一种基于滚动小窗的光伏最大功率跟踪控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于滚动小窗的光伏最大功率跟踪控制方法，对光伏模块输出电压电流进行采样，得到采样电压值V和电流值I，然后计算出光伏输出功率的变化ΔP和输出电压的变化ΔV；根据ΔP和ΔV的变化确定占空比D的变化方向；将四个连续的占空比的数据存储到滚动小窗中，占空比变动一次，则小窗滚动一次，以检测是否已经追踪到最大功率点，并在检测已追踪到最大功率点后逐步平抑波动；设置在平抑波动状态下ΔV的阈值，一旦外部环境发生变化，则清空小窗，初始化步长，重新追踪最大功率点。本发明专利技术能够快速跟踪最大功率点，且在稳定的外部条件下减少不必要的扰动，提高跟踪精度。

Photovoltaic maximum power tracking control method based on rolling window

【技术实现步骤摘要】
一种基于滚动小窗的光伏最大功率跟踪控制方法
本专利技术涉及光伏发电工程
，尤其是一种基于滚动小窗的光伏最大功率跟踪控制方法。
技术介绍
太阳能是当今世界能源结构改革中最重要的可再生能源之一。但由于光伏阵列受到外界环境因素如光照或温度的影响，其输出电压、电流呈现出明显的非线性特征。因此如何实时地调节光伏模块的输出功率、在任何外界环境下实现最大功率点跟踪(Maximumpowerpointtracking，MPPT)显得十分重要。现有的MPPT技术主要包括定步长和变步长两种。传统的定步长MPPT算法主要有扰动观察法(P&O)，电导增量法(INC)，爬山法(HillClimbing)。定步长算法的优点主要在于算法简单、成本低廉、易于实施，同时在天气状况稳定的情况效果较好。但其在在外部环境发生突变时，响应速度慢。虽然变步长MPPT算法能解决其响应速度的问题，但是其确定步长大小的方法过于复杂，靠近MPP时步长过小从而导致追踪速度下降，系统复杂度高。且无论是定步长还是变步长算法，其在追踪到最大功率点(MPP)以后仍会有扰动存在。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种基于滚动小窗的光伏最大功率跟踪控制方法，能够快速跟踪最大功率点，且在稳定的外部条件下减少不必要的扰动，提高跟踪精度。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于滚动小窗的光伏最大功率跟踪控制方法，包括如下步骤：(1)初始化占空比变化的步长step、小窗采样次数f和平抑波动标识steady；r>(2)采样电压值V和电流值I，计算出光伏输出功率的变化ΔP和输出电压的变化ΔV，根据P&O法确定占空比的变化方向，并将变化的占空比数据存储到滚动小窗中，占空比变化一次，小窗采样一次；(3)当采样次数达到四以后，小窗开始滚动，并同时与上一个小窗进行交叉对比，当小窗不交叉相等时，则占空比的步长不变，当小窗交叉相等时，则认为追踪到最大功率点，则占空比的步长减半，即(4)当占空比的步长小于0.25％时，则判定系统进入零振荡状态，此时占空比的步长等于0，即占空比不发生变化；(5)当第一次检测到小窗交叉相等时，则判定系统进入平抑波动状态，此时设定输出电压变化的阈值|ΔV|max，如果输出电压变化没有超过该阈值，则判定外部环境没有发生变化，系统继续平抑波动，如果输出电压变化超过阈值，则判定外部环境发生变化，系统初始化，回到步骤(1)，重新追踪最大功率点。优选的，步骤(2)中，根据P&O法确定占空比的变化方向具体为：四个连续的占空比值将被小窗存储以供分析，占空比变动一次，则小窗滚动一次，实时的占空比被存储为小窗的第一个数据，而其余三个数据则与上个小窗共轭，其中每次小窗的具体数据如下：占空比的变化主要基于光伏输出功率的变化ΔP和光伏输出电压的变化ΔV，其具体计算公式如下：ΔP和ΔV的值决定了该算法追踪的方向，具体情况为：其中step为占空比每次改变的步长，其大小由滚动小窗中存储的数据是否交叉相等决定。优选的，步骤(3)中，小窗交叉相等的具体判据为：优选的，步骤(5)中，输出电压变化的阈值|ΔV|max的具体公式为：其中stepmax是指系统进入平抑波动状态以后占空比步长的最大值，D(t)max是指系统进入平抑波动状态以后占空比的最大值，Vo4是指系统的最大开路电压。本专利技术的有益效果为：能够快速跟踪最大功率点，且在稳定的外部条件下减少不必要的扰动，提高跟踪精度。附图说明图1为本专利技术提出的基于滚动小窗的光伏最大功率跟踪控制系统的原理示意图。图2为本专利技术的滚动小窗存储的信息示意图。图3为判定本专利技术的滚动小窗交差相等的判据示意图。图4为进入平抑波动状态后环境变换的占空比变化示意图。图5为本专利技术基于滚动小窗的光伏最大功率跟踪控制方法的流程示意图。图6为环境稳定情况下本专利技术提出的基于滚动小窗的光伏最大功率跟踪控制方法与传统P&O方法仿真结果比较示意图。图7为环境变化情况下本专利技术提出的基于滚动小窗的光伏最大功率跟踪控制方法与传统P&O方法仿真结果比较示意图。具体实施方式一种基于滚动小窗的光伏最大功率跟踪控制方法，包括如下步骤：(1)初始化占空比变化的步长step、小窗采样次数f和平抑波动标识steady；(2)采样电压值V和电流值I，计算出光伏输出功率的变化ΔP和输出电压的变化ΔV，根据P&O法确定占空比的变化方向，并将变化的占空比数据存储到滚动小窗中，占空比变化一次，小窗采样一次；(3)当采样次数达到四以后，小窗开始滚动，并同时与上一个小窗进行交叉对比，当小窗不交叉相等时，则占空比的步长不变，当小窗交叉相等时，则认为追踪到最大功率点，则占空比的步长减半，即(4)当占空比的步长小于0.25％时，则判定系统进入零振荡状态，此时占空比的步长等于0，即占空比不发生变化；(5)当第一次检测到小窗交叉相等时，则判定系统进入平抑波动状态，此时设定输出电压变化的阈值|ΔV|max，如果输出电压变化没有超过该阈值，则判定外部环境没有发生变化，系统继续平抑波动，如果输出电压变化超过阈值，则判定外部环境发生变化，系统初始化，回到步骤(1)，重新追踪最大功率点。如图1所示为本专利技术的系统结构图，其中包括了光伏模型、DC-DC变换器和其MPPT控制模块。光伏模块主要提供输出功率，其输出特性与环境温度及光照等密切相关；DC-DC变流器作为光伏模块与负载间的功率界面，提供电压或电流的变换；MPPT控制模块是执行具体的最大功率点跟踪控制方法，然后调节DC-DC变流器的占空比以使得光伏模块在任何工作情况下始终输出最大功率。如图2所示，在该算法中，四个连续的占空比值将被小窗存储以供分析，占空比变动一次，则小窗滚动一次，实时的占空比被存储为小窗的第一个数据，而其余三个数据则与上个小窗共轭。其中每次小窗的具体数据如下：在该算法中，占空比的变化主要基于光伏输出功率的变化ΔP和光伏输出电压的变化ΔV，其具体计算公式如下：ΔP和ΔV的值决定了该算法追踪的方向，具体情况为：其中step为占空比每次改变的步长，其大小由滚动小窗中存储的数据是否交叉相等决定。如图3所示情况，则判定检测到滚动小窗相等，即检测到已追踪到最大功率点(MPP)，开始减少在稳定条件下不必要的扰动，其具体判据如下所示：如图3所示，当没有检测到小窗内存储数据交叉相等(W1≠W2)，则说明在还未追踪到最大功率点或在已追踪到最大功率点但没有开始在其周边扰动；当检测到小窗内存储数据交叉相等(W2＝W3)，则说明已追踪到最大功率点且在其周边的扰动已经开始，此时开始平抑扰动，具体公式如下所示：上述情况都是在外部环境发生变化的情况下，如果外部环境发生变化，继续平抑波动会本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于滚动小窗的光伏最大功率跟踪控制方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)初始化占空比变化的步长step、小窗采样次数f和平抑波动标识steady；/n(2)采样电压值V和电流值I，计算出光伏输出功率的变化ΔP和输出电压的变化ΔV，根据P&O法确定占空比的变化方向，并将变化的占空比数据存储到滚动小窗中，占空比变化一次，小窗采样一次；/n(3)当采样次数达到四以后，小窗开始滚动，并同时与上一个小窗进行交叉对比，当小窗不交叉相等时，则占空比的步长不变，当小窗交叉相等时，则认为追踪到最大功率点，则占空比的步长减半，即

【技术特征摘要】
1.一种基于滚动小窗的光伏最大功率跟踪控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)初始化占空比变化的步长step、小窗采样次数f和平抑波动标识steady；
(2)采样电压值V和电流值I，计算出光伏输出功率的变化ΔP和输出电压的变化ΔV，根据P&O法确定占空比的变化方向，并将变化的占空比数据存储到滚动小窗中，占空比变化一次，小窗采样一次；
(3)当采样次数达到四以后，小窗开始滚动，并同时与上一个小窗进行交叉对比，当小窗不交叉相等时，则占空比的步长不变，当小窗交叉相等时，则认为追踪到最大功率点，则占空比的步长减半，即
(4)当占空比的步长小于0.25％时，则判定系统进入零振荡状态，此时占空比的步长等于0，即占空比不发生变化；
(5)当第一次检测到小窗交叉相等时，则判定系统进入平抑波动状态，此时设定输出电压变化的阈值|ΔV|max，如果输出电压变化没有超过该阈值，则判定外部环境没有发生变化，系统继续平抑波动，如果输出电压变化超过阈值，则判定外部环境发生变化，系统初始化，回到步骤(1)，重新追踪最大功率点。


2.如权利要求1所述的基于滚动小窗的光伏最大功率跟踪控制方法，其特征在于，步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李星硕，徐峥嵘，丁树业，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32