一种太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制系统与方法与流程

本发明涉及光伏系统中的太阳能电池最大功率点跟踪控制技术领域，尤其涉及的是一种太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制系统与方法。

背景技术：

能源供求问题越来越严重，为了使地球环境得到改善，人们越来越重视新能源的开发和利用，尤其是可再生能源的利用。太阳能作为一种新型绿色能源，光伏发电则是当前利用太阳能的主要形式之一。光伏电池的输出特性具有较强非线性特征，它的输出功率不仅与光伏电池内部特性有关，还受到外界环境条件(光照、温度)的影响，采用最大功率点跟踪技术(maximumpowerpointtrack,mppt)可有效提升光伏系统的能量转换效率。常用mppt方法中开路电压系数法和短路电流系数法，控制简单易于实现，但需要周期性的断开或短路光伏电池，导致较多功率损失，且其工作点并不是真正的最大功率点。扰动观察法通过对光伏板的输出电压施加扰动，检测输出功率的变化来跟踪最大功率。对定步长扰动观察法，大步长可提升跟踪速度，但最大功率点附近功率振荡大，能量损失严重；小步长可减少能量损失，提高稳态精度，但会降低跟踪速度。电导增量法通过比较光伏电池的电导增量和瞬间电导来改变系统的控制信号。除此之外，还有基于智能控制的mppt方法，但其参数设计较为复杂，实用性不高。基于此，本发明提供了一种太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制系统与方法，同时兼顾了最大功率点跟踪的速度和稳态特性，降低了系统震荡，追踪时间短。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中定步长算法稳态性能和动态性能相互矛盾的问题，提供了一种太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制系统与方法。

一种太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制系统，包括pv阵列，电压变换单元，电压传感器，电流传感器，mppt控制模块，pwm变换器，并网逆变器和交流电网，所述电压变换单元包括电容c1、电感l1、开关管q1、二极管d1以及电容c2；电容c1的两端分别与pv阵列的正负极连接，电感l1的一端连接pv阵列的正极，另一端连接开关管q1的漏极以及二极管d1的正极，开关管的源极接地，二极管d1的负极连接电容c2的一端，电容c2的另一端接地，pwm变换器的输出端连接开关管q1的栅极；电压传感器和电流传感器连接mppt控制模块，并分别将检测到的电压信号和电流信号发送给mppt控制模块；mppt控制模块连接pwm变换器，并将占空比信号发送给pwm变换器，电压变换单元通过并网逆变器连接交流电网。

一种上述太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制系统的控制方法，其包括以下步骤：

(1)令变量m、n的初始值为0，通过电压传感器和电流传感器分别检测出当前电压ui和当前电流ii，为保证精度，采样的频率为6khz，并计算出当前功率pi，令工作点功率pl＝pi；

(2)初始化步长修正值k，k可取值为4，令ui＝ui+(-1)^mk,ui+1＝ui+k,ui-1＝ui-k，ui-1，ui+1分别为i点左右两侧工作点的电压值；

(3)检测ui,ii,ui+1,ii+1,ui-1,ii-1,并计算出对应的pi,pi+1,pi-1,将这些数据储存在储存器中，其中ii-1、ii+1分别为i点左右两侧工作点的电流值，pi-1、pi+1分别为i点左右两侧工作点的功率值；

(4)判断pi+1是否大于等于pi，如果是，则令n＝n+1，如果否，则令n＝n-1；

(5)判断pi是否大于pi-1，如果是，则令n＝n+1，如果否，则令n＝n-1；

(6)判断n的值，如果n＝2，则令un＝ui+1，pn＝pi+1；如果n＝0，则un＝ui，pn＝pi；如果n＝-2，则令un＝ui-1，pn＝pi-1，un,in,pn分别为下一工作点的电压值、电流值和功率值；

(7)清除n的值，令n＝0，计算精度ε并判断是否满足精度要求，如果满足精度要求则返回；如果不满足，则进一步判断pn是否小于pl；

(8)如果pn小于pl，则令m＝m+1，k＝k/2，ui＝un，pl＝pn，返回执行步骤(2)；如果pn不小于pl，则令ui＝un，pl＝pn，返回执行步骤(2)。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

本发明提出的一种太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制系统与方法相对于传统的mppt控制系统和方法，同时兼顾了最大功率点跟踪的速度和稳态特性，降低了系统震荡，追踪时间短。

附图说明

图1为本发明提供的一种太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制系统结构示意图。

图2为本发明提供的一种太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制方法流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制系统与方法，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制系统，包括pv阵列，电压变换单元，电压传感器，电流传感器，mppt控制模块，pwm变换器，并网逆变器和交流电网，所述电压变换单元包括电容c1、电感l1、开关管q1、二极管d1以及电容c2；电容c1的两端分别与pv阵列的正负极连接，电感l1的一端连接pv阵列的正极，另一端连接开关管q1的漏极以及二极管d1的正极，开关管的源极接地，二极管d1的负极连接电容c2的一端，电容c2的另一端接地，pwm变换器的输出端连接开关管q1的栅极；电压传感器和电流传感器连接mppt控制模块，并分别将检测到的电压信号和电流信号发送给mppt控制模块；mppt控制模块连接pwm变换器，并将占空比信号发送给pwm变换器，电压变换单元通过并网逆变器连接交流电网。本发明所述的微型光伏阵列最大功率跟踪装置是基于光伏阵列的输出电流和输出电压进行的，精确的电流、电压采样值对计算光伏阵列的输出功率起着重要的作用。因此，本发明中分别采用电流霍尔传感器和电压霍尔传感器对光伏阵列的输出电流和输出电压进行采样。

如图2所示，一种上述太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制系统的控制方法，其包括以下步骤：

(1)令变量m、n的初始值为0，通过电压传感器和电流传感器分别检测出当前电压ui和当前电流ii，为保证精度，采样的频率为6khz，并计算出当前功率pi，令工作点功率pl＝pi；

(2)初始化步长修正值k，k可取值为4，令ui＝ui+(-1)^mk,ui+1＝ui+k,ui-1＝ui-k，ui-1，ui+1分别为i点左右两侧工作点的电压值；

(3)检测ui,ii,ui+1,ii+1,ui-1,ii-1,并计算出对应的pi,pi+1,pi-1,将这些数据储存在储存器中，其中ii-1、ii+1分别为i点左右两侧工作点的电流值，pi-1、pi+1分别为i点左右两侧工作点的功率值；

(4)判断pi+1是否大于等于pi，如果是，则令n＝n+1，如果否，则令n＝n-1；

(5)判断pi是否大于pi-1，如果是，则令n＝n+1，如果否，则令n＝n-1；

(6)判断n的值，如果n＝2，则令un＝ui+1，pn＝pi+1；如果n＝0，则un＝ui，pn＝pi；如果n＝-2，则令un＝ui-1，pn＝pi-1，un,in,pn分别为下一工作点的电压值、电流值和功率值；

(7)清除n的值，令n＝0，计算精度ε并判断是否满足精度要求，如果满足精度要求则返回；如果不满足，则进一步判断pn是否小于pl；

(8)如果pn小于pl，则令m＝m+1，k＝k/2，ui＝un，pl＝pn，返回执行步骤(2)；如果pn不小于pl，则令ui＝un，pl＝pn，返回执行步骤(2)。

在上述控制方法中，首先以较大的步长进行定步长扰动，当下一个工作点比当前工作点的输出功率小时，可判断出当前工作点在最大功率点的右侧，此时改变方向并按缩小扰动步长，以此往下循环，每当方向改变时，步长就减小一次，直到逼近最大功率点。刚开始以较大步长扰动，可以达到快速性的要求，在逐渐逼近最大功率点时减小步长，达到跟踪精度的要求。

仿真结果显示，当光照度大幅度改变时，输出电压的振荡加剧，不能在最大功率点电压处达到稳定，而输出功率的波动也随之变大，系统不能够准确地跟踪到最大功率点，造成功率损耗随之增大，长时间下去也会对系统造成有害影响。而采用本发明的控制方法后，输出电压在大约0.4s时就可以快速地稳定于最大功率点电压处，扰动纹波较小，输出功率几乎能够以最大功率输出，在短暂波动后快速地趋于稳定。。

本发明的mppt控制系统与方法相对于传统的算法，同时兼顾了最大功率点跟踪的速度和稳态特性，降低了系统震荡，可以快速稳定地跟踪光伏电池的最大输出功率，满足系统最大功率的跟踪要求。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。