气发电系统中将热电模块以全串联连接方式分两层放置在气箱的上下表面。为更详细的解释本专利技术，进行试验如下：搭建汽车尾气发电系统试验台架，其实物图和示意图如图2所示，位于热交换器两侧的每组热电模块分别按照图3和图4所示的五排六列布置，冷却单元1和2形成单柱冷源结构，热电模块、热交换器和冷却单元之间的接触压力可以自由调节；试验台发动机由法国雪铁龙(PSAREN10LH3X)制造，热交换器由黄铜制成，所有热电模块均由Bi2Te3材料制成，可在低工作温度下使用，相关具体参数在表1中列出。(1-2)运行发电系统，当发动机工作在3100rpm@66NM工况下，当气箱温度稳定后，测量并选取8组功率电压值，描绘输出功率与电压关系曲线图。(1-3)改变发动机工况为3300rpm@71NM，重复(1-2)。如图5所示是3100rpm@66NM工况下输出功率与电压关系散点图。(2)使用多项式函数对步骤(1)中测取的热电系统的功率电压值进行曲线拟合以获取其内在函数关系。具体包括以下子步骤：假设拟合的曲线方程式为：Y＝a0+a1X+K+akXk#(1)其中：Y为输出功率；X为输出电压；ai为第i次项系数，i＝0,1,…k；下同；(2-2)实测数据各点到假定的拟合曲线(1)的距离之和为：(2-3)结合根据多元函数求极值原理，对方程右侧求偏导，得到如下等式：即：(2-4)公式(4)用矩阵表示如下：(2-5)矩阵(5)中的系数矩阵为对称正定矩阵，因此A有唯一解，多项式可以表示为：(2-6)拟合出其功率-电压曲线：如步骤(1-1)中所述汽车尾气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于非等分多分法的热电发电MPPT方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、选取热电系统实测电压值作为自变量，功率值作为因变量，将汽车尾气热电发生器模块直接与电子负载相连，在发动机各种工况运行状态下测取热电系统的功率电压值；S2、对S1中测取的电热系统的功率电压值进行曲线拟合，获取曲线的多项式函数；S3、使用多点取样法对S2的多项式函数进行求解，得到功率值的取值区间，将较大的取值区间化解为多个较小的求解区间；S4、利用非等分多分法，从经S3分解后的多个较小的求解区间中，找出最大功率值所在的求解区间；S5、以S4得到的求解区间再化解为若干个求解区间，重复S4，直到求解精度达到目标精度要求；S6、从最后得到的求解区间，产生最大功率点近似值，输出给系统。

【技术特征摘要】
1.一种基于非等分多分法的热电发电MPPT方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、选取热电系统实测电压值作为自变量，功率值作为因变量，将汽车尾气热电发生器模块直接与电子负载相连，在发动机各种工况运行状态下测取热电系统的功率电压值；S2、对S1中测取的电热系统的功率电压值进行曲线拟合，获取曲线的多项式函数；S3、使用多点取样法对S2的多项式函数进行求解，得到功率值的取值区间，将较大的取值区间化解为多个较小的求解区间；S4、利用非等分多分法，从经S3分解后的多个较小的求解区间中，找出最大功率值所在的求解区间；S5、以S4得到的求解区间再化解为若干个求解区间，重复S4，直到求解精度达到目标精度要求；S6、从最后得到的求解区间，产生最大功率点近似值，输出给系统。2.根据权利要求1所述的基于非等分多分法的热电发电MPPT方法，其特征在于：所述的S1具体包括：1-1)在汽车尾气热电发生系统中将热电系统连接成五行六列的两个组，分别位于热交换器的上下两个表面，将AETEG模块直接与电子负载相连接；1-2)运行发电系统，当发动机工作在常见的一种工况下，尾气气箱温度稳定后，测量并选取多组功率电压值；1-3)改变发动机工况至另一种常见的工况，重复1-2)。3.根据权利要求1所述的基于非等分多分法的热电...

【专利技术属性】
技术研发人员：房伟，谢长君，黄亮，全书海，唐新峰，翟鹏程，张清杰，廖益诚，常晟，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42