本发明专利技术公开了太阳能光伏发电技术领域中一种光伏发电系统最大功率跟踪方法及装置。本发明专利技术装置包括MPPT控制器、温度传感器、电压传感器、电流传感器、功率管、DC-DC变换器、二极管、第一电容、第二电容、第一驱动模块和第二驱动模块等部分；首先采集光伏电池的开路电压和电池温度，利用支持向量机预测模型得到最大功率点对应的电压的预测值；之后通过比例积分控制器调节DC-DC变换器的脉冲宽度调制的占空比，使得实际工作电压快速达到最大功率点对应的电压的预测值；并以最大功率点对应的电压的预测值为初始值，采用扰动观察法以指定的扰动步长跟踪光伏电池的最大功率。本发明专利技术可以有效地提高光伏发电系统的发电效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太阳能光伏发电
，尤其涉及一种光伏发电系统最大功率跟踪方法及装置。
技术介绍
光伏发电具有无污染、无噪声、取之不尽、用之不竭等优点，且除阳光外无需其他生产材料，是一种具有广阔前景的绿色能源，在未来的供电系统中将占有重要的地位。光伏电池的输出功率与外界环境和负载情况有关，并且一定的外界环境和负载情况下存在唯一的最大功率点MPP。为了提高发电效率，需要在光伏电池和负载之间串联最大功率跟踪MPPT电路。目前光伏电池最大功率跟踪MPPT控制算法有很多种，它们各有优缺点，最常用的有恒定电压跟踪法CVT、扰动观察法P&0和增量电导法INC等。恒定电压跟踪法CVT具有实现简单，可靠性高的优点，但是只能固定在最大功率点MPP附近工作，当日照强度或者温度发生变化时，并不能实时的跟踪最大功率点MPP，因此存在一定的功率损失。扰动观察法P&0的实现相对容易，但是找到的工作点只能在MPP附近振荡运行，导致部分功率的损失。此外，初始值和扰动步长对跟踪的精度和速度都有较大的影响，有时会发生误判现象。增量电导法INC的思路与扰动观察法类似，其优点是计算相对准确，但是对测量的精度要求较高。此外，有研究人员通过训练BP神经网络模型来预测最大功率点MPP，以避免扰动观察法P&0中来回扰动所造成的功率损失。但是，受样本局限性和训练过程的影响，预测值与真实值之间难免存在一定的误差。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
中提到的现有光伏电池的最大输出功率跟踪方法存在不能实时跟踪、找不到最大功率点等不足，本专利技术提出了一种光伏发电系统最大功率跟踪装置及其使用方法。本专利技术的技术方案是，一种光伏发电系统最大功率跟踪装置，其特征是该装置包括MPPT控制器、温度传感器、电压传感器、电流传感器、功率管、DC-DC变换器、二极管、第一电容、第二电容、第一驱动模块和第二驱动模块；所述温度传感器与MPPT控制器连接；电压传感器的负极与待测电压负端连接、电压传感器的正极与待测电压正端连接、电压传感器的第一测量信号输出端与MPPT控制器连接；功率管的源极与电压传感器的正极连接、功率管的栅极与第一驱动模块连接；第一驱动模块与MPPT控制器连接；第一电容的一端与功率管的漏极连接、第一电容的另一端与待测电压负端连接；电流传感器的待测电流输入端与功率管的漏极连接、电流传感器的第二测量信号输出端与MPPT控制器连接；DC-DC变换器的电压输入端与电流传感器的待测电流输出端连接、DC-DC变换器的脉宽调制信号输入端与第二驱动模块连接；二极管的阳极与DC-DC变换器的电压输出端连接、二极管的阴极与第二电容连接；第二电容的另一端与待测电压负端连接；待测电压负端与地连接。 所述DC-DC变换器为Cuk电路。所述MPPT控制器为16位数字信号控制器dsPIC33FJ06GS101。所述电压传感器为LM8-P。所述电流传感器为LA25-NP。所述温度传感器为DS181d20。所述功率管为IRF4905。所述第一驱动模块和第二驱动模块为MCP14E3。一种使用权利要求1所述的装置测量光伏发电系统最大功率的方法，其特征是该方法包括以下步骤步骤1 采集光伏电池的开路电压V。。和电池温度T ；步骤2 在步骤1的基础上，利用支持向量机预测模型得到最大功率点对应的电压的预测值；步骤3 通过比例积分控制器调节DC-DC变换器的脉冲宽度调制的占空比，使得实际工作电压快速达到最大功率点对应的电压的预测值Vref ；步骤4 以最大功率点对应的电压的预测值为初始值，采用扰动观察法以指定的扰动步长跟踪光伏电池的最大功率；步骤5 当扰动观察法求得的扰动前后的功率差值大于等于设定阈值时，说明光伏电池的环境参数(日照强度E或电池温度T)发生了突变，重复步骤1至步骤4。本专利技术的优势在于当外界环境变化时，借助于预测模型可以直接将工作电压调节至最大功率点MPP的电压预测值Vref的附近，省去了扰动观察法P&0逐步试探的过程，从而提高了跟踪速度；另外，当电压预测值Vref为初值进行扰动观察法P&0时，由于电压预测值Vref已经接近最大功率点MPP对应的电压，故可以设置较小的扰动步长，从而有效的降低静态过程的功率损失。附图说明图1为本专利技术硬件结构图；图2为P&0算法流程图；图3为本专利技术方法的流程图；图4为本专利技术所述方法与常规P&0法的比较；图a为常规P&0方法；图b为本专利技术方法。具体实施例方式下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。一种光伏发电系统最大功率跟踪装置，其特征是该装置包括MPPT控制器、温度传感器、电压传感器DY(+HT-待测电压正端；-HT-待测电压负端；Ml-第一测量信号输出端)、电流传感器DL(IN-待测电流输入端；OUT-待测电流输出端；M2-第二测量信号输出端)、功率管Ql (S-源极；D-漏极；G-栅极),DC-DC变换器(Vi-电压输入端；Vo-电压输出端；PWM-脉宽调制信号输入端)、二极管D、第一电容Cl、第二电容C2、第一驱动模块和第二驱动模块；温度传感器与MPPT控制器连接；电压传感器DY的负极与待测电压负端连接、电压传感器DY的正极与待测电压正端连接、电压传感器DY的测量信号输出端与MPPT控制器连接；功率管Ql的源极与电压传感器的正极连接、功率管Ql的栅极与第一驱动模块连接；第一驱动模块与MPPT控制器连接；第一电容Cl的一端与功率管的漏极连接、第一电容Cl的另一端与待测电压负端连接；电流传感器DL的待测电流输入端与功率管的漏极连接、电流传感器DL的测量信号输出端与MPPT控制器连接；DC-DC变换器的电压输入端与电流传感器DL的待测电流输出端连接、DC-DC变换器的脉宽调制信号输入端与第二驱动模块连接； 二极管D的阳极与DC-DC变换器的电压输出端连接、二极管D的阴极与第二电容C2连接； 第二电容C2的另一端与待测电压负端连接；待测电压负端与地连接。MPPT控制器用于采集光伏电池的电压和电流以及温度，并通过输出PWM方波至 DC-DC变换器来改变光伏电池的工作点。通过在光伏电池与DC-DC变换器中间加入功率管， 利用一套电压传感器即可完成其工作电压与开路电压的采集。本专利技术训练了基于支持向量机SVM的预测模型，模型的输入为光伏电池的开路电压V。。和环境温度T，输出为最大功率点MPP电压预测值Vref。训练样本的收集和模型训练过程均基于本专利技术硬件装置实现。本专利技术的MPPT方法为支持向量机SVM预测模型结合扰动观察法P&0，方法分为以下步骤步骤1 采集光伏电池的开路电压V。。和电池温度T ；步骤2 利用支持向量机预测模型得到最大功率点对应的电压的预测值VMf ；步骤3 通过比例积分控制器调节DC-DC变换器的脉冲宽度调制的占空比，使得实际工作电压快速达到最大功率点对应的电压的预测值Vref ；步骤4 以最大功率点对应的电压的预测值为初始值，采用扰动观察法以指定的扰动步长跟踪光伏电池的最大功率；步骤5 当扰动观察法求得的扰动前后的功率差值大于等于设定阈值时，说明光伏电池的环境参数(日照强度E或电池温度T)发生了突变，重复步骤1至步本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种光伏发电系统最大功率跟踪装置，其特征是该装置包括：ＭＰＰＴ控制器、温度传感器、电压传感器、电流传感器、功率管、ＤＣ－ＤＣ变换器、二极管、第一电容、第二电容、第一驱动模块和第二驱动模块；所述温度传感器与ＭＰＰＴ控制器连接；电压传感器的负极与待测电压负端连接、电压传感器的正极与待测电压正端连接、电压传感器的第一测量信号输出端与ＭＰＰＴ控制器连接；功率管的源极与电压传感器的正极连接、功率管的栅极与第一驱动模块连接；第一驱动模块与ＭＰＰＴ控制器连接；第一电容的一端与功率管的漏极连接、第一电容的另一端与待测电压负端连接；电流传感器的待测电流输入端与功率管的漏极连接、电流传感器的第二测量信号输出端与ＭＰＰＴ控制器连接；ＤＣ－ＤＣ变换器的电压输入端与电流传感器的待测电流输出端连接、ＤＣ－ＤＣ变换器的脉宽调制信号输入端与第二驱动模块连接；二极管的阳极与ＤＣ－ＤＣ变换器的电压输出端连接、二极管的阴极与第二电容连接；第二电容的另一端与待测电压负端连接；待测电压负端与地连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：林永君，刘卫亮，马永光，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：13
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