(3-3)求基于一個(gè)采樣周期，（k+l)T時(shí)刻的預(yù)測(cè)功率P'（k) :P'（k)= 2P(k+1/2)-P(k)；
[0070] (3-4)在（k+1/2) T時(shí)刻，對(duì)光伏電池輸出電壓施加正的常值擾動(dòng)Δ U，并且在 (k+1) T時(shí)刻采樣，將采樣得到的電壓和輸出功率分別記為U (k+1)、P (k+1);
[0071] (3_5)P'（k)和P(k+1)為同一光照強(qiáng)度下P-U特性曲線上電壓擾動(dòng)前后的輸 出功率值，如果P'（k)-P (k+Ι)彡ε ( ε為較小的正常值，取ε = 〇.〇6)，說(shuō)明對(duì)光伏 電池施加正的常值擾動(dòng)AU后，光伏電池的輸出功率減小，則電壓擾動(dòng)步長(zhǎng)為負(fù)；如果 P (k+1)-P'（k)彡ε (ε為較小的正常值，取ε =〇.〇6)，說(shuō)明對(duì)光伏電池施加正的常值擾 動(dòng)AU后，光伏電池的輸出功率增加，則電壓擾動(dòng)步長(zhǎng)為正。
[0072] 步驟（4)中，根據(jù)電壓擾動(dòng)步長(zhǎng)的正負(fù)，跟蹤光伏電池的最大功率點(diǎn)的具體方法 如下：
[0073] 若電壓擾動(dòng)步長(zhǎng)為負(fù)，減小光伏電池的輸出電壓，直到|P'（k)_P(k+l) |〈 ε ( ε 為較小的常值，取ε =0.06)，若電壓擾動(dòng)步長(zhǎng)為正，增加光伏電池的輸出電壓，直到 P'（k)_P(k+l)|〈e (ε為較小的正常值，取ε =〇.〇6)，此時(shí)光伏電池工作在最大功率點(diǎn) 處，此時(shí)的P'（k)和P(k+1)近似為光伏電池的最大輸出功率。
[0074] 參照?qǐng)D1，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方法的具體流程如下：
[0075] 步驟01 :在kT時(shí)刻，測(cè)量光伏電池仿真模型的輸出電流Ik和輸出電壓U k，計(jì)算相 應(yīng)的輸出功率Pk;
[0076] 步驟02 :在（k+l/2)T時(shí)刻，測(cè)量光伏電池仿真模型的的輸出電流I (k+1/2)和輸 出電壓U (k+1/2)，計(jì)算相應(yīng)的的輸出功率P (k+1/2);
[0077] 步驟03 :根據(jù)公式P'（k) = 2P(k+l/2)_P(k)計(jì)算出（k+l)T時(shí)刻光伏電池的預(yù)測(cè) 功率P'（k);
[0078] 步驟04 :在（k+1/2) T施加擾動(dòng)AU，根據(jù)公式Uref= Uref+Λ U (Uref表示光伏電池 的輸出電壓，AU表不正的常值擾動(dòng)），求出下一時(shí)刻光伏電池的輸出電壓；
[0079] 步驟05 :在（k+1) T時(shí)刻，測(cè)量施加擾動(dòng)后的光伏電池的輸出電壓U (k+Ι)和輸出 電流I (k+1)，計(jì)算（k+1) T時(shí)刻，輸出功率P (k+1);
[0080] 步驟06 :判斷未加擾動(dòng)（k+1) T時(shí)刻的預(yù)測(cè)功率P'（k)與加擾動(dòng)后（k+1) T時(shí)刻實(shí) 際測(cè)得的功率P (k+Ι)的差值大小，如果滿足I P'（k)-P (k+Ι) |〈 ε ( ε為較小的正常值，取ε =0. 06)，則已跟蹤到最大功率點(diǎn)，跟蹤結(jié)束，若不滿足|P'（k)_P(k+l) |〈 ε ( ε為較小的正 常值，取ε = 〇. 06)，執(zhí)行步驟07 ;
[0081] 步驟07 :判斷未加擾動(dòng)（k+1) T時(shí)刻的預(yù)測(cè)功率P'（k)與加擾動(dòng)后（k+1) T時(shí)刻實(shí) 際測(cè)得的功率P (k+1)的大小關(guān)系，確定下一步擾動(dòng)方向；
[0082] 步驟08:根據(jù)最優(yōu)梯度法確定擾動(dòng)步長(zhǎng)的大小，結(jié)合功率預(yù)測(cè)法確定的擾動(dòng)方 向，決定下一時(shí)刻光伏電池的輸出電壓，若滿足P(k+l)_P'（k)多ε (ε為較小的正常值，取 ε = 0. 06)，則光伏電池輸出參考電壓
（Uraf表示光伏 電池的輸出電壓，P'（k)表示未加擾動(dòng)（k+1) T時(shí)刻的預(yù)測(cè)功率，P (k+Ι)表示加擾動(dòng)后（k+1) T時(shí)刻實(shí)際測(cè)得的功率，U(k+1)表示施加擾動(dòng)后（k+l)T時(shí)刻的輸出電壓，U(k)表示未施加 擾動(dòng)kT時(shí)刻的輸出電壓，&為電壓擾動(dòng)系數(shù)）；若不滿足判斷條件，則光伏電池輸出參考電 J3
(Uraf表不光伏電池的輸出電壓，P'（K)表不未加擾動(dòng) (k+l)T時(shí)刻的預(yù)測(cè)功率，P(k+1)表示加擾動(dòng)后（k+l)T時(shí)刻實(shí)際測(cè)得的功率，U(k+1)表示 施加擾動(dòng)后（k+1) T時(shí)刻的輸出電壓，U (k)表不未施加擾動(dòng)kT時(shí)刻的輸出電壓，ak為電壓 擾動(dòng)系數(shù)）；
[0083] 步驟09:返回步驟01。
[0084] 本發(fā)明的最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)在于：電壓擾動(dòng)步長(zhǎng)的確定和 功率預(yù)測(cè)；與傳統(tǒng)的擾動(dòng)觀測(cè)法采用定常數(shù)電壓擾動(dòng)步長(zhǎng)不同，本發(fā)明中的擾動(dòng)步長(zhǎng)是根 據(jù)最優(yōu)梯度法確定的，屬于變步長(zhǎng)，即根據(jù)光伏電池的輸出功率隨輸出電壓的變化率來(lái)確 定電壓擾動(dòng)步長(zhǎng)，故電壓擾動(dòng)步長(zhǎng)為
4為電壓擾動(dòng)系數(shù)，取ak = 0. 01，P表不輸出功率，U表不輸出電壓，14表不kT時(shí)刻的輸出電壓，由于導(dǎo)數(shù)運(yùn)算比較復(fù) 雜，可用
來(lái)代替導(dǎo)數(shù)運(yùn)算，A P代表光伏電池輸出功率變化量，A U代表 光伏電池輸出電壓變化量；光伏電池每個(gè)時(shí)刻接受的光照強(qiáng)度都在逐漸變化，需要利用功 率預(yù)測(cè)來(lái)預(yù)測(cè)某一時(shí)刻只有光照發(fā)生變化時(shí)光伏電池的輸出功率，將此輸出功率預(yù)測(cè)值與 此時(shí)刻實(shí)際得到的輸出功率進(jìn)行比較，確定電壓擾動(dòng)的方向，電壓擾動(dòng)的大小可根據(jù)最優(yōu) 梯度法確定。
[0085] 為了解決上述問(wèn)題，本文在已有算法的基礎(chǔ)上，引入最優(yōu)梯度法和功率預(yù)測(cè)算法， 可以有效避免誤判的發(fā)生，同時(shí)兼顧跟蹤速度和跟蹤進(jìn)度。
[0086] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行各種修改和變型，倘若這些修改和變 型在本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則這些修改和變型也在本發(fā)明的保護(hù)范圍 之內(nèi)。
[0087] 說(shuō)明書(shū)中未詳細(xì)描述的內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于最優(yōu)梯度變步長(zhǎng)的最大功率點(diǎn)跟蹤控制與預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以 下步驟： (1)在仿真平臺(tái)中搭建光伏電池仿真模型； ⑵測(cè)量光伏電池仿真模型的輸出電壓和輸出電流，根據(jù)最優(yōu)梯度法確定跟蹤步長(zhǎng)，即 電壓擾動(dòng)步長(zhǎng)； (3) 利用功率預(yù)測(cè)算法確定跟蹤步長(zhǎng)的方向，即電壓擾動(dòng)步長(zhǎng)的正負(fù)； (4) 根據(jù)電壓擾動(dòng)步長(zhǎng)的正負(fù)，跟蹤光伏電池的最大功率點(diǎn)。2. 如權(quán)利要求1所述的基于最優(yōu)梯度變步長(zhǎng)的最大功率點(diǎn)跟蹤控制與預(yù)測(cè)方法，其特 征在于：所述步驟（1)中，在仿真平臺(tái)中搭建光伏電池仿真模型的具體方法如下： (1-1)利用在標(biāo)準(zhǔn)溫度、標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度S"f下的短路電流Is。、開(kāi)路電壓U。。、最大工 作電流1"以及最大工作電壓U"，得到光伏電池標(biāo)準(zhǔn)工況下輸出特性的工程計(jì)算模型：其中，L表示的光伏電池的輸出電流，Is。表示在標(biāo)準(zhǔn)溫度標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度S"f下 的短路電流，（^和C2是設(shè)定的中間參數(shù)，表示在標(biāo)準(zhǔn)溫度標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度S"f下的最 大工作電壓，表示在標(biāo)準(zhǔn)溫度標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度S"f下的開(kāi)路電壓，I"表示在標(biāo)準(zhǔn)溫度 Traf、標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度Sraf下的最大工作電流，T表示環(huán)境溫度，T表示標(biāo)準(zhǔn)溫度，T取25°C， AT表示環(huán)境溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度的差值，S表示實(shí)際光照強(qiáng)度，S"f表示標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度，S取 lOOOw/m2,AS表示實(shí)際光照強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度的差值； (1-2)按公式（6)-(9)計(jì)算一般工況下的短路電流I's。、開(kāi)路電壓U'。。、最大工作電流 1'"以及最大工作電壓U'U'n=Ml-yAT)ln(l+PAS) (9) 其中，I's。表示一般工況下的短路電流，Is。表示在標(biāo)準(zhǔn)溫度Traf、標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度Sraf下的 短路電流，S表示實(shí)際光照強(qiáng)度，S"f表示標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度，AT表示環(huán)境溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度的差 值，a是常數(shù)，取a= 0.0025,U'。。表示一般工況下的開(kāi)路電壓，U。。表示在標(biāo)準(zhǔn)溫度 標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度s"f下的開(kāi)路電壓，AS表示實(shí)際光照強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度的差值，e和Y是常數(shù)，取0 = 0. 5，y= 0. 0028,I'm表示一般工況下的最大工作電流，Im表示在標(biāo)準(zhǔn)溫 度T"f、標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度S"f下的最大工作電流，U' "表示一般工況下的最大工作電壓，U"表示 在標(biāo)準(zhǔn)溫度T"f、標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度S"f下的最大工作電壓； (1-3)根據(jù)公式（1)-(9)建立光伏陣列模型； (1-4)根據(jù)光伏陣列模型，在Matlab/Simulink仿真平臺(tái)中搭建光伏電池仿真模型。3. 如權(quán)利要求1或2所述的基于最優(yōu)梯度變步長(zhǎng)的最大功率點(diǎn)跟蹤控制與預(yù)測(cè)方法， 其特征在于：所述步驟（2)中，測(cè)量光伏電池仿真模型的輸出電壓和輸出電流，根據(jù)最優(yōu)梯 度法確定跟蹤步長(zhǎng)的具體方法如下： (2-1)在kT時(shí)刻，測(cè)量光伏電池仿真模型的輸出電流Ik和輸出電壓Uk，計(jì)算相應(yīng)的輸 出功率Pk; (2-2)利用步驟（2-1)中的UjPPk，結(jié)合最優(yōu)梯度法的定義，確定跟蹤步長(zhǎng)&，即電壓 擾動(dòng)步長(zhǎng)；其中，ak為電壓擾動(dòng)系數(shù)，ak= 0. 01，P表示輸出功率， U表不輸出電壓，隊(duì)表不kT時(shí)刻的輸出電壓。4. 如權(quán)利要求1-3之一所述的基于最優(yōu)梯度變步長(zhǎng)的最大功率點(diǎn)跟蹤控制與預(yù)測(cè)方 法，其特征在于：所述步驟（3)中，利用功率預(yù)測(cè)算法確定電壓擾動(dòng)步長(zhǎng)的正負(fù)的具體方法 如下： (3-1)在kT時(shí)刻，光照強(qiáng)度為S、未加擾動(dòng)下，檢測(cè)光伏電池的輸出電壓U(k)和輸出功 率P(k); (3-2)在（k+l/2)T時(shí)刻，繼續(xù)采樣，采樣得到的輸出功率記為P(k+l/2); (3-3)求基于一個(gè)采樣周期，（k+l)T時(shí)刻的預(yù)測(cè)功率P'（k) :P'（k)= 2P(k+l/2)-P(k)； (3-4)在（k+l/2)T時(shí)刻，對(duì)光伏電池輸出電壓施加正的常值擾動(dòng)AU，并且在（k+l)T時(shí)刻采樣，將采樣得到的電壓和輸出功率分別記為U(k+1)、P(k+1); (3-5)如果P'（k)_P(k+l)彡e，e= 0. 06,則電壓擾動(dòng)步長(zhǎng)為負(fù)；如果P(k+l)_P'（k)彡e，e= 0. 06,則電壓擾動(dòng)步長(zhǎng)為正。5. 如權(quán)利要求1-4之一所述的基于最優(yōu)梯度變步長(zhǎng)的最大功率點(diǎn)跟蹤控制與預(yù)測(cè)方 法，其特征在于：所述步驟（4)中，根據(jù)電壓擾動(dòng)步長(zhǎng)的正負(fù)，跟蹤光伏電池的最大功率點(diǎn) 的具體方法如下： 若電壓擾動(dòng)步長(zhǎng)為負(fù)，減小光伏電池的輸出電壓，直到|P'（k)_P(k+l)|〈e，e= 0.06,若電壓擾動(dòng)步長(zhǎng)為正，增加光伏電池的輸出電壓，直到|P'（k)_P(k+l)|〈e，e= 0.06,此時(shí)光伏電池工作在最大功率點(diǎn)處，此時(shí)的P'（k)和P(k+1)近似為光伏電池的最大 輸出功率。
【專利摘要】基于最優(yōu)梯度變步長(zhǎng)的最大功率點(diǎn)跟蹤控制與預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：（1）在仿真平臺(tái)中搭建光伏電池仿真模型；（2）測(cè)量光伏電池仿真模型的輸出電壓和輸出電流，根據(jù)最優(yōu)梯度法確定跟蹤步長(zhǎng)，即電壓擾動(dòng)步長(zhǎng)；（3）利用功率預(yù)測(cè)算法確定跟蹤步長(zhǎng)的方向，即電壓擾動(dòng)步長(zhǎng)的正負(fù)；（4）根據(jù)電壓擾動(dòng)步長(zhǎng)的正負(fù)，跟蹤光伏電池的最大功率點(diǎn)。本發(fā)明能夠同時(shí)兼顧跟蹤速度和跟蹤進(jìn)度，避免發(fā)生誤判斷。
【IPC分類】G05F1/67
【公開(kāi)號(hào)】CN105116959
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510613286
【發(fā)明人】何怡剛, 邱星星, 項(xiàng)勝
【申請(qǐng)人】合肥河野電子科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年9月22日