一種最大功率點(diǎn)的跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明實施例設(shè)及光伏發(fā)電技術(shù)，尤其設(shè)及一種最大功率點(diǎn)的跟蹤方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光伏太陽能板最大功率跟蹤方法（MPPT) -直是光伏發(fā)電領(lǐng)域研究的難點(diǎn)和熱 點(diǎn)。光伏電池的輸出功率受溫度、光照和負(fù)載的影響，并且呈非線性關(guān)系。為了最大程度的 提高光電轉(zhuǎn)換效率，充分利用太陽能，必須隨環(huán)境參數(shù)的變化調(diào)節(jié)光伏電源的輸出功率，保 證其工作在最大功率點(diǎn)。
[0003]所謂最大功率跟蹤（MPPT)，是指光伏電池的輸出功率函數(shù)在一定的光照或者一定 溫度下為凸函數(shù)，如圖1和圖2所示，溫度、光照共同變化時，在某特定狀態(tài)下，光伏電池的 輸出功率有最大值，即為最大功率點(diǎn)（MPP)，并且對不同溫度、光照參數(shù)下的最大功率點(diǎn)跟 蹤和輸出。輸出電流與輸出電壓的模型為
[0004]
[000引由于心》Rs，故上式可W簡化為：
[0006]
[0007] 光伏電池的輸出功率為：
[0008]
[0009]常用的最大功率跟蹤技術(shù)有恒壓控制法、擾動觀察法、電導(dǎo)增量法，其中擾動觀察 法穩(wěn)定性不好，容易在最大功率點(diǎn)處出現(xiàn)振蕩；恒壓控制法原理比較簡單，但是精確度不 高，甚至在惡劣條件下容易產(chǎn)生發(fā)散，嚴(yán)重偏離最優(yōu)功率點(diǎn)；電導(dǎo)增量法相對精確度和穩(wěn)定 性都優(yōu)于前兩者，但電導(dǎo)增量法通常采用固定步長跟蹤最大功率點(diǎn)，步長太大跟蹤速度快 但是跟蹤精度不高，反之精度提高了卻影響了跟蹤速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明提供一種最大功率點(diǎn)的跟蹤方法，W實現(xiàn)權(quán)衡收斂速度與精度的關(guān)系，保 證最大功率點(diǎn)跟蹤的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
[0011] 本發(fā)明實施例提供了一種最大功率點(diǎn)的跟蹤方法，包括：
[0012] 步驟一、獲取光伏電池的輸出電壓和輸出電流；
[0013]步驟二、確定當(dāng)前輸出電壓和輸出電流對應(yīng)的檢測點(diǎn)與最大功率點(diǎn)的位置關(guān)系；
[0014]步驟Ξ、根據(jù)所述檢測點(diǎn)與所述最大功率點(diǎn)的位置關(guān)系設(shè)置分段自適應(yīng)因子，根 據(jù)所述分段自適應(yīng)因子確定下一時刻的參考電壓；
[0015]步驟四、根據(jù)所述參考電壓調(diào)節(jié)下一時刻的輸出電壓，返回執(zhí)行步驟一直至檢測 點(diǎn)的功率達(dá)到光伏電池的最大功率。
[0016] 本發(fā)明通過獲取光伏電池的輸出電壓和輸出電流；確定當(dāng)前輸出電壓和輸出電流 對應(yīng)的檢測點(diǎn)位于最大功率點(diǎn)的左側(cè)或右側(cè)；根據(jù)所述檢測點(diǎn)與所述最大功率點(diǎn)的位置關(guān) 系設(shè)置分段自適應(yīng)因子，根據(jù)所述分段自適應(yīng)因子確定下一時刻的參考電壓；根據(jù)所述參 考電壓調(diào)節(jié)下一時刻的輸出電壓，返回執(zhí)行獲取光伏電池的輸出電壓和輸出電流，并重復(fù) 執(zhí)行上述步驟直至檢測點(diǎn)的功率達(dá)到光伏電池的最大功率，解決采用定步長跟蹤最大功率 點(diǎn)的方法不能權(quán)衡收斂速度與精度的關(guān)系的問題，實現(xiàn)將固定步長變?yōu)榭勺儾介L，平衡了 功率跟蹤速度與精度的關(guān)系，達(dá)到了保證最大功率點(diǎn)跟蹤的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性的效果。
【附圖說明】
[0017]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中光伏電池輸出功率隨光照變化的P-U曲線；
[001引圖2為現(xiàn)有技術(shù)中光伏電池輸出功率隨溫度變化的P-U曲線；
[0019]圖3是本發(fā)明實施例一中的一種最大功率點(diǎn)的跟蹤方法的流程圖；
[0020] 圖4是本發(fā)明實施例一中的一種最大功率點(diǎn)的跟蹤系統(tǒng)的電路原理圖；
[0021] 圖5是本發(fā)明實施例二中的一種最大功率點(diǎn)的跟蹤方法的流程圖；
[0022] 圖6是溫度變化時傳統(tǒng)的電導(dǎo)增量MPPT方法的最大功率跟蹤效果圖；
[0023] 圖7是溫度變化時本發(fā)明變步長自適應(yīng)MPPT方法的最大功率跟蹤效果圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。可W理解的是，此處所描 述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便 于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部結(jié)構(gòu)。
[0025] 實施例一
[0026] 圖3為本發(fā)明實施例一提供的一種最大功率點(diǎn)的跟蹤方法的流程圖，本實施例可 適用于要求光伏電池的最大功率跟蹤過程中兼顧跟蹤精度與收斂速度的關(guān)系的情況，該方 法可W由最大功率點(diǎn)的跟蹤系統(tǒng)來執(zhí)行，具體包括如下步驟：
[0027] 步驟1、獲取光伏電池的輸出電壓和輸出電流。
[0028] 通過電壓傳感器和電流傳感器采集光伏電池的輸出電壓和輸出電流。例如，可W 通過在光伏電池的兩端并聯(lián)電壓傳感器采集光伏電池的輸出電壓，并發(fā)送至最大功率點(diǎn)的 跟蹤系統(tǒng)電路中的控制器。W及，在最大功率點(diǎn)的跟蹤系統(tǒng)電路中光伏電池的輸出端與升 壓電路的輸入端度oost變換電路）之間串聯(lián)電流傳感器采集光伏電池的輸出電流，并發(fā)送 至最大功率點(diǎn)的跟蹤系統(tǒng)電路中的控制器。該控制器根據(jù)接收的輸出電壓和輸出電流采用 變步長最大功率點(diǎn)跟蹤算法進(jìn)行運(yùn)算。
[0029] 步驟2、確定當(dāng)前輸出電壓和輸出電流對應(yīng)的檢測點(diǎn)與最大功率點(diǎn)的位置關(guān)系。
[0030] 通過電導(dǎo)增量最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT)方法利用對光伏電池的輸出功率函數(shù)一階 求導(dǎo)取極值得到最大功率點(diǎn)跟蹤方法模型。對光伏電池的輸出功率一階求導(dǎo)的離散化表示 形式為
廷中，Iω，U(i)為i時刻的采樣的輸出電流和輸出電 壓，dP(i)、加(i)和dl(i)為i與i-1時刻采樣的輸出功率的變化值、輸出電壓的變化值和 輸出電流的變化值。
[0031] 在當(dāng)前時刻與上一時刻的輸出電壓的變化值加(i)不為零，且輸出功率的變化值 與輸出電壓的變化值的比值
時，確定當(dāng)前輸出電壓和輸出電流 對應(yīng)的檢測點(diǎn)為光伏電池的最大功率點(diǎn)，此時，下一時刻的參考電壓Ufpf(i+1)=Uw(i)。
[0032] 在當(dāng)前時刻與上一時刻的輸出電壓的變化值加(i)不為零，且輸出功率的變化值 與輸出電壓的變化值的比值
時，確定當(dāng)前輸出電壓和輸出電流 對應(yīng)的檢測點(diǎn)位于光伏電池的最大功率點(diǎn)的左側(cè)。
[0033] 在當(dāng)前時刻與上一時刻的輸出電壓的變化值加(i)不為零，且輸出功率的變化值 與輸出電壓的變化值的比值
時，確定當(dāng)前輸出電壓和輸出電流 對應(yīng)的檢測點(diǎn)位于光伏電池的最大功率點(diǎn)的右側(cè)。
[0034] 步驟3、根據(jù)所述檢測點(diǎn)與所述最大功率點(diǎn)的位置關(guān)系設(shè)置分段自適應(yīng)因子，根據(jù) 所述分段自適應(yīng)因子確定下一時刻的參考電壓。
[0035] 當(dāng)所述檢測點(diǎn)為所述最大功率點(diǎn)時，自適應(yīng)因子取值為零，下一時刻的參考電壓 U"f(i+1) =U"f(i)。
[0036] 當(dāng)所述檢測點(diǎn)位于所述最大功率點(diǎn)的左側(cè)時，根據(jù)光伏電池的P-U曲線特性確定 采用預(yù)設(shè)的一階線性自適應(yīng)因子調(diào)節(jié)電導(dǎo)增量法的步長，根據(jù)當(dāng)前時刻的輸出電壓與調(diào)節(jié) 后的第一步長之和確定下一時刻的參考電壓。例如，當(dāng)所述檢測點(diǎn)位于所述最大功率點(diǎn)的 左側(cè)時，自適應(yīng)因3
其中ΛΛ為調(diào)節(jié)因子，在
時，kiG[0. 1，1]，在
時，kiG(1，10]。此時，調(diào)節(jié)后的第一步長為
I;下一時刻的參 考電巧
[0037] 或者，當(dāng)所述檢測點(diǎn)位于所述最大功率點(diǎn)的右側(cè)時，根據(jù)光伏電池的P-U曲線特 性采用預(yù)設(shè)的二階自適應(yīng)因子調(diào)節(jié)電導(dǎo)增量法的步長，根據(jù)當(dāng)前時刻的輸出電壓與調(diào)節(jié)后 的第二步長之差確定下一時刻的參考電壓。例如，當(dāng)所述檢測點(diǎn)位于所述最大功率點(diǎn)右側(cè) 時，自適應(yīng)因3
時，kze[0.5, 1]。此時，調(diào)節(jié)后的第二步長為
下一時刻的參量電壓
[003引由圖1和圖2所示，光伏電池的P-U曲線在最大功率點(diǎn)左側(cè)，功率與電壓近似成一 次線性比例關(guān)系，通過數(shù)據(jù)擬合的方式獲得在最大功率點(diǎn)左側(cè)時自適應(yīng)因子D,為一次函數(shù) 形式，在最大功率點(diǎn)右側(cè)，功率與電壓近似成二次函數(shù)關(guān)系，通過數(shù)據(jù)擬合的方式獲得此時 自適應(yīng)因子D,為二次函數(shù)形式。例如，在最大功率點(diǎn)左側(cè)時，自適應(yīng)因子：
在最 大功率點(diǎn)右側(cè)時，自適應(yīng)因子
，其中，調(diào)節(jié)因子ki和k2的取值越大，步長增 長就越快，調(diào)節(jié)因子ki和k2的取值越小，步長增長就越慢，從而影響光伏電池的最大功率點(diǎn) 跟蹤的精度和效率。例如，在最大功率點(diǎn)左側(cè)時，光伏電池在最大功率點(diǎn)跟蹤的初始階段可 能出現(xiàn)比較大的功率變化率，可能是
若ki取值過大，諸如ki=2,此時，光伏電池 最大功率跟蹤系統(tǒng)容易發(fā)散而偏離最大功率點(diǎn)，跟蹤的精度降低。若ki取值過小，諸如k1 =0. 05,則影響光伏電池最大功率跟蹤系統(tǒng)的跟蹤速度。在最大功率點(diǎn)右側(cè)時，光伏電池的 功率變化比較大，同理，若k2取值過大，光伏電池最大功率跟蹤系統(tǒng)容易發(fā)散而偏離最大功 率點(diǎn)，跟蹤的精度降低。若k2取值過小，則影響光伏電池最大功率跟蹤系統(tǒng)的跟蹤速度。
[0039] 步驟4、根據(jù)所述參考電壓調(diào)節(jié)下一時刻的輸出電壓，返回執(zhí)行步驟1直至檢測點(diǎn) 的功率達(dá)到光伏電池的最大功率。
[0040] 參見圖4所示的最大功率點(diǎn)的跟蹤系統(tǒng)的電路原理圖，DSP控制器404采集光伏電 池401的輸出電壓和輸出電流，采用變步長的最大功率點(diǎn)跟蹤算法通過上述步驟1至3的 計算確定下一時刻的參考電壓。DSP控制器404通過將所述參考電壓與Ξ角波進(jìn)行比較，實 現(xiàn)調(diào)制所述參考電壓得到脈沖寬度調(diào)制（PWM)波形。DSP控制器404將PWM波形輸出至金 屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（M0SFET)驅(qū)動電路403。M0SFET驅(qū)動電路403根據(jù)接收 到的PWM波形控制升壓電路402度oost變換電路）中M0SFET的開啟和關(guān)閉，進(jìn)而調(diào)節(jié)負(fù)載 電阻R兩端的電壓。負(fù)載電阻R兩端的電壓反饋至光伏電池401控制電路，進(jìn)而影響光伏 電池下一時刻的輸出電壓。循環(huán)執(zhí)行步驟1至4直至檢測點(diǎn)的功率達(dá)到光伏電池的