一種最大功率點(diǎn)追蹤系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種最大功率點(diǎn)追蹤系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括：光伏陣列模塊，用于將太陽能通過光伏陣列轉(zhuǎn)化為電能；MPPT黃金分割點(diǎn)計算單元，利用黃金分割點(diǎn)法對光伏陣列模塊的輸出進(jìn)行最大功率點(diǎn)追蹤，得到接近最大功率點(diǎn)的功率參考值；模型預(yù)測控制單元，對該MPPT黃金分割點(diǎn)計算單元的輸出再使用模型預(yù)測控制方法，跟蹤到準(zhǔn)確的最大功率點(diǎn)，使系統(tǒng)運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處，并與黃金分割點(diǎn)法得出的功率參考值進(jìn)行比較得出價值函數(shù)g，以控制Boost升壓電路的開關(guān)狀態(tài)；Boost升壓電路，連接在該光伏陣列模塊與負(fù)載之間，接收該模型預(yù)測控制單元的控制，本發(fā)明提高了光伏發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】
一種最大功率點(diǎn)追蹤系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率點(diǎn)跟蹤)方法， 特別是涉及一種模型預(yù)測控制與黃金分割點(diǎn)算法相結(jié)合的最大功率點(diǎn)追蹤方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近些年來，全球經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，使得化石燃料過量消耗，出現(xiàn)能源危機(jī)，環(huán)境問題 也愈加嚴(yán)峻。太陽能作為清潔的可再生能源越來越受關(guān)注，由于太陽能光伏板的尺寸相對 較小，易于安裝，也可以接近用戶安裝，運(yùn)行時無噪聲，無有害物質(zhì)排放，太陽能發(fā)電的研究 越來越受重視。
[0003] 由于光伏電池的輸出電壓和輸出電流隨著日照強(qiáng)度和電池結(jié)溫的變化具有強(qiáng)烈 的非線性，因此在特定的工作環(huán)境下存在著一個唯一的最大功率輸出點(diǎn)(MPP)。為了能夠使 系統(tǒng)能夠一直工作在最大功率點(diǎn)，就需要一些特定的算法來對最大功率點(diǎn)進(jìn)行跟蹤。
[0004] 目前，一些常用最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)的方法有擾動觀察法(P&Q)，電導(dǎo)增量法 (INC)，模糊控制法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等，這些算法有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，P&Q算法簡單，易于實(shí)施，雖 然INC更精確，但是它的實(shí)施過程比較復(fù)雜，并且在條件快速變化的情況下，INC比P&Q更合 適，但是在陰影下，P&Q和INC跟蹤全局最大功率點(diǎn)都會失效。模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這些智能 算法，算法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用中很少用到。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明之目的在于提供一種模型預(yù)測控制與黃 金分割點(diǎn)算法相結(jié)合的MPPT方法，其通過將黃金分割點(diǎn)算法與模型預(yù)測控制相結(jié)合，從而 使系統(tǒng)快速、準(zhǔn)確地跟蹤到最大功率點(diǎn)，提高了光伏發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。
[0006] 為達(dá)上述及其它目的，本發(fā)明提出一種最大功率點(diǎn)追蹤系統(tǒng)，包括：
[0007] 光伏陣列模塊，用于將太陽能通過光伏陣列轉(zhuǎn)化為電能；
[0008] MPPT黃金分割點(diǎn)計算單元，利用黃金分割點(diǎn)法對光伏陣列模塊的輸出進(jìn)行最大功 率點(diǎn)追蹤，得到接近最大功率點(diǎn)的功率參考值；
[0009] 模型預(yù)測控制單元，對該MPPT黃金分割點(diǎn)計算單元的輸出再使用模型預(yù)測控制方 法，跟蹤到準(zhǔn)確的最大功率點(diǎn)，使系統(tǒng)運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處，并與黃金分割點(diǎn)法得出的功率 參考值進(jìn)行比較得出價值函數(shù)g，以控制Boost升壓電路的開關(guān)狀態(tài)；
[0010] Boost升壓電路，連接在該光伏陣列模塊與負(fù)載之間，接收該模型預(yù)測控制單元的 控制。
[0011 ]進(jìn)一步地，該MPPT黃金分割點(diǎn)計算單元通過光伏電池的ρ-u特性曲線，使用黃金分 割點(diǎn)算法對最大功率點(diǎn)進(jìn)行跟蹤。
[0012] 進(jìn)一步地，該MPPT黃金分割點(diǎn)計算單元通過如下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0013] (1)設(shè)定初始范圍【aQ，b〇】；。
[0014] (2)計算黃金分割點(diǎn)xl，x2,并計算相對應(yīng)的功率PX1，PX2。
[0015] (3)比較ρχι和px2，若ρχι = px2，則下一范圍為【X1，X2】;若PX1 < Ρχ2，削去【ao，xi】，則下 一范圍為【xl，bo】;若Pxi>Px2,削去【x2，bo】，則下一范圍為【ao，x2】，其中，ao、bo、xl、x2為光 伏電池的P-U曲線的U;
[0016] (4)反復(fù)重復(fù)步驟(2)和(3)，當(dāng)兩點(diǎn)功率之差小于特定的某個設(shè)定值ε時，接近最 大功率點(diǎn)。
[0017] 進(jìn)一步地，該模型預(yù)測控制單元基于Boost升壓電路的預(yù)測模型，利用兩步法進(jìn)行 預(yù)測。
[0018] 進(jìn)一步地，該模型預(yù)測控制單元采用如下最小化價值函數(shù)獲得價值函數(shù)g:
[0019] gs=0,l= I PpV,S=0,l(k+2)-Pref
[0020] 其中，Ρρν,Η,Κ?^)為K+2時刻的光伏輸出功率，S = 0為開關(guān)管斷開狀態(tài)，S = 1為 開關(guān)管閉合狀態(tài)，Prrf為該MPPT黃金分割點(diǎn)計算單元計算的功率參考值。
[0021 ]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供一種最大功率點(diǎn)追蹤方法，包括如下步驟：
[0022]步驟一，利用光伏陣列模塊將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。
[0023] 步驟二，利用黃金分割點(diǎn)算法對光伏陣列模塊的輸出進(jìn)行最大功率點(diǎn)追蹤，得到 接近最大功率點(diǎn)的功率參考值。
[0024] 步驟三，對利用黃金分割點(diǎn)進(jìn)行最大功率點(diǎn)追蹤的輸出再使用模型預(yù)測控制方 法，跟蹤到準(zhǔn)確的最大功率點(diǎn)，使系統(tǒng)運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處，并與黃金分割點(diǎn)法得出的功率 參考值進(jìn)行比較得出價值函數(shù)g，以控制Boost升壓電路的開關(guān)狀態(tài)。
[0025] 進(jìn)一步地，步驟二進(jìn)一步包括：
[0026] (1)設(shè)定初始范圍【&〇，130】。
[0027] (2)計算黃金分割點(diǎn)xl，x2,并計算相對應(yīng)的功率PX1，PX2。
[0028] (3)比較PX1和?12，若ΡΧ1 = Ρχ2，則下一范圍為【X1，x2】;若ΡΧ1 <Ρχ2，削去【ao，X1】，則 下一范圍為【xl，bo】;若Ρχι>Ρχ2,削去【x2，bo】，則下一范圍為【ao，x2】，其中ao、bo、xl、x2S* 伏電池的P-U曲線的U;
[0029] (4)反復(fù)重復(fù)步驟(2)和(3)，當(dāng)兩點(diǎn)功率之差小于特定的某個設(shè)定值ε時，接近最 大功率點(diǎn)。
[0030] 進(jìn)一步地，于步驟三中，基于Boost升壓電路的預(yù)測模型，利用兩步法進(jìn)行預(yù)測，使 得跟蹤最大功率點(diǎn)的值更準(zhǔn)確。
[0031] 進(jìn)一步地，于步驟三中，采用如下最小化價值函數(shù)獲得價值函數(shù)g:
[0032] gs=o,i= I Ppv,s=o,i(k+2)-Pref
[0033] 其中，Ρρν,Η,Κ?^)為K+2時刻的光伏輸出功率，S = 0為開關(guān)管斷開狀態(tài)，S = 1為 開關(guān)管閉合狀態(tài)，Pw為該MPPT黃金分割點(diǎn)計算單元計算的功率參考值。
[0034] 進(jìn)一步地，該方法通過改變PWM控制信號的占空比來實(shí)現(xiàn)。
[0035] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種最大功率點(diǎn)追蹤系統(tǒng)及方法通過將黃金分割點(diǎn)算法 與模型預(yù)測控制相結(jié)合，從而使系統(tǒng)快速、準(zhǔn)確地跟蹤到最大功率點(diǎn)，并且在最大功率點(diǎn)處 不產(chǎn)生震蕩，提高了光伏發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。
【附圖說明】
[0036] 圖1為光伏電池的等效電路不意圖；
[0037] 圖2為光伏特性曲線示意圖；
[0038] 圖3為本發(fā)明一種最大功率點(diǎn)追蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0039]圖4為黃金分割點(diǎn)原理示意圖；
[0040]圖5為黃金分割點(diǎn)算法原理圖；
[0041 ]圖6和圖7分別為Boost升壓電路的開關(guān)斷開和閉合的等效電路圖；
[0042]圖8為MPC(模型預(yù)測控制)兩步法預(yù)測說明圖；
[0043]圖9為本發(fā)明具體實(shí)施例的MPPT過程圖；
[0044]圖10為本發(fā)明一種最大功率點(diǎn)追蹤方法的步驟流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045]以下通過特定的具體實(shí)例并結(jié)合【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可 由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明亦可通過其它不同 的具體實(shí)例加以施行或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)亦可基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在不背離 本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾與變更。
[0046] 在介紹本發(fā)明之前，先說明光伏電池的特性：
[0047] 光伏電池的等效電路如圖1所示。電流源的輸出直接與光照輻射水平成比例，平行 二極管對太陽能電池的I-V曲線特點(diǎn)有決定性作用。
[0048] 這個模型包含隨溫度、光照強(qiáng)度而變的光生電流II，二極管飽和電流1〇,串聯(lián)電阻 Rs，和平行二極管。太陽能電池的I-V特性由以下公式描述：
[0057] 上述公式的一些常數(shù)，例如在T1時刻的開路電壓和短路電流可以從設(shè)備的數(shù)據(jù)手 冊中獲得。太陽能光伏板無光照照射時，端電壓和端電流的關(guān)系可以用著名的肖克二極管 公式來表明，用式(9)表示：
[0058]
[0059] 當(dāng)光照照射電池板以及電路開路時，光電流完全地向二極管流動。公式（1)表示光 電流的分流。公式(2)表示光電流和溫度的線性關(guān)系。公式(4)推斷出了光電流隨溫度改變 而改變的關(guān)系。短路電流周期中，二極管電流可以忽略不計，因此比例常數(shù)Iscm,n?)是在特 定的光照條件下設(shè)定的短路電流Isc，如公式(3)所示。公式(5)說明的是1〇與溫度的關(guān)系。公 式(6)說明的是在溫度!^時刻，從開路電壓和短路電流計算出來的的二極管飽和電流1〇。理 想因子η在正常條件下可以為1.2。太陽能光伏板的串聯(lián)電阻可以從公式(7)、（8)計算出來， 大約為8πιΩ。圖2為光伏特性曲線。
[0060]圖3為本發(fā)明一種最大功率點(diǎn)追蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，本發(fā)明一種最 大功率點(diǎn)追蹤系統(tǒng)，包括:光伏陣列模塊301、ΜΡΡΤ黃金分割點(diǎn)計算單元302、模型預(yù)測控制 單元303、Boost升壓電路304。
[00611其中，光伏陣列模塊301用于將太陽能通過光伏陣列轉(zhuǎn)化為電能;MPPT黃金分割點(diǎn) 計算單元302利用黃金分割點(diǎn)法對光伏陣列模塊301的輸出進(jìn)行最大功率點(diǎn)追蹤，得到接近 最大功率點(diǎn)的功率參考值;模型預(yù)測控制單元303對MPPT黃金分割點(diǎn)計算單元302的輸出再 使用模型預(yù)測控制方法，跟蹤到準(zhǔn)確的最大功率點(diǎn)，使系統(tǒng)運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處，并與黃金 分割點(diǎn)法得出的功率參考值進(jìn)行比較得出價值函數(shù)g，以控制Boost升壓電路305的開關(guān)狀 態(tài)，該模型預(yù)測控制單元303可以預(yù)測到光伏板的輸出電壓和輸出電流，然后計算出預(yù)測的 功率;與黃金分割點(diǎn)法得出的功率參考值進(jìn)行比較得出價值函數(shù)g，最后控制Boost升壓電 路304開關(guān)的開通、關(guān)斷;Boost升壓電路304,連接在光伏陣列模塊301與負(fù)載之間，接收模 型預(yù)測控制單元303的控制，光伏陣列模塊301的一端與Boost升壓電路304的電感L 一端相 連，電感L的另一端與Boost升壓電路304的開關(guān)管S-端和前向?qū)ǘO管D1正極連接，光 伏陣列模塊的另一端與開關(guān)管S另一端連接，這里開關(guān)管S可以為IGBT管，電容C 一端連接二 極管D1的負(fù)極，另一端連接該光伏陣列模塊301與該開關(guān)管S。
[0062 ]本發(fā)明的控制策略是基于Boo s t升壓電路，通過控制算法驅(qū)動boo s t升壓電路的開 關(guān)管，從而實(shí)現(xiàn)MPPT。控制對象為光伏板的輸出功率，功率是通過電壓、電流計算得到，使用 黃金分割點(diǎn)法來對最大功率進(jìn)行跟蹤，得到的功率參考值接近最大功率點(diǎn)，再使用模型預(yù) 測控制方法，可跟蹤到準(zhǔn)確的最大功率點(diǎn)，使系統(tǒng)運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處，預(yù)測模型可以預(yù)測 到光伏板的輸出電壓和輸出電流，然后計算出預(yù)測的功率，再與黃金分割點(diǎn)法得出的功率 參考值進(jìn)行比較得出價值函數(shù)g，最后控制Boost電路的開關(guān)的開通、關(guān)斷。
[0063]具體地，MPPT黃金分割點(diǎn)計算單元302是利用黃金分割點(diǎn)法對光伏陣列模塊101的 輸出進(jìn)行最大功率點(diǎn)追蹤，得到接近最大功率點(diǎn)的功率參考值。黃金分割點(diǎn)原理如圖4所 不。
[0064] x2 = AL,xl =L-AL = L-x2
[0065] 其中 λ = 〇·618
[0066] 因此，當(dāng)最優(yōu)點(diǎn)再區(qū)間【aQ，bQ】時，將試探點(diǎn)取在區(qū)間的0.618處，即x2 = 0.618(b〇-ao)，則另一個點(diǎn)就在它的對稱位置上，即xl = (bQ-aQ)-x2 = 0 · 382(bQ-aQ)，在下一次削去時， 在剩余區(qū)間的取點(diǎn)再選取黃金分割點(diǎn)，如此重復(fù)。
[0067]本發(fā)明中，MPPT黃金分割點(diǎn)計算單元302通過光伏電池的P-U特性曲線，使用黃金 分割點(diǎn)算法對最大功率點(diǎn)進(jìn)行跟蹤的步驟如下：
[0068] (1)設(shè)定初始范圍【ao，bo】，如圖5所示。
[0069] (2)計算黃金分割點(diǎn)xl，x2,并計算相對應(yīng)的功率PX1，PX2。
[0070] (3)比較 PxdPPx2,若Ρχ1 = Ρχ2,則下一范圍為 下一范圍為【xl，bo】;若Ρχι>Ρχ2,削去【x2，bo】，則下一范圍為【ao，x2】。（以上ao、bo、xl、x2是 P-U曲線的U)
[0071] (4)反復(fù)重復(fù)步驟(2)和(3)，當(dāng)兩點(diǎn)功率之差小于特定的某個設(shè)定值ε(ε =0.37) 時，接近最大功率點(diǎn)。
[0072]模型預(yù)測控制單元303是對ΜΡΡΤ黃金分割點(diǎn)計算單元102的輸出再使用模型預(yù)測 控制方法，跟蹤到準(zhǔn)確的最大功率點(diǎn)，使系統(tǒng)運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處，并與黃金分割點(diǎn)法得出 的功率參考值進(jìn)行比較得出價值函數(shù)g，以控制Boost升壓電路304的開關(guān)狀態(tài)。具體地，本 發(fā)明利用兩步法進(jìn)行預(yù)測，使得跟蹤最大功率點(diǎn)的值更準(zhǔn)確。圖6和圖7是Boost升壓電路的 開關(guān)斷開和閉合的等效電路圖。
[0073] 當(dāng)升壓電路開關(guān)斷開時，電路可表述為式10和式11:
[0074]
[0075] 當(dāng)升壓電路開關(guān)閉合時，電路可表述為式12和式13:
[0076]
[0077] 通過使用歐拉近似方法，可以得到拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的離散時間模型，式14所示。
[0078]
[0079] 通過得到的離散時間方程式，在下一個采樣時刻k+Ι的控制變量可以被預(yù)測。
[0080] 又根據(jù)升壓電路輸入與輸出的關(guān)系:Vpv= (l-D)Vc,其中D為開關(guān)管的占空比。
[0081] 當(dāng)采樣時間為當(dāng)采樣時間為Ts時，可以得到當(dāng)開關(guān)斷開時的式15、式16和當(dāng)開關(guān)S 閉合開時的式17、式18。
[0086] 根據(jù)式15、16、17、18可以得出IpV(k+l)和VpV(k+l)的預(yù)測值，式19、20表示。
[0087]
[0088]
[0089] S為開關(guān)的狀態(tài)(S = 〇或S = 1)。
[0090] 為了預(yù)測在時刻k+2的控制變量，PV電壓、PV電流和輸出電壓在k+1時刻的估算值 被使用。所以在采樣時刻k+2,預(yù)測出控制變量的四個值，最后選擇一個最佳值，圖8詳細(xì)地 描述了該過程。則MPC(模型預(yù)測控制)第二階段的等式為式21、22。
[0091]
[0092]
[0093] 離散時間的預(yù)測模型可以用狀態(tài)空間表示，為式(23):
[0094]
[0095]價值函數(shù)在MPC控制算法中起著決定性的作用，它對期望值的偏差進(jìn)行了約束。 Prrf由黃金分割點(diǎn)法得到。最小化價值函數(shù)表示為式24:
[0096] gs=o,i= | Ppv,s=o,i(k+2)-Pref (24)
[0097] 其中，Ppv,s=o,i(k+2)為K+2時刻的光伏輸出功率，S = 0為開關(guān)管斷開狀態(tài)，S = 1為 開關(guān)管閉合狀態(tài)，Prrf為該MPPT黃金分割點(diǎn)計算單元計算的功率參考值。
[0098] 在實(shí)際應(yīng)用中，電壓的改變是通過改變PWM控制信號的占空比來實(shí)現(xiàn)的，因此追蹤 范圍為占空比D的改變范圍。設(shè)定初始范圍【D a，Db】，計算黃金分割點(diǎn)DjPD2,設(shè)置當(dāng)前占空 比為Di，采樣這時光伏電池輸出的電壓電流，再計算此時的功率P 1;再將占空比設(shè)置為D2，采 樣這時光伏電池的電壓、電流，計算此時的功率P2。比較PjPP 2，如果Pi = P2，則下一范圍為 【01，02】;如果? 1<?2，則下一范圍為【01，0」;如果?1>? 2，則下一范圍為【03,02】。計算兩個功 率值之差，若其絕對值小于設(shè)定值ε時，則輸出參考功率Prrf給最小化價值函數(shù)，計算此時的 占空比D k，設(shè)置當(dāng)前占空比為Dk，采樣1以1〇、￥[^(10、1(10，通過預(yù)測模型預(yù)測出最佳值1 [^ (k+2)、Vpv(k+2)。計算Ppv(k+2)，通過最小化價值函數(shù)g控制Boost電路的開關(guān)狀態(tài)，S=1，開 關(guān)閉合;S = 0,開關(guān)斷開。詳細(xì)流程圖如圖9所示。
[0099] 圖10為本發(fā)明一種最大功率點(diǎn)追蹤方法的步驟流程圖。如圖10所示，本發(fā)明一種 MPPT方法，包括如下步驟：
[0100] 步驟101，利用光伏陣列模塊將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。
[0101] 步驟102,利用黃金分割點(diǎn)算法對光伏陣列模塊的輸出進(jìn)行最大功率點(diǎn)追蹤，得到 接近最大功率點(diǎn)的功率參考值。
[0102] 步驟103,對利用黃金分割點(diǎn)進(jìn)行最大功率點(diǎn)追蹤的輸出再使用模型預(yù)測控制方 法，跟蹤到準(zhǔn)確的最大功率點(diǎn)，使系統(tǒng)運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處，并與黃金分割點(diǎn)法得出的功率 參考值進(jìn)行比較得出價值函數(shù)g，以控制Boost升壓電路的開關(guān)狀態(tài)。
[0103] 具體地，于步驟102中，利用黃金分割點(diǎn)算法進(jìn)行最大功率點(diǎn)追蹤的步驟如下：
[0104] (1)設(shè)定初始范圍【&〇，130】。
[0105] (2)計算黃金分割點(diǎn)xl，x2,并計算相對應(yīng)的功率PX1，PX2。
[0106] (3)比較PX1和卩12，若ΡΧ1 = Ρχ2，則下一范圍為【X1，x2】;若ΡΧ1 <Ρχ2，削去【ao，X1】，則 下一范圍為【xl，bo】;若Ρχι>Ρχ2,削去【x2，bo】，則下一范圍為【ao，x2】。（以上ao、bo、xl、x2是 P-U曲線的U)
[0107] (4)反復(fù)重復(fù)步驟(2)和(3)，當(dāng)兩點(diǎn)功率之差小于特定的某個設(shè)定值ε(ε =0.37) 時，接近最大功率點(diǎn)。
[0108] 于步驟103中，基于Boost升壓電路的預(yù)測模型，利用兩步法進(jìn)行預(yù)測，使得跟蹤最 大功率點(diǎn)的值更準(zhǔn)確。具體地，MPC(模型預(yù)測控制)在第一階段(k+1時刻）的預(yù)測值為：
[0109]
[0110]
[0111] MPC(模型預(yù)測控制)在第二階段(k+2時刻）的預(yù)測值為：
又、.[0114] 離散時間的預(yù)測樽型可以用狀杰苧間表示，為：
[0112]
[0113]
[0115]
[0116] 價值函數(shù)在MPC控制算法中起著決定性的作用，它對期望值的偏差進(jìn)行了約束。 Praf由黃金分割點(diǎn)法得到。最小化價值函數(shù)如下：。
[0117] gs=0,l= I PpV,S=0,l(k+2)-Pref
[0118]其中，Ppv,s=o,i(k+2)為K+2時刻的光伏輸出功率，S = 0為開關(guān)管斷開狀態(tài)，S = 1為 開關(guān)管閉合狀態(tài)，Pw為該MPPT黃金分割點(diǎn)計算單元計算的功率參考值。
[0119]可見，本發(fā)明一種最大功率點(diǎn)追蹤系統(tǒng)及方法通過將黃金分割點(diǎn)算法與模型預(yù)測 控制相結(jié)合，從而使系統(tǒng)快速、準(zhǔn)確地跟蹤到最大功率點(diǎn)，并且在最大功率點(diǎn)處不產(chǎn)生震 蕩。黃金分割點(diǎn)(GSS)算法是區(qū)間削去法中的一種，其優(yōu)點(diǎn)是快速響應(yīng)，魯棒性強(qiáng)和收斂性 有保證。黃金分割點(diǎn)算法的實(shí)質(zhì)是不斷地減小最優(yōu)點(diǎn)的收索范圍，其基本思想是:依照"去 壞留好"原則、對稱原則、以及等比收縮原則來逐步縮小搜索范圍，模型預(yù)測控制(MPC)主要 的特點(diǎn)是對期望控制變量的將來狀態(tài)的預(yù)測，預(yù)測控制變量通過一個最小化價值函數(shù)獲得 最佳開關(guān)狀態(tài)，通過本發(fā)明，提高了光伏發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。
[0120]上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何本 領(lǐng)域技術(shù)人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾與改變。因此， 本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種最大功率點(diǎn)追蹤系統(tǒng)，包括： 光伏陣列模塊，用于將太陽能通過光伏陣列轉(zhuǎn)化為電能； MPPT黃金分割點(diǎn)計算單元，利用黃金分割點(diǎn)法對光伏陣列模塊的輸出進(jìn)行最大功率點(diǎn) 追蹤，得到接近最大功率點(diǎn)的功率參考值； 模型預(yù)測控制單元，對該MPPT黃金分割點(diǎn)計算單元的輸出再使用模型預(yù)測控制方法， 跟蹤到準(zhǔn)確的最大功率點(diǎn)，使系統(tǒng)運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處，并與黃金分割點(diǎn)法得出的功率參 考值進(jìn)行比較得出價值函數(shù)g，以控制Boost升壓電路的開關(guān)狀態(tài)； Boost升壓電路，連接在該光伏陣列模塊與負(fù)載之間，接收該模型預(yù)測控制單元的控 制。2. 如權(quán)利要求1所述的一種最大功率點(diǎn)追蹤系統(tǒng)，其特征在于:該MPPT黃金分割點(diǎn)計算 單元通過光伏電池的P-U特性曲線，使用黃金分割點(diǎn)算法對最大功率點(diǎn)進(jìn)行跟蹤。3. 如權(quán)利要求2所述的一種最大功率點(diǎn)追蹤系統(tǒng)，其特征在于:該MPPT黃金分割點(diǎn)計算 單元通過如下步驟實(shí)現(xiàn)： (1) 設(shè)定初始范圍【8()，130】； (2) 計算黃金分割點(diǎn)xl，x2,并計算相對應(yīng)的功率PX1，PX2; (3) 比較PX1和?12，若ΡΧ1 = Ρχ2，則下一范圍為【X1，x2】;若Ρπ < Ρχ2，削去【ao，X1】，則下一范 圍為【xl，bo】;若Ρχι>Ρχ2,削去【x2，bo】，則下一范圍為【ao，x2】，其中，ao、bo、xl、x2為光伏電 池的P-U曲線的U; (4) 反復(fù)重復(fù)步驟(2)和(3)，當(dāng)兩點(diǎn)功率之差小于特定的某個設(shè)定值ε時，接近最大功 率點(diǎn)。4. 如權(quán)利要求3所述的一種最大功率點(diǎn)追蹤系統(tǒng)，其特征在于:該模型預(yù)測控制單元基 于Boost升壓電路的預(yù)測模型，利用兩步法進(jìn)行預(yù)測。5. 如權(quán)利要求4所述的一種最大功率點(diǎn)追蹤系統(tǒng)，其特征在于，該模型預(yù)測控制單元采 用如下最小化價值函數(shù)獲得價值函數(shù)g: gs=0,l= | PpV, S=0,1 (k+2 ) -Pref 其中，Ppv, s=o, l (k+2)為K+2時刻的光伏輸出功率，S = 0為開關(guān)管斷開狀態(tài)，S = 1為開關(guān)管 閉合狀態(tài)，Prrf為該MPPT黃金分割點(diǎn)計算單元計算的功率參考值。6. -種最大功率點(diǎn)追蹤方法，包括如下步驟： 步驟一，利用光伏陣列模塊將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。 步驟二，利用黃金分割點(diǎn)算法對光伏陣列模塊的輸出進(jìn)行最大功率點(diǎn)追蹤，得到接近 最大功率點(diǎn)的功率參考值。 步驟三，對利用黃金分割點(diǎn)進(jìn)行最大功率點(diǎn)追蹤的輸出再使用模型預(yù)測控制方法，跟 蹤到準(zhǔn)確的最大功率點(diǎn)，使系統(tǒng)運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處，并與黃金分割點(diǎn)法得出的功率參考 值進(jìn)行比較得出價值函數(shù)g，以控制Boost升壓電路的開關(guān)狀態(tài)。7. 如權(quán)利要求6所述的一種最大功率點(diǎn)追蹤方法，其特征在于，步驟二進(jìn)一步包括： (1) 設(shè)定初始范圍【8()，130】； (2) 計算黃金分割點(diǎn)xl，x2,并計算相對應(yīng)的功率PX1，PX2; (3) 比較PX1和?12，若ΡΧ1 = Ρχ2，則下一范圍為【X1，x2】;若Ρπ < Ρχ2，削去【ao，X1】，則下一范 圍為【xl，bo】;若Ρχι>Ρχ2,削去【x2，bo】，則下一范圍為【ao，x2】，其中8〇、13()、11、12為光伏電池 的Ρ-υ曲線的u; (4)反復(fù)重復(fù)步驟(2)和(3)，當(dāng)兩點(diǎn)功率之差小于特定的某個設(shè)定值ε時，接近最大功 率點(diǎn)。8. 如權(quán)利要求7所述的一種最大功率點(diǎn)追蹤方法，其特征在于:于步驟三中，基于Boost 升壓電路的預(yù)測模型，利用兩步法進(jìn)行預(yù)測，使得跟蹤最大功率點(diǎn)的值更準(zhǔn)確。9. 如權(quán)利要求8所述的一種最大功率點(diǎn)追蹤方法，其特征在于，于步驟三中，采用如下 最小化價值函數(shù)獲得價值函數(shù)g: gs=0,l= | PpV, S=0,1 (k+2 ) -Pref 其中，Ppv, s=o, l (k+2)為K+2時刻的光伏輸出功率，S = 0為開關(guān)管斷開狀態(tài)，S = 1為開關(guān)管 閉合狀態(tài)，Prrf為該MPPT黃金分割點(diǎn)計算單元計算的功率參考值。10. 如權(quán)利要求9所述的一種最大功率點(diǎn)追蹤方法，其特征在于:該方法通過改變PWM控 制信號的占空比來實(shí)現(xiàn)。
【文檔編號】G05F1/67GK105974995SQ201610318409
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】黃志鵬, 潘三博, 陳睿梓, 呂國柱, 蔡靜雯, 周敏
【申請人】上海電機(jī)學(xué)院