一种光伏电池最大功率点快速跟踪控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光伏电池最大功率点快速跟踪控制方法及装置。控制方法包括设置和初始化控制参数、脉冲序列控制实现稳压、判断稳压和更新参考电压等步骤。控制装置包括变换器和控制器；控制器包括电流采样模块、第一电压采样模块、第二电压采样模块、MPPT算法模块、脉冲序列控制模块和PWM模块。本发明专利技术为光伏最大功率点跟踪控制，比现有直接占空比控制显著提升了系统的跟踪速度。与现有电压闭环控制相比，本发明专利技术既提升了跟踪速度又降低了系统结构的复杂性。与现有基于预测控制算法的非线性快速最大功率点跟踪控制方法相比，本发明专利技术原理简单、易于实现。本发明专利技术的装置简单，便于应用，有明显的成本优势。

【技术实现步骤摘要】
一种光伏电池最大功率点快速跟踪控制方法及装置
本专利技术涉及新能源发电
，特别是一种光伏电池最大功率点快速跟踪控制方法及装置。
技术介绍
在光伏发电的应用过程中，光伏电池的输出特性受温度、光照等外界参数的影响明显。由于光伏电池的输出功率随着输出电压的变化而变化，为控制光伏电池持续稳定的输出最大功率，即实现实时的最大功率点跟踪(maximumpowerpointtracking,MPPT)，多种MPPT方法被提出并应用。现阶段，应用最为广泛的MPPT方法是基于爬山法思想的扰动观察法与电导增量法。这类算法以光伏电池输出功率曲线的单峰特性为基础，通过实时更新光伏电池的工作点并比较相应的功率，控制工作点向最大功率点接近。相较于其他算法，爬山类算法采集参数少、原理简单、易于实现且有较高的准确性。实现爬山类算法的常用控制方法有直接占空比控制与电压闭环控制。直接占空比控制作为开环控制，实现简单、便于应用，但在实际应用过程中存在跟踪速度较慢，不适用于外部环境变化较快的情况。电压闭环控制通过控制光伏电池输出电压收敛于参考电压，实现了更快的跟踪速度，但因电压环需要额外设计环路参数，结构也更为复杂。随着光伏电池的应用逐渐多元化，现有两种控制方法的跟踪速度已经很难满足需求。如将光伏电池应用于汽车、背包等移动物体上时，光伏电池的光照在短时间将发生明显的变化。为解决这一技术问题，多种基于预测控制的非线性控制方法被应用于爬山类算法。相较于现有控制方法，应用预测控制的非线性控制方法显著提升了光伏发电最大功率点跟踪的速度。但是，这些方法需要以变换器的准确模型为基础进行复杂的设计，且因具体实施过程中计算量大造成其难以实际应用。基于此，亟需提出一种简单有效的快速最大功率点跟踪控制方法，实现光伏发电的快速最大功率点跟踪控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光伏电池最大功率点快速跟踪控制方法及装置。实现本专利技术目的的技术方案为：一种光伏电池最大功率点快速跟踪控制方法，包括：步骤1：设置MPPT采样周期、脉冲序列控制采样周期、脉冲序列步长ΔD和参考电压步长ΔV；初始化高脉冲占空比DH、低脉冲占空比DL和参考电压Vref；其中，MPPT采样周期是脉冲序列控制采样周期的正整数倍；步骤2：按照脉冲序列控制采样周期采集光伏电池的输出电压Vpv2，与当前Vref做比较：如Vpv2大于Vref则输出当前DH，如Vpv2小于Vref则输出当前DL；所述DH和DL用于控制光伏电池的变换器；步骤3：按照MPPT采样周期采集光伏电池的输出电压Vpv1；比较Vpv1与当前Vref，如Vpv1等于Vref则转到步骤4，否则更新DH和DL后转到步骤2；所述更新DH和DL为：如Vpv1小于Vref则令DH＝DH–ΔD和DL＝DL–ΔD，如Vpv1大于Vref则令DH＝DH+ΔD和DL＝DL+ΔD；步骤4：按照MPPT采样周期采集光伏电池的输出电流Ipv1，计算当前周期与上一周期的功率差值ΔPpv和电压差值ΔVpv1，更新Vref后转到步骤2；所述更新Vref为：如ΔPpv与ΔVpv1的比值大于0则令Vref＝Vref+ΔV，否则令Vref＝Vref–ΔV。一种光伏电池最大功率点快速跟踪控制装置，包括变换器和控制器；所述控制器包括电流采样模块、第一电压采样模块、第二电压采样模块、MPPT算法模块、脉冲序列控制模块和PWM模块；电流采样模块和第一电压采样模块分别采集光伏电池的输出电流Ipv1和输出电压Vpv1，输入到MPPT算法模块；MPPT算法模块计算得到高脉冲占空比DH、低脉冲占空比DL和参考电压Vref，输入到脉冲序列控制模块；第二电压采样模块采集光伏电池的输出电压Vpv2，也输入到脉冲序列控制模块；脉冲序列控制模块比较参考电压Vref和输出电压Vpv2后选择输出高脉冲占空比DH或低脉冲占空比DL，再通过PWM模块控制变换器的开关管。进一步地，所述变换器为Boost变换器、Buck变换器、反激变换器、半桥变换器或全桥变换器。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：一、本专利技术为光伏最大功率点跟踪控制，比现有直接占空比控制显著提升了系统的跟踪速度。二、与现有电压闭环控制相比，本专利技术既提升了跟踪速度又降低了系统结构的复杂性。三、与现有基于预测控制算法的非线性快速最大功率点跟踪控制方法相比，本专利技术原理简单、易于实现。四、本专利技术的装置简单，便于应用，有明显的成本优势。附图说明图1为本专利技术实施例一的电路拓扑结构及控制示意图。图2为脉冲序列控制模块的原理示意图。图3为MPPT算法模块的流程图。图4为直接占空比控制实现MPPT过程中光伏电池输出功率与输出电压的仿真波形图。图5为电压闭环控制实现MPPT过程中光伏电池输出功率与输出电压的仿真波形图。图6为脉冲序列控制实现MPPT过程中光伏电池输出功率与输出电压的仿真波形图。其中，图4、图5、图6的仿真条件如下：光伏电池最大功率为80.5W，最大功率点处对应的输出电压为17.5V。光伏电池初始工作电压为20V，0.1s启动最大功率点跟踪控制。电感L为10μH，输入电容Ci为470μF，输出电容Co为200μF，开关频率为100kHz，负载电阻为20Ω。图4、图5、图6中的MPPT采样周期分别为5ms、0.2ms、0.1ms，图6中的脉冲序列控制采样周期为0.01ms。为便于比较最大功率点的跟踪时间，光伏电池工作在最大功率点后即保持工作点不变。图7为本专利技术实施例二的电路拓扑结构及控制示意图。具体实施方式一种光伏电池最大功率点快速跟踪控制方法，通过脉冲序列控制实现光伏电池的快速最大功率点跟踪。本方法除应用于基本最大功率点跟踪外，还可应用于全局最大功率点跟踪、分布式最大功率点跟踪等多种最大功率点跟踪场合。具体包括如下步骤：步骤1：初始化装置。具体包括设置：两个含有不同占空比的初始脉冲、MPPT采样周期、脉冲序列控制采样周期、初始参考电压、参考电压步长、脉冲序列步长等参数；步骤2：脉冲序列控制实现稳压。脉冲序列控制模块按照脉冲序列控制采样周期，采集光伏电池的输出电压，并将其与参考电压做比较，根据比较结果输出高脉冲或低脉冲以实现光伏电池输出电压稳定于参考电压；步骤3：判断稳压。MPPT算法模块按照MPPT采样周期采集光伏电池的输出电压，并判断其与参考电压是否相等，即是否实现稳压控制，若相等则进入步骤4，否则更新占空比后返回步骤2；步骤4：更新参考电压。MPPT算法模块按照MPPT采样周期采集光伏电池的输出电流，并计算光伏电池的输出功率。根据光伏电池输出功率对输出电压的导数更新参考电压，返回步骤2。上述方法的MPPT采样周期与脉冲序列控制采样周期，满足MPPT采样周期是脉冲序列控制采样周期的正整数倍。图1示出一种光伏电池最大功率点快速跟踪控制装置，由变换器和控制器组成。其中，变换器输入端连接光伏电池、输出端连接负载。控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光伏电池最大功率点快速跟踪控制方法，其特征在于，包括：/n步骤1：设置MPPT采样周期、脉冲序列控制采样周期、脉冲序列步长ΔD和参考电压步长ΔV；初始化高脉冲占空比D

【技术特征摘要】
1.一种光伏电池最大功率点快速跟踪控制方法，其特征在于，包括：
步骤1：设置MPPT采样周期、脉冲序列控制采样周期、脉冲序列步长ΔD和参考电压步长ΔV；初始化高脉冲占空比DH、低脉冲占空比DL和参考电压Vref；其中，MPPT采样周期是脉冲序列控制采样周期的正整数倍；
步骤2：按照脉冲序列控制采样周期采集光伏电池的输出电压Vpv2，与当前Vref做比较：如Vpv2大于Vref则输出当前DH，如Vpv2小于Vref则输出当前DL；所述DH和DL用于控制光伏电池的变换器；
步骤3：按照MPPT采样周期采集光伏电池的输出电压Vpv1；比较Vpv1与当前Vref，如Vpv1等于Vref则转到步骤4，否则更新DH和DL后转到步骤2；所述更新DH和DL为：如Vpv1小于Vref则令DH＝DH–ΔD和DL＝DL–ΔD，如Vpv1大于Vref则令DH＝DH+ΔD和DL＝DL+ΔD；
步骤4：按照MPPT采样周期采集光伏电池的输出电流Ipv1，计算当前周期与上一周期的功率差值ΔPpv和电压差值ΔVpv1，更新Vref后...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕强，周国华，沙金，邓伦博，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51