光伏发电系统全局最大功率点跟踪方法及系统装置制造方法及图纸

一种光伏发电系统全局最大功率点跟踪方法及其系统装置，包括有光伏电池阵列的输出电压、电流检测电路及控制器，控制器内置有全局最大功率点跟踪控制算法程序；一ＢＯＯＳＴ电路；控制器的控制输出端经ＰＷＭ驱动电路控制ＢＯＯＳＴ电路；ＢＯＯＳＴ电路的输出接负载。跟踪方法是：获取光伏电池阵列的开路电压，输入初始化数值；启动系统，获得各采样时刻的光伏阵列电池的电压Ｖ和电流Ｉ并进行计算得到功率Ｐ；根据具体情况设置标志位Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ及决定在电压点的哪边进行扰动，将功率增量ΔＰ的绝对值与ΔＰ１和ΔＰ２做比较，根据实际情况自动调整以实现光伏电池阵列最大的输出功率，使系统具有较高的的电能转化效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力电子及自动控制
，尤其涉及一种太阳能光伏发电系统工作在复杂条件下的全局最大功率点跟踪方法及实现该方法的系统装置。
技术介绍
在太阳能光伏发电系统中，太阳能电池是最基本的环节，若要提高整个系统的效率必须要提高太阳能电池的转换效率，使其输出功率为最大。然而，太阳能光伏电池的P-v特性具有非线性，并且它随着外界环境(温度、日照强度、遮挡等)的变化而变化，所以不 好控制。但是，在某一特定的温度或日照强度总存在着一个最大功率点(Maximum Power Point, MPP)。因此，通过一定的算法加上相应的控制，可使太阳电池始终工作在MPP上，以 实现最大功率输出，提高电池的转换效率。 太阳能电池阵列的最大功率输出主要基于在变化的环境条件下调整负载曲线来完成，这也是目前所有最大功率跟踪方法的根本依据。因此随着温度和太阳强度的变化，要不断地调整输出负载工作点，使太阳能电池阵列一直处在对应的最大输出功率点上。 目前太阳能光伏发电系统常用的最大功率点跟踪(MPPT)方法有扰动观察法、电导增量法、定电压跟踪、功率回授法、最优梯度法、滞环比较法、间歇扫描法、模糊控制法、实时监控法、神经网络预测法以及功率匹配法。 MPPT在控制理论方面的研究主要集中在 (1)优化控制，即通过建立优化效率数学模型，构造求解方法，从而得出光伏发电 系统最大功率的输出； (2)模糊逻辑控制，它不需要调制输出电压从而避免了部分功率损失，通过定义输 入量及输出量并借助MATLAB工具箱中的模糊逻辑原理来完成MPPT的控制； (3)人工神经网络控制，在天气发生间歇性变化的情况下，使得系统的精度及稳定 性得到了提高，有效的输出最大功率； (4)自适应控制，针对固定步长寻优的缺点进行改进，能较快的跟踪太阳能光伏阵 列的最大功率，并具有较高的跟踪精度； (5) 二次插值法，虽然太阳能光伏电池的输出特性呈非线性，但是在某一时刻其输 出功率相对于占空比是连续可导的，有且仅有一个极点，因此采用二次插值法来进行最大 功率点跟踪具有较好的跟踪性能。 从最大功率点跟踪研究的进展来看，无论是电力电子技术应用方面还是在控制理 论方面，其研究基础都是基于两种方法之上，即扰动观察法、电导增量法。这些方法主要适应于p-v特性上存在单个峰值点情况，然而光伏发电系统的电池板在部分遮挡的条件下P-V特性曲线将存在多个局部最大功率点，所以常规的MPPT方法不能很好地适应在环境突 变，及其在部分遮挡(如云层、建筑物、植物等)等复杂条件下，光伏发电系统最大功率输出 的工作状况。因此设计快速的寻找全局最大功率点的方法是非常有意义的，同时设计能提 高光电转换效率又能降低成本的全局最大功率点跟踪装置是非常必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光伏发电系统全局最大功率点跟踪方法，该方法可以提 高太阳能电池的发电效率。 本专利技术的另一目的是提供一种结构简单、成本低并且具有较高太阳能电池发电效率的光伏发电系统全局最大功率点跟踪装置。 为实现上述目的，本专利技术采取以下设计方案 —种光伏发电系统全局最大功率点跟踪方法，其采用一光伏发电系统全局最大功 率点跟踪装置，该跟踪装置中具有光伏电池阵列的输出电压、输出电流检测电路，并具有一 内置全局最大功率点跟踪控制算法程序的控制器，控制器中带有定时器、A/D转换器和P丽 脉宽调制产生器，其P丽输出经M0S驱动电路控制一 BOOST单元电路，BOOST单元电路的输 出接负载；所述的方法步骤如下 1)系统初始化断开负载，获取光伏电池阵列的开路电压Voc，然后初始化光伏 发电系统全局最大功率点跟踪装置控制器的参数，其中光伏电池阵列给定电压值Vr = Voc*90% ;同时设定初始化数值用于A/D转换的定时器采样时间T、扰动单位步长AV、采 样次数First、光伏发电系统发生的最小局部最大功率点电压Vmin、光伏发电系统发生的 最大局部最大功率点Vmax、一个采样周期内正常的太阳能辐照变化所引起的光伏阵列输出 的功率的最大变化值A&和电池阵列所能承受的最大功率变化值AP2; 2)系统初始化后，将第一次采样时刻获得的光伏阵列电池的电压V和电流I进 行计算得到功率P1 ;并设置标志位Direction = _1，在此电压点左边进行扰动，设定Vr = V+AV承Direction ; 3)控制器的又一次采样时刻到，系统采集该采样时刻的光伏阵列电池的电压V和电流i，计算得到功率P，并计算!，将该值的结果与"o"比较，如果不等于零，则刷新设置标志位Direction的值，设Vr = V+ A V*Direction，等待下一个采样时刻到再重新进行该步骤的处理；如果；值等于零，则设置左扰标志Direction =-1 ，并将此点的电压V和功率P的值Vmaxjast和Pmax—last更新存入控制器的存储区，继续下步骤； 4)定时器继步骤3后的又一个采样时间刻到，控制器采集该采样时刻的光伏阵列 电池的电压V和电流I，计算得到功率P，计算并存储新的功率增量AP = P-PmaX_laSt ;将 功率增量AP的绝对值与AP工禾P A&做比较若AP工〈I AP| < A P2，则调用追踪GMPP 子程序的方法；若I AP|《AP工或I AP| > A&，返回方法步骤3进行新的一轮循环； 其中，所述的追踪GMPP子程序的方法步骤是 A)预先在该子程序的方法中设定光伏阵列电池的电压扰动次数n = 1 ; B)设置给定电压Vr = Vmax_last+n* A V*Direction ; C)当控制器的定时器又一次采样的时间到后，获得此时刻光伏阵列电池的电压V 和电流I，并计算此时刻的功率P ;将此次功率与前一次功率相减得到功率增量AP ; D)若AP: < I AP| < AP2，继续，否则First = 0，返回上述方法步骤3 ; E)判断标志位Direction的值，根据标志位Direction值的结果实行操作E-l) Direction = -1，且Vr大于Vmin，则继续下步骤F ; E-2)Direction = -1，且Vr不大于Vmin，则设置n = 1， Direction = 1， Vr = Vmaxjast后回到子程序方法步骤C ;E-3) Direction ^ —1，且Vr不小于Vmax，贝U First = 0，返回上述方法步骤3 ; E-4) Direction ^ -1，且Vr小于Vmax，则继续下步骤F ;d尸 d尸 F)计算斜率dP/dV、 A>e"/o" x;，根据A>e"/o" x:值的结果进行操作d尸 F-l)若D/""/o"x:不大于零，则设定n = n+l，即将扰动步长加1，回到子程序方法步骤B ; F-2)若D^"/cw x——大于零，继续下步骤G ; G)根据dP/dV值的结果进行操作 G-l) dP/dV大于零，则设置标志位Direction = 1，继续下步骤H ; G-2) dP/dV小于零，则设置标志位Direction = _1，继续下步骤H ; G-3) : = 0 ，则将此点的功率P、电压值V作为Pmax_ne本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏发电系统全局最大功率点跟踪方法，其采用一光伏发电系统全局最大功率点跟踪装置，该跟踪装置中具有光伏电池阵列的输出电压、输出电流检测电路，并具有一内置全局最大功率点跟踪控制算法程序的控制器，控制器中带有定时器、Ａ／Ｄ转换器和ＰＷＭ脉宽调制产生器，其ＰＷＭ输出经ＭＯＳ驱动电路控制一ＢＯＯＳＴ单元电路，ＢＯＯＳＴ单元电路的输出接负载；其特征在于所述的方法步骤如下：１）系统初始化：断开负载，获取光伏电池阵列的开路电压Ｖｏｃ，然后初始化光伏发电系统全局最大功率点跟踪装置控制器的参＝－１，且Ｖｒ大于Ｖｍｉｎ，则继续下步骤Ｆ；Ｅ－２）Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ＝－１，且Ｖｒ不大于Ｖｍｉｎ，则设置ｎ＝１，Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ＝１，Ｖｒ＝Ｖｍａｘ＿ｌａｓｔ后回到子程序方法步骤Ｃ；Ｅ－３）Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ≠－１，且Ｖｒ不小于Ｖｍａｘ，则Ｆｉｒｓｔ＝０，返回方法步骤３；Ｅ－４）Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ≠－１，且Ｖｒ小于Ｖｍａｘ，则继续下步骤Ｆ；Ｆ）计算斜率ｄＰ／ｄＶ、Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ×ｄＰ／ｄＶ，根据Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ×ｄＰ／ｄＶ值的结果进行操作：Ｆ－１）若Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ×ｄＰ／ｄＶ不大于零，则设定ｎ＝ｎ＋１，即将扰动步长加１，回到子程序方法步骤Ｂ；Ｆ－２）若Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ×ｄＰ／ｄＶ大于零，继续下步骤Ｇ；Ｇ）根据ｄＰ／ｄＶ值的结果进行操作：Ｇ－１）ｄＰ／ｄＶ大于零，则设置标志位Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ＝１，继续下步骤Ｈ；Ｇ－２）ｄＰ／ｄＶ小于零，则设置标志位Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ＝－１，继续下步骤Ｈ；Ｇ－３）ｄＰ／ｄＶ＝０，则将此点的功率Ｐ、电压值Ｖ作为Ｐｍａｘ＿ｎｅｗ、Ｖｍａｘ＿ｎｅｗ存入控制器的存储器，并进一步判断：Ｇ－３－１）Ｐｍａｘ＿ｎｅｗ不大于Ｐｍａｘ＿ｌａｓｔ，且标志位Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ＝１，则Ｆｉｒｓｔ＝０，返回上述方法步骤３；Ｇ－３－２）Ｐｍａｘ＿ｎｅｗ不大于Ｐｍａｘ＿ｌａｓｔ，且标志位Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ≠１，则设定ｎ＝１、Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ＝１和Ｖｒ＝Ｖｍａｘ＿ｌａｓｔ，返回到子程序方法步骤Ｂ；Ｇ－３－３）Ｐｍａｘ＿ｎｅｗ大于Ｐｍａｘ＿ｌａｓｔ，则设定ｎ＝１、Ｐｍａｘ＿ｌａｓｔ＝Ｐｍａｘ＿ｎｅｗ和Ｖｍａｘ＿ｌａｓｔ＝Ｖｍａｘ＿ｎｅｗ后返回到回到子程序方法步骤Ｂ；Ｈ）设置Ｖｒ＝Ｖ＋ΔＶ＊Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，当用于Ａ／Ｄ转换的定时器采样时间到后，系统采集此时刻光伏阵列电池的电压Ｖ和电流Ｉ，并计算此时刻的功率Ｐ；将此次功率与前...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：廉小亲，张晓力，于重重，段振刚，解欣业，吴军，王伟，岳朋，邓晶，
申请(专利权)人：北京工商大学，威海中玻光电有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]