一种基于滑模控制光伏发电最大功率点的跟踪控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于滑模控制光伏发电最大功率点的跟踪控制方法，包括：基于实际运行情况构建光伏发电的系统数学模型；根据光伏发电的系统数学模型输出特性，构建可切换线性滑动流形；基于可切换线性滑动流形，利用双曲正切函数得到改进的多幂次趋近律的滑模控制最大功率点追踪IMPSM

【技术实现步骤摘要】
一种基于滑模控制光伏发电最大功率点的跟踪控制方法


[0001]本专利技术涉及功率跟踪控制的
，尤其涉及一种基于滑模控制光伏发电最大功率点的跟踪控制方法。

技术介绍

[0002]随着经济的快速发展，化石燃料能源日渐匮乏，大力发展清洁能源尤为重要。太阳能作为一种可持续再生的绿色清洁能源，具有面向广泛、能源充足、良好的可开发性优点，在未来的新型能源发展战略中占据重要的地位，但因其非线性的特点使得输出功率易受外界环境的影响，降低了利用率。为了提高光伏系统的发电效率，人们提出了最大功率点追踪技术(Maximum Power Point Tracking,MPPT)。
[0003]目前针对光伏发电的MPPT控制策略有恒电压法、电导增量法、扰动观察法。然而，这些依赖于步进式迭代过程的方法仅在环境不变时具有准确性。当受到外界干扰时，特别是负载扰动，其准确性大大降低，甚至会出现剧烈的波动。因此，有必要对光伏MPPT控制策略提出新的要求。

技术实现思路

[0004]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0005]鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。
[0006]因此，本专利技术提供了一种基于滑模控制光伏发电最大功率点的跟踪控制方法解决现有的光伏MPPT控制策略在外界因素影响的情况下，无法准确跟踪最大功率点导致光伏系统发电效率低的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]本专利技术实施例提供了一种基于滑模控制光伏发电最大功率点的跟踪控制方法，包括：
[0009]基于实际运行情况构建光伏发电的系统数学模型；
[0010]根据所述光伏发电的系统数学模型输出特性，构建可切换线性滑动流形；
[0011]基于所述可切换线性滑动流形，利用双曲正切函数得到改进的多幂次趋近律的滑模控制最大功率点追踪IMPSM
‑
MPPT方法；
[0012]通过所述IMPSM
‑
MPPT方法实现光伏发电最大功率点的跟踪控制。
[0013]作为本专利技术所述的基于滑模控制光伏发电最大功率点的跟踪控制方法的一种优选方案，其中：所述光伏发电的系统数学模型，包括：光伏组件数学模型和Boost变换器数学模型。
[0014]作为本专利技术所述的基于滑模控制光伏发电最大功率点的跟踪控制方法的一种优选方案，其中：
[0015]所述光伏组件数学模型，表示为：
[0016][0017]其中，I
sc
为短路电流，U
oc
为开路电压，I
m
为最大功率点处的电流，U
m
为最大功率点处的电压。
[0018]所述Boost变换器数学模型，表示为：
[0019][0020]其中，U
pv
为光伏电池的输出电压，I
pv
为光伏电池的输出电流，U
o
为输出电压，L、C、R、分别为电感、电容、负载，u为开关功率管的控制量，开通时，u＝1，关断时，u＝0。
[0021]作为本专利技术所述的基于滑模控制光伏发电最大功率点的跟踪控制方法的一种优选方案，其中：根据所述光伏组件的输出特性，构建可切换线性滑动流形，包括：
[0022]当光伏电池的I
‑
U输出特性曲线在受到光照强度、温度变化时，为提高光伏发电系统的动态性能，构建可切换线性滑动流形；
[0023]所述可切换线性滑动流形，表示为：
[0024][0025]S1＝I
m
‑
I
pv
[0026]S2＝U
pv
‑
U
m
[0027]其中，S为滑动流形，S1为第一滑动流形，S2为第二滑动流形。
[0028]作为本专利技术所述的基于滑模控制光伏发电最大功率点的跟踪控制方法的一种优选方案，其中：还包括：
[0029]当S1＞0时，I
pv
小于I
m
，使u＝1导通功率开关管，占空比变大，I
pv
将变大，趋近于最大功率点，当S1＜0时，I
pv
大于I
m
，使u＝0关闭功率开关管，占空比变小，I
pv
将变小，趋近于最大功率点；
[0030]当S2＞0时，U
pv
大于U
m
，使u＝1导通功率开关管，占空比变大，U
pv
将变小，趋近于最大功率点，当S2＜0时，U
pv
小于U
m
，使u＝0关闭功率开关管，占空比变小，U
pv
将变大，趋近于最大功率点。
[0031]作为本专利技术所述的基于滑模控制光伏发电最大功率点的跟踪控制方法的一种优选方案，其中：
[0032]切换函数，表示为：
[0033][0034][0035]其中，Δ为饱和度，其值影响趋近滑动流形的抖振幅度，x
T
＝[dI
pv
/dt dU
o
/dt]，g(x,t)＝[U
o
/L
‑
I
pv
/C]T
。
[0036]作为本专利技术所述的基于滑模控制光伏发电最大功率点的跟踪控制方法的一种优选方案，其中：还包括：
[0037]根据光伏电池的P
‑
U特性曲线，选择滑动流形S＝0，切换函数u
n
将光伏发电系统状态趋近过程划分为2个阶段，使得状态运动速度自行调整；
[0038]当|S|＞Δ时，状态运动轨迹在自适应快速幂次趋近律的控制下逐渐趋近S＝0，此阶段的状态运动速度随着|S|的大小进行调整，保证光伏发电系统状态在短时间内到达滑动流形；
[0039]当|S|≤Δ时，状态运动轨迹为自适应双指数趋近律控制，此阶段的状态运动速度随着|S|变小而变慢，保证光伏发电系统状态平滑进入滑动流形；
[0040]当光伏发电系统状态到达滑动流形时，通过等效控制滑动至平衡点。
[0041]作为本专利技术所述的基于滑模控制光伏发电最大功率点的跟踪控制方法的一种优选方案，其中：改进的自适应快速幂次趋近律的滑模控制最大功率点追踪IMPSM
‑
MPPT方法，包括：
[0042]利用双曲正切函数改进多幂次趋近律；
[0043]IMPSM
‑
MPPT方法，表示为：
[0044][0045][0046]其中，α1＞1，1＞α2＞0，α3＞0，k1＞0，k2＞0，k3＞0，k4＞0，ζ＞0，δ＞0，tanh(S/ζ)为双曲正切函数。
[0047]作为本专利技术所述的基于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于滑模控制光伏发电最大功率点的跟踪控制方法，其特征在于，包括：基于实际运行情况构建光伏发电的系统数学模型；根据所述光伏发电的系统数学模型输出特性，构建可切换线性滑动流形；基于所述可切换线性滑动流形，利用双曲正切函数得到改进的多幂次趋近律的滑模控制最大功率点追踪IMPSM
‑
MPPT方法；通过所述IMPSM
‑
MPPT方法实现光伏发电最大功率点的跟踪控制。2.如权利要求1所述的一种基于滑模控制光伏发电最大功率点的跟踪控制方法，其特征在于，所述光伏发电的系统数学模型，包括：光伏组件数学模型和Boost变换器数学模型。3.如权利要求2所述的一种基于滑模控制光伏发电最大功率点的跟踪控制方法，其特征在于：所述光伏组件数学模型，表示为：其中，I
sc
为短路电流，U
oc
为开路电压，I
m
为最大功率点处的电流，U
m
为最大功率点处的电压。所述Boost变换器数学模型，表示为：其中，U
pv
为光伏电池的输出电压，I
pv
为光伏电池的输出电流，U
o
为输出电压，L、C、R、分别为电感、电容、负载，u为开关功率管的控制量，开通时，u＝1，关断时，u＝0。4.如权利要求3所述的一种基于滑模控制光伏发电最大功率点的跟踪控制方法，其特征在于，根据所述光伏组件的输出特性，构建可切换线性滑动流形，包括：当光伏电池的I
‑
U输出特性曲线在受到光照强度、温度变化时，为提高光伏发电系统的动态性能，构建可切换线性滑动流形；所述可切换线性滑动流形，表示为：S1＝I
m
‑
I
pv
S2＝U
pv
‑
U
m
其中，S为滑动流形，S1为第一滑动流形，S2为第二滑动流形。5.如权利要求4所述的一种基于滑模控制光伏发电最大功率点的跟踪控制方法，其特征在于，还包括：
当S1＞0时，I
pv
小于I
m
，使u＝1导通功率开关管，占空比变大，I
pv
将变大，趋近于最大功率点，当S1＜0时，I
pv
大于I
m
，使u＝0关闭功率开关管，占空比变小，I
pv
将变小，趋近于最大功率点；当S2＞0时，U
pv
大于U
m
，使u＝1导通功率开关管，占空比变大，U
pv
将变小，趋近于最大功率点，当S2＜0时，U
pv
小于U
m
，使u＝0关闭功率开关管，占空比变小，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张裕，李庆生，龙家焕，李震，陈巨龙，万会江，张彦，刘金森，张兆丰，杨婕睿，王卓月，王林波，严雯，罗重科，范俊秋，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：