一种基于多重算法的最大功率跟踪控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多重算法的最大功率跟踪控制方法及系统，涉及光伏发电利用研究技术领域，包括首先获取光伏电池的相关参数并计算相关指标；其次采用固定电压法对当前周期电压进行处理，提高追踪速度；再者采用功率预测法对指标中的预测功率进行处理，防止因光照突变导致追踪误判；最后采用基于双步长调整系数的电导增量法进行最大功率点的跟踪。因此，采用本发明专利技术提供的方法或者系统，在增加追踪速度的同时提高追踪的稳定性、精确性和无误判性，优化追踪效果。

A Maximum Power Tracking Control Method and System Based on Multiple Algorithms

【技术实现步骤摘要】
一种基于多重算法的最大功率跟踪控制方法及系统
本专利技术涉及光伏发电利用研究
，特别是涉及一种基于多重算法的最大功率跟踪控制方法及系统。
技术介绍
光伏电池是实现光电转换重要设备，是光伏发电系统中的重要组成部分，光伏电池的输出特性对后续电路具有很大的影响。事实上，环境因素对光伏电池的输出功率影响很大，其中，光照强度和温度尤为突出。实际工作中，环境因素时刻变化，为了提高整个光伏系统的工作效率，使后续系统工作在最大功率状态下，需要光伏电池始终以最大功率输出。因此，需要对光伏电池进行最大功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking，简称MPPT)。由于光伏电池的输出呈现非线性特性且MPPT的速度和精确度对整体系统的效率有很大的影响，因此，在光伏发电系统中，实现快速、精确的追踪到最大功率点是重中之重。现有的控制算法中，扰动观察法是应用内最广泛的算法之一。实际工况中，云层的存在，会导致太阳光的光照强度发生变化，当光照强度发生剧烈变化时，传统的扰动观察法可能发生追踪失败的情况，追踪到错误的最大功率点，致使系统的输出功率小于最大功率。基于功率预测的扰动观察法虽然考虑到光照强度快速变化的因素，但此算法在光照条件匀速变化条件下追踪效率高，在实现最大功率点跟踪时仍然可能发生误判，因此，有学者针对电导增量法进行改进。相比较于其它基本算法，电导增量法可更好的实现MPPT的快速性和精确性，但此算法对于硬件设备的要求较高且在最大功率点附近存在振荡现象，因此部分学者对电导增量法进变步长方向的改进。但是，普通的变步长电导增量法无法防止在进行最大功率点跟踪时由光照突变引起的振荡问题。
技术实现思路
基于上述的问题，同时为了更进一步的增加追踪速度，本专利技术在电导增量法的基础上提出了改进型的变步长方式，并结合功率预测法以应对MPPT误判，结合固定电压法以进一步提高追踪速度。由此，本专利技术提出了一种结合功率预测法、固定电压法和改进变步长电导增量法的最大功率跟踪控制方法及系统，在增加追踪速度的同时提高追踪的稳定性、精确性和无误判性，优化追踪效果。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于多重算法的最大功率跟踪控制方法，包括：获取光伏电池的当前周期电压和当前周期电流；判断所述当前周期电压是否大于电压阈值，得到第一判断结果；若所述第一判断结果表示所述当前周期电压大于所述电压阈值，则保持所述当前周期电压不变；若所述第一判断结果表示所述当前周期电压小于或者等于所述电压阈值，则用所述电压阈值替换所述当前周期电压，更新所述当前周期电压；获取半周期电流、上一周期电压、上一周期电流，并根据所述半周期电流、所述上一周期电压、所述上一周期电流、所述当前周期电流以及所述第一判断结果确定的当前周期电压，计算相关数据；所述相关数据包括当前周期电压差、当前周期电流差、当前周期功率、当前周期功率差、半周期功率、第一电导增量、第一初始补偿调整系数和第二初始补偿调整系数；所述半周期电流为在保持所述当前周期电压的前提下，半个周期之后的电流值；所述当前周期电压差为所述当前周期电压与所述上一周期电压的差值；所述当前周期电流差为所述当前周期电流与所述上一周期电流的差值；所述当前周期功率差为所述当前周期功率与所述上一周期功率的差值；所述半周期功率为所述当前周期电压与所述半周期电流的乘积；根据所述当前周期功率和所述半周期功率，计算预测功率；获取光伏电池的下一周期电压和下一周期电流，并计算下一周期功率；判断预测功率差是否小于功率阈值，得到第二判断结果；所述预测功率差为所述下一周期功率与所述预测功率的差值；若所述第二判断结果表示所述预测功率差大于或者等于所述功率阈值，则用所述下一周期电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回判断所述当前周期电压是否大于电压阈值得到第一判断结果步骤；若所述第二判断结果表示所述预测功率差小于所述设定功率阈值，则确定所述当前周期电压差是否等于零；若所述当前周期电压差不等于零，则判断所述第一电导增量是否等于零，得到第三判断结果；若所述第三判断结果表示所述第一电导增量等于零，则确定光伏电池的当前周期功率为最大功率，并用所述当前周期电压替换所述下一周期电压，更新所述下一周期电压，返回判断预测功率差是否小于功率阈值得到第二判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止；若所述第三判断结果表示所述第一电导增量大于零，则根据所述当前周期电压、所述第一初始补偿调整系数、第一设定电压，计算第一电压，并用所述第一电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回判断所述当前周期电压是否大于电压阈值得到第一判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止；若所述第三判断结果表示所述第一电导增量小于零，则根据所述当前周期电压、所述第二初始补偿调整系数、所述第二设定电压，计算第二电压，并用所述第二电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回判断所述当前周期电压是否大于设定电压得到第一判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止；若所述当前周期电压差等于零，则判断第二电导增量是否等于零，得到第四判断结果；所述第二电导增量为当前周期电流差；若所述第四判断结果表示所述第二电导增量等于零，则确定光伏电池的当前周期功率为最大功率，并用所述当前周期电压替换所述下一周期电压，更新所述下一周期电压，返回判断预测功率差是否小于功率阈值得到第二判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止；若所述第四判断结果表示所述第二电导增量大于零，则根据所述当前周期电压、所述第一初始补偿调整系数、第一设定电压，计算第一电压，并用所述第一电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回判断所述当前周期电压是否大于电压阈值得到第一判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止；若所述第四判断结果表示所述第二电导增量小于零，则根据所述当前周期电压、所述第二初始补偿调整系数、所述第二设定电压，计算第二电压，并用所述第二电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回判断所述当前周期电压是否大于设定电压得到第一判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止。可选的，在获取光伏电池的当前周期电压和当前周期电流之前，所述最大功率跟踪控制方法还包括：实时采样光伏电池的电压和电流。可选的，所述第一电导增量为：G(k)＝I(k)/U(k)+ΔI(k)/ΔU(k)；其中，I(k)为当前周期电流，U(k)为当前周期电压，ΔI(k)为当前周期电流差，ΔU(k)为当前周期电压差。可选的，所述第一初始补偿调整系数为S(k)1＝abs(ΔP(k)/ΔU(k)/I(k))；所述第二初始补偿调整系数为S(k)2＝abs(ΔP(k)/ΔU(k)/U(k))；其中，ΔP(k)为当前周期功率差，I(k)为当前周期电流，U(k)为当前周期电压，ΔU(k)为当前周期电压差。可选的，所述根据所述当前周期功率和所述半周期功率，计算预测功率，具体包括：根据以下公式计算预测功率；所述公式为：P'(k)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多重算法的最大功率跟踪控制方法，其特征在于，所述最大功率跟踪控制方法包括：获取光伏电池的当前周期电压和当前周期电流；判断所述当前周期电压是否大于电压阈值，得到第一判断结果；若所述第一判断结果表示所述当前周期电压大于所述电压阈值，则保持所述当前周期电压不变；若所述第一判断结果表示所述当前周期电压小于或者等于所述电压阈值，则用所述电压阈值替换所述当前周期电压，更新所述当前周期电压；获取半周期电流、上一周期电压、上一周期电流，并根据所述半周期电流、所述上一周期电压、所述上一周期电流、所述当前周期电流以及所述第一判断结果确定的当前周期电压，计算相关数据；所述相关数据包括当前周期电压差、当前周期电流差、当前周期功率、当前周期功率差、半周期功率、第一电导增量、第一初始补偿调整系数和第二初始补偿调整系数；所述半周期电流为在保持所述当前周期电压的前提下，半个周期之后的电流值；所述当前周期电压差为所述当前周期电压与所述上一周期电压的差值；所述当前周期电流差为所述当前周期电流与所述上一周期电流的差值；所述当前周期功率差为所述当前周期功率与所述上一周期功率的差值；所述半周期功率为所述当前周期电压与所述半周期电流的乘积；根据所述当前周期功率和所述半周期功率，计算预测功率；获取光伏电池的下一周期电压和下一周期电流，并计算下一周期功率；判断预测功率差是否小于功率阈值，得到第二判断结果；所述预测功率差为所述下一周期功率与所述预测功率的差值；若所述第二判断结果表示所述预测功率差大于或者等于所述功率阈值，则用所述下一周期电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回判断所述当前周期电压是否大于电压阈值得到第一判断结果步骤；若所述第二判断结果表示所述预测功率差小于所述设定功率阈值，则确定所述当前周期电压差是否等于零；若所述当前周期电压差不等于零，则判断所述第一电导增量是否等于零，得到第三判断结果；若所述第三判断结果表示所述第一电导增量等于零，则确定光伏电池的当前周期功率为最大功率，并用所述当前周期电压替换所述下一周期电压，更新所述下一周期电压，返回判断预测功率差是否小于功率阈值得到第二判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止；若所述第三判断结果表示所述第一电导增量大于零，则根据所述当前周期电压、所述第一初始补偿调整系数、第一设定电压，计算第一电压，并用所述第一电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回判断所述当前周期电压是否大于电压阈值得到第一判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止；若所述第三判断结果表示所述第一电导增量小于零，则根据所述当前周期电压、所述第二初始补偿调整系数、所述第二设定电压，计算第二电压，并用所述第二电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回判断所述当前周期电压是否大于设定电压得到第一判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止；若所述当前周期电压差等于零，则判断第二电导增量是否等于零，得到第四判断结果；所述第二电导增量为当前周期电流差；若所述第四判断结果表示所述第二电导增量等于零，则确定光伏电池的当前周期功率为最大功率，并用所述当前周期电压替换所述下一周期电压，更新所述下一周期电压，返回判断预测功率差是否小于功率阈值得到第二判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止；若所述第四判断结果表示所述第二电导增量大于零，则根据所述当前周期电压、所述第一初始补偿调整系数、第一设定电压，计算第一电压，并用所述第一电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回判断所述当前周期电压是否大于电压阈值得到第一判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止；若所述第四判断结果表示所述第二电导增量小于零，则根据所述当前周期电压、所述第二初始补偿调整系数、所述第二设定电压，计算第二电压，并用所述第二电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回判断所述当前周期电压是否大于设定电压得到第一判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止。...

【技术特征摘要】
1.一种基于多重算法的最大功率跟踪控制方法，其特征在于，所述最大功率跟踪控制方法包括：获取光伏电池的当前周期电压和当前周期电流；判断所述当前周期电压是否大于电压阈值，得到第一判断结果；若所述第一判断结果表示所述当前周期电压大于所述电压阈值，则保持所述当前周期电压不变；若所述第一判断结果表示所述当前周期电压小于或者等于所述电压阈值，则用所述电压阈值替换所述当前周期电压，更新所述当前周期电压；获取半周期电流、上一周期电压、上一周期电流，并根据所述半周期电流、所述上一周期电压、所述上一周期电流、所述当前周期电流以及所述第一判断结果确定的当前周期电压，计算相关数据；所述相关数据包括当前周期电压差、当前周期电流差、当前周期功率、当前周期功率差、半周期功率、第一电导增量、第一初始补偿调整系数和第二初始补偿调整系数；所述半周期电流为在保持所述当前周期电压的前提下，半个周期之后的电流值；所述当前周期电压差为所述当前周期电压与所述上一周期电压的差值；所述当前周期电流差为所述当前周期电流与所述上一周期电流的差值；所述当前周期功率差为所述当前周期功率与所述上一周期功率的差值；所述半周期功率为所述当前周期电压与所述半周期电流的乘积；根据所述当前周期功率和所述半周期功率，计算预测功率；获取光伏电池的下一周期电压和下一周期电流，并计算下一周期功率；判断预测功率差是否小于功率阈值，得到第二判断结果；所述预测功率差为所述下一周期功率与所述预测功率的差值；若所述第二判断结果表示所述预测功率差大于或者等于所述功率阈值，则用所述下一周期电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回判断所述当前周期电压是否大于电压阈值得到第一判断结果步骤；若所述第二判断结果表示所述预测功率差小于所述设定功率阈值，则确定所述当前周期电压差是否等于零；若所述当前周期电压差不等于零，则判断所述第一电导增量是否等于零，得到第三判断结果；若所述第三判断结果表示所述第一电导增量等于零，则确定光伏电池的当前周期功率为最大功率，并用所述当前周期电压替换所述下一周期电压，更新所述下一周期电压，返回判断预测功率差是否小于功率阈值得到第二判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止；若所述第三判断结果表示所述第一电导增量大于零，则根据所述当前周期电压、所述第一初始补偿调整系数、第一设定电压，计算第一电压，并用所述第一电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回判断所述当前周期电压是否大于电压阈值得到第一判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止；若所述第三判断结果表示所述第一电导增量小于零，则根据所述当前周期电压、所述第二初始补偿调整系数、所述第二设定电压，计算第二电压，并用所述第二电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回判断所述当前周期电压是否大于设定电压得到第一判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止；若所述当前周期电压差等于零，则判断第二电导增量是否等于零，得到第四判断结果；所述第二电导增量为当前周期电流差；若所述第四判断结果表示所述第二电导增量等于零，则确定光伏电池的当前周期功率为最大功率，并用所述当前周期电压替换所述下一周期电压，更新所述下一周期电压，返回判断预测功率差是否小于功率阈值得到第二判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止；若所述第四判断结果表示所述第二电导增量大于零，则根据所述当前周期电压、所述第一初始补偿调整系数、第一设定电压，计算第一电压，并用所述第一电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回判断所述当前周期电压是否大于电压阈值得到第一判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止；若所述第四判断结果表示所述第二电导增量小于零，则根据所述当前周期电压、所述第二初始补偿调整系数、所述第二设定电压，计算第二电压，并用所述第二电压替换所述当前周期电压，所述下一周期电流替换所述当前周期电流，更新所述当前周期电压和所述当前周期电流，并返回判断所述当前周期电压是否大于设定电压得到第一判断结果步骤，直到最大功率跟踪停止。2.根据权利要求1所述的基于多重算法的最大功率跟踪控制方法，其特征在于，在获取光伏电池的当前周期电压和当前周期电流之前，所述最大功率跟踪控制方法还包括：实时采样光伏电池的电压和电流。3.根据权利要求1所述的基于多重算法的最大功率跟踪控制方法，其特征在于，所述第一电导增量为：G(k)＝I(k)/U(k)+ΔI(k)/ΔU(k)；其中，I(k)为当前周期电流，U(k)为当前周期电压，ΔI(k)为当前周期电流差，ΔU(k)为当前周期电压差。4.根据权利要求1所述的基于多重算法的最大功率跟踪控制方法，其特征在于，所述第一初始补偿调整系数为S(k)1＝abs(ΔP(k)/ΔU(k)/I(k))；所述第二初始补偿调整系数为S(k)2＝abs(ΔP(k)/ΔU(k)/U(k))；其中，ΔP(k)为当前周期功率差，I(k)为当前周期电...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘扬，王毅颖，刘建功，郭进喜，史艳楠，胡志良，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11