本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，且特別涉及一種太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)MPPT控制方法。

背景技術(shù)：

全世界范圍內(nèi)能源危機(jī)促進(jìn)了光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展，為充分利用太陽(yáng)能，最大程度提高光伏電池能量轉(zhuǎn)換效率，發(fā)揮光伏器件效能，光伏發(fā)電系統(tǒng)普遍采用最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)方法，對(duì)光伏器件輸出功率加以控制，使其始終工作在最大功率點(diǎn)。根據(jù)MPPT方法的特征和具體實(shí)現(xiàn)的機(jī)理過(guò)程，將MPPT方法分為三大類(lèi)：①基于參數(shù)選擇方式的間接控制法；②基于采樣數(shù)據(jù)的直接控制法；③基于現(xiàn)代控制理論的人工智能方法。

①基于參數(shù)選擇方式的間接控制法主要包括恒定電壓法、開(kāi)路電壓比例系數(shù)法、短路電流比例系數(shù)法、差值計(jì)算方法等，這一類(lèi)方法簡(jiǎn)便易行，減少了工作點(diǎn)在遠(yuǎn)離最大功率點(diǎn)區(qū)域的追蹤時(shí)間，但對(duì)光伏組件的輸出特性有較強(qiáng)的依賴性，只能近似跟蹤最大功率點(diǎn)，效率較低。

②基于采樣數(shù)據(jù)直接控制法主要包括擾動(dòng)觀測(cè)法以及電導(dǎo)增量法等。擾動(dòng)觀測(cè)法具有控制邏輯清晰、測(cè)量參數(shù)少等優(yōu)點(diǎn)，在工程實(shí)踐中具有較強(qiáng)的應(yīng)用普遍性，但其在追蹤穩(wěn)定后存在振蕩問(wèn)題，具有一定功率損失，只能通過(guò)調(diào)節(jié)擾動(dòng)步長(zhǎng)來(lái)平衡跟蹤精度、速度，且在外界環(huán)境條件突變時(shí)，乃至出現(xiàn)誤判，致追蹤失效；電導(dǎo)增量法控制穩(wěn)定度高，當(dāng)外部環(huán)境參數(shù)變化時(shí)，系統(tǒng)能平穩(wěn)地追蹤其變化，且與光伏電池的特性及參數(shù)無(wú)關(guān)，但是對(duì)控制系統(tǒng)的要求相對(duì)較高，電壓初值對(duì)系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程中的追蹤性能有較大影響，若設(shè)置不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生較大功率損耗。

③現(xiàn)代控制理論的人工智能方法主要包括模糊理論MPPT方法、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)MPPT方法、滑膜控制MPPT方法，以及其他智能復(fù)合型方法等。模糊邏輯控制方法原有經(jīng)驗(yàn)和控制理論繪制列表對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，跟蹤速度快，達(dá)到最大功率點(diǎn)后波動(dòng)小，具有較好動(dòng)態(tài)及穩(wěn)態(tài)性能，但需事先經(jīng)過(guò)精確設(shè)定模糊集、隸屬函數(shù)形狀表等設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，難度較大，試驗(yàn)周長(zhǎng)，為提高方法速度，需高性能控制器，硬件成本高；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)MPPT方法建立的訓(xùn)練過(guò)程需要大量樣本數(shù)據(jù)，而組件種類(lèi)多，大多數(shù)參數(shù)不同，因此不同的系統(tǒng)需要進(jìn)行各自有針對(duì)性訓(xùn)練達(dá)數(shù)月或數(shù)年之久；滑膜控制MPPT 方法在于控制的不連續(xù)性，系統(tǒng)追蹤速度快，但開(kāi)關(guān)的不斷調(diào)節(jié)會(huì)影響系統(tǒng)動(dòng)、穩(wěn)態(tài)性能，當(dāng)步長(zhǎng)大時(shí)，輸出電壓、功率波動(dòng)較大。

因此，間接、直接MPPT控制法，控制方法簡(jiǎn)單、被測(cè)參數(shù)少，跟隨外界環(huán)境變化，但實(shí)際應(yīng)用中在最大功率點(diǎn)附近擾動(dòng)較大，且容易受環(huán)境影響，魯棒性差，功率損耗大。人工智能方法其魯棒性、靈活性和適合性較好，但方法復(fù)雜，易陷入局部最優(yōu)，設(shè)備成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)MPPT控制方法，解決現(xiàn)有MPPT控制方法計(jì)算過(guò)于麻煩，設(shè)備成本較高的問(wèn)題。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)MPPT控制方法，包括以下步驟：

選取太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的一個(gè)輸出點(diǎn)作為追蹤點(diǎn)，獲取該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的追蹤電流I1、追蹤電壓U1、當(dāng)前追蹤點(diǎn)的電導(dǎo)值dU/dI；

利用所述追蹤電流I1、電導(dǎo)值dU/dI獲取參考電壓Vref；

判斷參考電壓與追蹤電壓U1是否相等，若否，則改變太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的追蹤點(diǎn)來(lái)形成新的追蹤電壓，重新進(jìn)行追蹤。

可選的，所述若否，則改變光伏系統(tǒng)的追蹤點(diǎn)來(lái)形成新的追蹤電壓的具體步驟包括：

若參考電壓大于追蹤電壓U1，則改變追蹤點(diǎn)使得新的追蹤點(diǎn)對(duì)應(yīng)的追蹤電壓U1變大；

若參考電壓小于追蹤電壓U1，則改變追蹤點(diǎn)使得新的追蹤點(diǎn)對(duì)應(yīng)的追蹤電壓U1變小。

可選的，還包括，若參考電壓與追蹤電壓U1相等，則表征所述追蹤電壓U1已位于太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸出電壓的附近，保持太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的追蹤點(diǎn)不變。

可選的，所述參考電壓Vref的公式為：Vref=I1*dU/dI。

可選的，利用PID控制方法對(duì)改變光伏系統(tǒng)的追蹤點(diǎn)來(lái)形成新的追蹤電壓，具體方法包括：在太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的輸入端與輸出端間加一電容，如果參考電壓小于追蹤電壓U1，使輸出功率大于光伏當(dāng)前功率，電容會(huì)輸出能量而使電壓下降；如果參考電壓大于追蹤電壓U1，使輸出功率小于光伏當(dāng)前功率，電容會(huì)因充電而使電壓上升，從而改變追蹤電壓。

可選的，利用模糊PID控制方法對(duì)改變光伏系統(tǒng)的追蹤點(diǎn)來(lái)形成新的追蹤電壓。

可選的，所述模糊PID控制方法具體包括：直接將Boost電路占空比作為控制變量，在模糊控制基礎(chǔ)上加入了PID控制，在大偏差范圍內(nèi)采用模糊控制進(jìn)行快速響應(yīng)調(diào)整，在小偏差范圍內(nèi)的精度調(diào)整采用PID控制，兩種算法通過(guò)閾值比較的方式進(jìn)行切換。

可選的，所述模糊控制器基于擾動(dòng)觀察法，根據(jù)功率值的變化量和前一時(shí)刻的占空比調(diào)整步長(zhǎng)，來(lái)決定本時(shí)刻的占空比調(diào)整步長(zhǎng)。

可選的，所述閾值比較切換為一個(gè)開(kāi)關(guān)函數(shù)，其中k1、k2是設(shè)定的模糊控制器和PID控制器的轉(zhuǎn)換閾值，當(dāng)滿足k1＜dP/dD＜k2時(shí)，采用PID控制，其余采用模糊控制。

本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果在于：

本發(fā)明由于只需要獲取當(dāng)前一個(gè)追蹤點(diǎn)的三個(gè)參數(shù)值，將計(jì)算出的參考電壓與檢測(cè)獲取的追蹤電壓進(jìn)行比較就能非常容易地確定，當(dāng)前太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸出電壓是大于當(dāng)前追蹤電壓還是小于當(dāng)前追蹤電壓，便于調(diào)整，控制方法簡(jiǎn)單，且對(duì)硬件要求低。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)MPPT控制方法的流程示意圖；

圖2為太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的輸出特性曲線。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例。

本發(fā)明實(shí)施例首先提供了一種太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)MPPT控制方法，請(qǐng)參考圖1，包括以下步驟：

步驟S101，選取太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的一個(gè)輸出點(diǎn)作為追蹤點(diǎn)，獲取該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的追蹤電流I1、追蹤電壓U1、當(dāng)前追蹤點(diǎn)的電導(dǎo)值dU/dI；

步驟S102，利用所述追蹤電流I1、電導(dǎo)值dU/dI獲取參考電壓Vref；

步驟S103，判斷參考電壓與追蹤電壓U1是否相等，

若否，則步驟S104，改變太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的追蹤點(diǎn)來(lái)形成新的追蹤電壓，重新進(jìn)行追蹤；

若是，則步驟S105，則表征所述追蹤電壓U1已位于太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸出電壓的附近，保持太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的追蹤點(diǎn)不變。

具體的，執(zhí)行步驟S101，任意選取太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的一個(gè)輸出點(diǎn)作為追蹤點(diǎn)，獲取該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的追蹤電流I1、追蹤電壓U1、當(dāng)前追蹤點(diǎn)的電導(dǎo)值dU/dI。

由于太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的輸出電壓通常具有紋波，所述追蹤點(diǎn)對(duì)應(yīng)的追蹤電流I1為對(duì)應(yīng)紋波一個(gè)控制周期T內(nèi)的平均電流，所述追蹤點(diǎn)對(duì)應(yīng)的追蹤電流U1為對(duì)應(yīng)紋波一個(gè)控制周期T內(nèi)的平均電壓。

在本實(shí)施例中，在一個(gè)控制周期T內(nèi)，dU為當(dāng)前周期最大電壓值減最小電壓值dU=Umax-Umin,dI為當(dāng)前周期最小電流值減最大電流值在dI=Imin-Imax，通過(guò)上述計(jì)算獲得dU、dI來(lái)獲得當(dāng)前追蹤點(diǎn)的電導(dǎo)值。

在其他實(shí)施例中，也可以選取上一次追蹤過(guò)的太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸出電壓作為本次的起始追蹤電壓。

執(zhí)行步驟S102，利用所述追蹤電流I1、電導(dǎo)值dU/dI獲取參考電壓Vref。

所述參考電壓Vref的計(jì)算公式為：

Vref=-I1*dU/dI

所述I1為當(dāng)前追蹤點(diǎn)對(duì)應(yīng)的追蹤電流I1、dU/dI為當(dāng)前追蹤點(diǎn)的電壓、電流的電導(dǎo)值。

執(zhí)行步驟S103，判斷參考電壓與追蹤電壓U1是否相等，若否，則執(zhí)行步驟S104，改變太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的追蹤點(diǎn)來(lái)形成新的追蹤電壓，重新進(jìn)行追蹤；若是，則執(zhí)行步驟S105，則表征所述追蹤電壓U1已位于太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸出電壓的附近，保持太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的追蹤點(diǎn)不變。

由于從圖2的太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的輸出特性曲線P-U曲線可知，在太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)(MPP）處斜率為零，即：

Pmax=UI （1）

dP/dU=I+U*dI/dU=0 （2）

dU/dI=-U/I （3）

U=-I*dU/dI （4）

從上述的公式（4）可以看出，當(dāng)處于太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)(MPP）處時(shí)，U=-I*dU/dI，當(dāng)追蹤電壓U1不斷靠近根據(jù)上述公式（4）獲取的參考電壓，直到兩者相等，表征當(dāng)前的追蹤電壓U1已位于太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸出電壓的附近，保持太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的追蹤點(diǎn)不變，當(dāng)由于環(huán)境的變化，太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)發(fā)生偏移時(shí)，通過(guò)比較追蹤電壓和參考電壓，當(dāng)發(fā)現(xiàn)兩者重新變得不相同時(shí)，繼續(xù)對(duì)追蹤電壓進(jìn)行調(diào)整，直到找到新一輪的最大功率點(diǎn)。

當(dāng)檢測(cè)到追蹤電壓和參考電壓不相同，且需要通過(guò)不斷地調(diào)整追蹤電壓U1使得追蹤電壓U1持續(xù)地接近對(duì)應(yīng)的參考電壓。

從太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的輸出特性曲線I-U曲線可知，隨著電壓的增加，dU/dI的絕對(duì)值是持續(xù)增長(zhǎng)的，因此只要通過(guò)調(diào)整追蹤電壓U1不斷地向計(jì)算出的參考電壓靠攏，就能最終獲取到太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸出電壓。

因此，在本發(fā)明實(shí)施例中，若計(jì)算獲取的參考電壓Vref大于追蹤電壓U1，則改變追蹤點(diǎn)使得新的追蹤點(diǎn)對(duì)應(yīng)的追蹤電壓U1變大；

若參考電壓Vref小于追蹤電壓U1，則改變追蹤點(diǎn)使得新的追蹤點(diǎn)對(duì)應(yīng)的追蹤電壓U1變小。

在傳統(tǒng)電導(dǎo)增量法中，假設(shè)改變前后的追蹤點(diǎn)的步長(zhǎng)因子為△u，則△u的取值與能否很好實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤關(guān)系緊密。若△u設(shè)置太大，導(dǎo)致跟蹤精度不夠，太陽(yáng)能電池工作點(diǎn)雖然能夠在最大功率點(diǎn)附近，卻無(wú)法對(duì)最大功率點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確鎖定；反之若△u取值太小，雖然提高了跟蹤精度，但是跟蹤速度卻很慢，系統(tǒng)將損失較多能量。

而在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)檢測(cè)到追蹤電壓和參考電壓不相同時(shí)，在追蹤電壓和參考電壓之間選取一個(gè)值重新作為新的追蹤電壓，其中，所述新的追蹤電壓可以為追蹤電壓和參考電壓的平均值，也可以為參考電壓本身，由于當(dāng)有較大偏差范圍時(shí)，追蹤電壓和參考電壓相差也就較大，當(dāng)有較小偏差范圍時(shí)，追蹤電壓和參考電壓相差也就較小，從而能夠自動(dòng)地調(diào)節(jié)步長(zhǎng)因子△u的大小，既滿足了對(duì)跟蹤精度的要求，有滿足對(duì)跟蹤速度的要求，避免系統(tǒng)損失較多能量。

在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，在太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的輸入端與輸出端間加一電容，如果參考電壓小于追蹤電壓U1，使輸出功率大于光伏當(dāng)前功率，電容會(huì)輸出能量而使電壓下降；如果參考電壓大于追蹤電壓U1，使輸出功率小于光伏當(dāng)前功率，電容會(huì)因充電而使電壓上升，從而改變追蹤電壓。

進(jìn)一步分析，當(dāng)追蹤電壓大于參考電壓，只能提高輸出功率，減小電壓達(dá)到光伏當(dāng)前功率增大；當(dāng)追蹤電壓小于參考電壓，只能減小輸出功率達(dá)到比光伏當(dāng)前功率還要低時(shí)，才會(huì)對(duì)電容充電增大電壓達(dá)到光伏當(dāng)前功率增大；所以輸出功率增量dP應(yīng)該于（U1- Vref）成比例關(guān)系。

考慮電容C的能量與功率增量關(guān)系

dP*T=E=(1/2)*C*U1*U1-(1/2)*C*Vref*Vref;

推導(dǎo)出

dP=（C/2T）*(U1*U1-Vref*Vref)，

v.err = v.Ref - v.Fbk;

v.up = v.err*v.Kp;

v.ui = v.Ki*v.up+ v.i1;

v.i1 = v.ui;

v.Out= v.up + v.ui;

其中T為控制周期,dP就是功率誤差。對(duì)P功率進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，vRef為U1*U1, v.Fbk為Vref*Vref，v.Out為輸出功率，v.err為誤差，v.Kp為比例參數(shù)，v.Ki為積分參數(shù)，V.up為比例值，v.ui 當(dāng)前積分值，v.i1上次積分值。

最終獲取的v.Out即為調(diào)整后的輸出功率，利用改變所述輸出功率改變對(duì)應(yīng)的電容電壓，所述電容電壓即為追蹤電壓。

在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，利用模糊PID控制方法對(duì)改變光伏系統(tǒng)的追蹤點(diǎn)來(lái)形成新的追蹤電壓。所述模糊PID控制方法具體包括：在模糊控制基礎(chǔ)上加入了PID控制，在大偏差范圍內(nèi)采用模糊控制進(jìn)行快速響應(yīng)調(diào)整，在小偏差范圍內(nèi)的精度調(diào)整采用PID控制，兩種算法通過(guò)閾值比較的方式進(jìn)行切換，所述閾值比較切換為一個(gè)開(kāi)關(guān)函數(shù)，其中k1、k2是設(shè)定的模糊控制器和PID控制器的轉(zhuǎn)換閾值，當(dāng)滿足k1＜dP/dD＜k2時(shí)，采用PID控制，其余采用模糊控制。

其中，所述模糊控制器基于擾動(dòng)觀察法，根據(jù)功率值的變化量和前一時(shí)刻的占空比調(diào)整步長(zhǎng)因子，來(lái)決定本時(shí)刻的占空比調(diào)整步長(zhǎng)因子。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。特別指出，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。