一种基于光伏发电系统电阻匹配的MPPT控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于光伏发电系统电阻匹配的MPPT控制方法，所述模糊MPPT控制器通过电压采样和电流采样电路对光伏阵列发电过程中的电压值和电流值进行实时采样，再经过模糊MPPT控制器上MPPT模糊控制算法的计算和处理产生PWM控制信号，PWM控制信号控制Boost升压电路工作，调节直流斩波电路的占空比，实现对负载阻抗匹配的控制，使光伏发电系统电路内阻与负载阻抗最快匹配；本发明专利技术的有益效果是通过光伏阵列仿真与模糊控制，使光伏阵列发电系统电路在光照强度极弱、电路串联电阻较小、电路自耗也很小的条件下启动发电，实现光伏发电系统“早起晚睡”，延长了光伏发电系统的发电时间，通过MPPT模糊控制算法使系统在峰值功率点运行，提高了光伏发电系统的发电量。

A MPPT control method based on resistance matching of photovoltaic power generation system

【技术实现步骤摘要】
一种基于光伏发电系统电阻匹配的MPPT控制方法
本专利技术涉及光电发电领域，具体地说，涉及一种基于光伏发电系统电阻匹配的MPPT控制方法。
技术介绍
光伏阵列的功率输出与电压和电流呈非线性关系，但在确定的光照强度和温度条件下，光伏阵列输出存在一个最大功率点，这就需要采取动态控制在不同条件下进行最大功率点跟踪(Maximumpowerpointtracking简称：MPPT)。MPPT控制，本质上是一个寻优过程，通过测量电压、电流和功率，比较它们之间的变化情况，决定当前工作点与峰值点的位置关系，然后控制电流(或电压)向当前工作点与峰值功率点移动，最后控制电流(或电压)在峰值功率点附近一定范围内来回摆动。传统的控制是在电导增量原理或扰动观测原理下的PID(比例(proportion)、积分(integral)、微分(derivative))控制算法，PID控制存在跟踪精度低、速度慢、对外界扰动及参数摄动鲁棒性差等缺点，能量得不到高效利用。模糊控制作为一种新的控制算法，适应性强，鲁棒性好，响应速度快，超调小，适合用于太阳能光伏发电这种包含不确定量，而且很难建立精确数学模的系统。采用模糊控制算法的MPPT控制方法，还能够控制光伏阵列发电系统电路在光照强度较弱、电路串联电阻较小、控制电路自耗降低的条件下启动发电，实现光伏发电系统“早起晚睡”，可延长了光伏发电系统的发电时间，提高光伏电系统的发电量。
技术实现思路
本专利技术正是为了解决上述技术问题而设计的一种基于光伏发电系统电阻匹配的MPPT控制方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于光伏发电系统电阻匹配的MPPT控制方法，包括光伏发电系统、模糊MPPT控制器、电压采样、电流采样、驱动和Boost升压电路；所述电压采样和电流采样电路与光伏阵列输出端相连，所述模糊MPPT控制器通过电压采样和电流采样电路对光伏阵列发电过程中的电压值和电流值进行实时采样，再经过模糊MPPT控制器上MPPT模糊控制算法的计算和处理产生PWM(脉冲宽度调制)控制信号，PWM控制信号控制Boost升压电路工作，调节直流斩波电路的占空比，实现对负载阻搞的控制，使负载阻抗最快接近电源内阻值；当负载阻抗与电源内阻值相等时，负载可以获取最大功率，光伏电池工作在最大功率点，从而实现最大功率跟踪控制。所述基于光伏发电系统电阻匹配的MPPT控制方法，所述Boost升压电路为一极驱动电路构成的升压电路，包括开关管Q、电容C、电感L和二极管VD组成，模糊MPPT控制器通过驱动电路与开关管Q的基极相连，实现光伏阵列输出电压在范围200V-1000V区间内，模糊MPPT控制器控制发电系统正常工作，确保光伏发电系统在最大功率附近输出。。所述基于光伏发电系统电阻匹配的MPPT控制方法，所述Boost升压电路为二极驱动电路构成的升压电路，包括开关管Q1和Q2，电容C1、C2、C3和C4，电感L1和L2，二极管VD1和VD2组成；其中开关管Q1发射极与开关管Q2集电极串连，模糊MPPT控制器通过驱动电路分别与开关管Q1与开关管Q2的基极相连，实现光伏阵列输出电压在范围200V-1000V区间内，模糊MPPT控制器控制发电系统正常工作，确保光伏发电系统在最大功率附近输出。所述基于光伏发电系统电阻匹配的MPPT控制方法，其模糊MPPT控制器为一台安装了MPPT模糊控制算法的工控机。所述基于光伏发电系统电阻匹配的MPPT控制方法，其MPPT模糊控制算法是一个不断测量和不断调整以达到最优的过程，在运行过程中不断改变可控参数的整定值，使得当前工作点逐渐向峰值功率点靠近，使光伏系统在峰值功率点运行；所述可控参数是输入变量偏差E和输入变量偏差变化率A。所述基于光伏发电系统电阻匹配的MPPT控制方法，所述输入变量偏差E和所述输入变量偏差变化率A；输入上次步长量A(n-1)；输出步长量A(n)；将语言变量E和A分别定义为8个和6个模糊子集，即：E＝{NB，NM，NS，N0，P0，PS，PM，PB)A＝{NB，NM，NS，PS，PM，PB}式中：NB，NM，NS，N0，P0，PS，PM，PB分别表示负大、负中、负零、正零、正小、正中、正大等模糊概念，并且它们的论域规定为14个和12个等级，即：E＝{-6，-5，-4，-3，-2，-1，-0，+0，+1，+2，+3，+4，+5，+6)A＝{-6，-5，-4，-3，-2，-1，+1，+2，+3，+4，+5，+6}所述模糊自寻优控制器中e(n)表示第n时刻与第n-1时刻输出功率之差的实际值；E(n)表示这个差值对应于模糊集论域中的值；a(n)表示第n时刻步长的实际值；A(n)表示这个步长值对应于模糊集论域中的值；Ke、Ka分别为量化因子；通过对光伏电池输出P与占空比D之间的特性曲线分析，并且考虑到外界环境因素对光伏电池输出功率的影响，对实际仿真结果进行调整得到的最终控制规则；所述模糊逻辑控制器采用重心法计算，其计算式为：式中：u(Ai)为第i个模糊输出量的隶属度；A为第i个模糊输出量。所述基于光伏发电系统电阻匹配的MPPT控制方法，所述第n时刻与第n-1时刻的时间间隔为1到1000微秒之间的整数值。工作原理1光伏电池的数学模型和输出电气特性光伏电池相当于具有与受光面平行的极薄PN截面的大面积等效二极管，I-V特性与光照强度、光伏电池温度关系密切，采用晶体硅为材料的光伏电池等效电路原理如图1所示：图1中：Uj为PN结电压，Id为光伏电池在无光照时的饱和电流，一个理想的太阳能电池，由于串联电阻Rs很小，旁路电阻Rsh很大，所以在进行理想电路的计算时，均可忽略不计。由图1太阳能光伏电池等效电路得出I-V关系，其表达式为：式中：I为光伏电池输出电流；I0为PN结的反向饱和电流；Iph为光生电流；V为光伏电池输出电压；q为单位电荷(1.6×10-19C)；k为波尔兹曼常数，k＝1.38×10-23J/K；T为热力学温度；n为N结的曲线常数，一般在1-2之间(正偏压大时n为1，正偏压小时n为2)；Rs、Rsh为光伏电池的自身固有电阻。当负载从0变化到无穷大时，即可得到如图2所示太阳能电池的输出特性曲线。调节负载电阻到某一值RM时，在曲线上得到一点M，其对应的工作电压和工作电流之积最大，即Pm＝ImVm。现将此M点定义为最大功率输出点(MPP)。由光伏电池的数学模型可以看出，光伏电池受温度、光照强度影响，其输出电流和电压之间呈明显的非线性特性。2光伏阵列数学模型在实际应用光伏电池时，都是将光伏电池进行串、并联来达到需要的功率。因此，光伏阵列数学模型是基于光伏电池模型得来的，通常假设所有串并联光伏电池具有相同的特征参数，忽略光伏电池间的连接电阻，假设它们具有理想的一致性。光伏阵列的等效电路如图3：根据光伏电池I-V关系式，得到光伏阵列的I-V方程：因此，硅太本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光伏发电系统电阻匹配的MPPT控制方法，包括光伏发电系统、模糊MPPT控制器、电压采样、电流采样、驱动和Boost升压电路；其特征在于：所述电压采样和电流采样电路与光伏阵列输出端相连，所述模糊MPPT控制器通过电压采样和电流采样电路对光伏阵列发电过程中的电压值和电流值进行实时采样，再经过模糊MPPT控制器上MPPT模糊控制算法的计算和处理产生的PWM控制信号，PWM控制信号控制Boost升压电路工作，调节直流斩波电路的占空比，实现对负载阻抗匹配的控制，使光伏发电系统电路内阻与负载阻抗最快匹配；当负载阻抗与电源内阻值相等匹配时，负载可以获取最大功率，光伏电池工作在最大功率点，从而实现最大功率跟踪控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光伏发电系统电阻匹配的MPPT控制方法，包括光伏发电系统、模糊MPPT控制器、电压采样、电流采样、驱动和Boost升压电路；其特征在于：所述电压采样和电流采样电路与光伏阵列输出端相连，所述模糊MPPT控制器通过电压采样和电流采样电路对光伏阵列发电过程中的电压值和电流值进行实时采样，再经过模糊MPPT控制器上MPPT模糊控制算法的计算和处理产生的PWM控制信号，PWM控制信号控制Boost升压电路工作，调节直流斩波电路的占空比，实现对负载阻抗匹配的控制，使光伏发电系统电路内阻与负载阻抗最快匹配；当负载阻抗与电源内阻值相等匹配时，负载可以获取最大功率，光伏电池工作在最大功率点，从而实现最大功率跟踪控制。


2.根据权利要求1所述的基于光伏发电系统电阻匹配的MPPT控制方法，其特征在于：所述Boost升压电路为一极驱动电路构成的升压电路，包括开关管Q、电容C、电感L和二极管VD组成，模糊MPPT控制器通过驱动电路与开关管Q的基极相连，实现光伏阵列输出电压在范围200V-1000V区间内，模糊MPPT控制器控制发电系统正常工作，确保光伏发电系统在最大功率附近输出。


3.根据权利要求1所述的基于光伏发电系统电阻匹配的MPPT控制方法，其特征在于：所述Boost升压电路为二极驱动电路构成的升压电路，包括开关管Q1和Q2，电容C1、C2、C3和C4，电感L1和L2，二极管VD1和VD2组成；其中开关管Q1发射极与开关管Q2集电极串连，模糊MPPT控制器通过驱动电路分别与开关管Q1与开关管Q2的基极相连，实现光伏阵列输出电压在范围200V-1000V区间内，模糊MPPT控制器控制发电系统正常工作，确保光伏发电系统在最大功率附近输出。


4.根据权利要求1所述的基于光伏发电系统电阻匹配的MPPT控制方法，其特征在于：所述模糊MPPT控制器为一台安装了MPPT模糊控制算法的工控机。


5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾华锋，宗清，林国楠，高行，李学前，杨敏，云昌锋，舒强，
申请(专利权)人：华能海南发电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：海南;46