适应天气状况的变电压光伏系统最大功率跟踪控制方法技术方案

一种光伏发电技术领域的适应天气状况的变电压光伏系统最大功率跟踪控制方法，首先，通过采集电路采集到某时刻的光伏电池输出的电压、电流和光伏电池板的温度三项数据，计算出该时刻的开路电压值和照度值；然后，将实际优化电压系数乘以开路电压值得到该时刻近似的最佳输出电压值，进行温度和照度的补偿，得到实际的最佳输出电压值，进而得到实际的最佳输出电流值；最后，将负载端的输出值与实际的最佳输出电压和最佳输出电流值进行比较，并基于升降压斩波电路和电压、电流双闭环的比例积分控制来实现最大功率输出。本发明专利技术提高了光伏发电系统的输出效率，同时保证了系统运行的稳定性和可靠性。

Maximum power point tracking control method for variable voltage photovoltaic system adapting to weather condition

The adaptive tracking control method, the maximum power voltage variable photovoltaic system of weather conditions of a field of photovoltaic power generation technology first, the collected voltage and current output of photovoltaic cells and photovoltaic panels in a moment is the temperature of the three data collected by the circuit, calculate the time value of the open circuit voltage and illumination value; then, the best output the actual voltage optimization voltage open circuit voltage is multiplied by the coefficient of the moment approximate values of temperature and illumination compensation, the actual value of the best output voltage, output current and get the best practical value; finally, the load end of the output value of the output voltage and the best practical and optimal output current value were compared. And to achieve the maximum power output based on Buck chopper circuit and the voltage and current double closed-loop proportional integral control. The invention improves the output efficiency of the photovoltaic power generation system, and ensures the stability and reliability of the operation of the system.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种光电子
的控制方法，具体是一种适应天气状况 的变电压光伏系统最大功率跟踪控制方法。技术背景各种可再生能源的利用和研究已日益受到世界各主要发达国家的重视，成为 解决能源危机和环境问题的有效手段之一。光伏发电系统可以将能量巨大的太阳 能转换成为电能，是未来发电的重要方式之一。但光伏发电系统存在投资成本高、 效率低、输出电能不稳定等一系列问题，因此，针对光伏发电系统研究一种高效 的最大功率跟踪控制方法是非常必要的。现有技术中的最大功率跟踪控制方法， 如恒定电压法、扰动观察法、增量电导法、短路电流法、模糊法、恒定电压和扰 动观察相结合的方法等。虽然在一定程度上解决了问题，但都存在精度差、适应 性差和跟踪效率低等不足。经对现有技术的文献检索发现，A. Saadi等在《IEEE ISIE 2006》(美国电 气电子工程师协会工业电子国际会议论文集)(2006年7月9一12日，第 1716 - 1720页)上发表的"Optimisation of chopping ratio of back-boost converter by MPPT technique with a variable reference voltage applied to the photovoltaic water pumping system"(采用变参考电压最大功率足艮踪技 术的Back-Boost变换器斩波比优化及其在光伏水泵系统中的应用)，该文中提 出变电压跟踪的概念，但是具体如何实现并没有提及。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的不足，提出了一种适应天气状况的 变电压光伏系统最大功率跟踪(MPPT)控制方法，通过温度和照度(日照强度) 的补偿，使光伏发电系统始终输出最大功率。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括如下步骤首先，在天气状况发生变化时，通过采集电路采集到某时刻的光伏电池输出的电压、电流和光伏电池板的温度三项数据，再根据上述数据计算出该时刻的开 路电压值和照度值；然后，将实际优化电压系数乘以开路电压值得到该时刻近似的最佳输出电压 值，而根据该时刻太阳能电池板的温度和照度值进行温度和照度的补偿，得到实 际的最佳输出电压值，进而得到实际的最佳输出电流值；最后，将实际的最佳输出电压和最佳输出电流值作为给定值，并将负载端的 输出值与给定值进行比较，并基于sepic电路(升降压斩波电路)和电压、电流 双闭环的比例积分控制来实现最大功率输出。所述的近似优化电压系数，是指:最佳输出电压与开路电压间存在线性关系， 即若最佳输出电压约为开路电压的iH倍，则近似优化电压系数取为《1=0.76。所述进行温度补偿，是指当光伏发电系统的外界温度在-5(rC到75。C的范围内变化时，对近似优化电压系数进行补偿，在25。C时，近似优化电压系数 等于实际的优化电压系数，所以近似优化电压系数不需要温度补偿，而在其它温 度情况下，温度补偿系数为A『b0.003/° C，在r〉25。C，温度补偿值A『为正；否则，温度补偿值A『为负，温度补偿公式具体如下<formula>formula see original document page 5</formula>其中，T为太阳能电池板的摄氏温度。所述进行照度补偿，是指当光伏发电系统的外界日照强度在0『/附2到1000『/附2的范围内变化时，对近似优化电压系数进行补偿，当日照强度 >S = 750『/m2，近似优化电压系数等于实际优化电压系数，近似优化电压系 数不需要照度补偿，在S > 750『/m2时，照度补偿系数为 AS1 = 0.000012nf/『；在S<750『/m2时，照度补偿系数为 △S2 = 0.00002667 m2 /『。照度补偿值用AS表示，照度补偿公式具体如下<formula>formula see original document page 6</formula>所述得到实际的最佳输出电压值，是指综合温度补偿和照度补偿得到实际优 化电压系数K，具体如下〖7H + A『+ AS ，将实际优化电压系数乘以开路电压值得到最佳输出电压值，并将该电压值带入光伏关系式中得到最佳输出电 流值，两者的乘积即为最大输出功率值。所述基于sepic电路和电压、电流双闭环PI (比例积分)控制来实现最大功 率输出，具体为通过电压和电流双闭环PI控制PBl (脉宽调制)的占空比， 进而控制s印ic电路的的IGBT (绝缘栅双极晶体管)或MOSFET (金属氧化物 半导体场效应管)的开关频率，使s印ic电路输出升高或降低的电压值。所述电压和电流双闭环PI控制，具体是将最佳输出电压值作为给定值与 负载端输出电压值比较，将比较值进行PI调节，输出结果与负载端输出电流值 进行比较，将第二次比较值进行PI调节，输出值控制P丽的占空比，而输出的 P丽控制IGBT触发端的开关频率，通过sepic电路进行DC/DC (直流-直流)变 换，就可以输出最大功率值。本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果本专利技术能够满足光伏发电系统最大功率跟踪的需要，(l)输出效率高有实验数据表明， 一般的跟踪控制方法效率低于90%，而本专利技术方法在不同的天气状况下光伏电池的输出效率都可以达到99%以上；(2)能量损失少 一般的跟踪方法如爬山法通过扰动光伏系统的输出电压，判断扰动前后系统输出功率的变化情况，并按照使输出功率增加的原则 来对系统进行控制，在这种跟踪方法下，振动会一直存在，能量的损失不可避免，而本专利技术方法的最大输出效率是通过计算得到的，不会存在振动现象；(3)跟踪 速度快 一般的跟踪方法如增量电导法计算过程复杂，跟踪速度较慢，在低照度 的情况下，跟踪最大功率是非常困难的，而本专利技术方法在百分之几秒内就可跟踪到最大功率值；(4)性价比高，整个系统电路设计简单，成本低廉，对于提高昂贵的光伏发电系统的性能具有积极意义。 附图说明图l为本专利技术控制流程图；图2为本专利技术光伏MPPT系统组成示意图；图3为本专利技术变电压MPPT算法跟踪效果仿真结果示意图；图4为本专利技术电压电流双闭环控制示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施作详细说明本实施例是在以本专利技术技术方案 为前提下进行的，给出了详细的实施方式和过程，但本专利技术的保护范围不限于下 述的实施例。如图2所示，为执行本实施例方法的光伏MPPT系统，其中采用第一穿孔 式霍尔电流传感器HR1、第一穿孔式霍尔电流传感器HR2分别检测太阳能电池 输出电流II和负载端输出电流12，型号采用北京华智兴远科技有限公司的 HKA-YP系列霍尔电流传感器中的HKA50-YP型，测量电流范围0-150A;采用 电阻分压的方式检测太阳能电池输出电压值VI和负载端输出电压值V2，其中， 电阻Rl和电阻R3阻值取为40KQ (欧姆)，电阻R2和电阻R4阻值取为10K Q (欧姆)；采用温度传感器WD检测电池板的温度值T，温度传感器的型号采 用美国模拟器件公司生产的集成温度传感器AD590 ，测温范围-550C~+1500C。 Ll为10—4H(亨)，L2为10—3H(亨)，Cl为10—6F (法)，C2为10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适应天气状况的变电压光伏系统最大功率跟踪控制方法，其特征在于，包括如下步骤：首先，在天气状况发生变化时，通过采集电路采集到某时刻的光伏电池输出的电压、电流和光伏电池板的温度三项数据，再根据上述数据计算出该时刻的开路电压值和照度值 ；然后，将实际优化电压系数乘以开路电压值得到该时刻近似的最佳输出电压值，而根据该时刻太阳能电池板的温度和照度值进行温度和照度的补偿，得到实际的最佳输出电压值，进而得到实际的最佳输出电流值；最后，将实际的最佳输出电压和最佳输出 电流值作为给定值，并将负载端的输出值与给定值进行比较，并基于升降压斩波电路和电压、电流双闭环的比例积分控制来实现最大功率输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立群，王志新，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]