一种基于固定电压法与电导增量法的光伏发电MPPT控制系统

本发明涉及光伏发电，更具体地说，本发明涉及一种基于固定电压法与电导增量法的光伏发电mppt控制系统。

背景技术：

1、在现代社会中，随着工业化进程的加快和人类对自然资源的不断消耗，面临着能源短缺和环境污染的双重压力，全球能源消耗持续增加，导致了严重的气候变化问题，不仅威胁到生物多样性，还对人类社会的可持续发展构成了巨大挑战，因此，开发新的清洁能源，如太阳能等可再生资源，已成为迫切需要解决的问题，太阳能电池是一种新型的非线性设备，其输出功率受光照和温度等因素的影响较大，为了确保光伏系统高效运行，必须采用最大功率点跟踪技术，目前，最大功率点跟踪(简称mppt)方法主要包括干扰检测法和增量电导法，干扰检测法通过监测系统中的干扰信号来判断是否达到最大功率点，但在受到干扰时会导致能量损失，增量电导法通过分析电压和功率曲线的斜率变化来确定最佳工作点，但步长设置非常重要，步长过大会导致系统不稳定，步长过小则会影响跟踪速度，如何结合固定电压法和电导增量法快速且精确地追踪最大功率，成为当前光伏发电系统亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种基于固定电压法与电导增量法的光伏发电mppt控制系统，是通过结合固定电压法和电导增量法，实现了快速、高效的光伏系统最大功率点追踪，固定电压法快速调整工作点接近最大功率点，减少初步追踪时间，电导增量法则通过计算电压和电流变化率，精确追踪最大功率点，该组合策略在环境变化时能迅速响应，减少能量损失，提高动态响应和控制精度，通过仿真测试优化参数，确保系统在各种条件下高效运行，显著提升能量转换效率，减少功率振荡，提高整体性能和可靠性。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于固定电压法与电导增量法的光伏发电mppt控制系统，包括光伏电池阵列模块、mppt控制模块、固定电压控制器、电导增量控制器、改进的固定电压与电导增量结合模块和仿真测试模块，光伏电池阵列模块用于模拟光伏电池的输出特性，提供输出电压和电流，输出端连接到mppt模块，用于提供实际的电压和电流信号，与固定电压控制器、电导增量控制器均相连，接收控制信号并调整输出，mppt控制模块实现最大功率点跟踪功能，保证系统在最大功率点运行，输入端连接光伏电池阵列模块，接收电压和电流信号，内部集成固定电压控制器和电导增量控制器，用于执行控制策略，输出端连接负载或逆变器，提供调节后的最大功率点运行信号，固定电压控制器快速将光伏系统的工作点调整到接近最大功率点设定阈值的电压，输入端接收mppt控制模块传递的电压信号，输出端连接光伏电池阵列模块，输出其输出电压，与电导增量控制器相连，提供初步调整后的工作点信息，电导增量控制器精确追踪最大功率点，通过计算电压和电流的变化率调整系统工作点，输入端接收固定电压控制器传递的电压和电流信号，输出端连接光伏电池阵列模块，进一步细化控制器输出电压和电流，同改进的固定电压与电导增量结合模块相连，协同工作以优化控制策略，改进的固定电压与电导增量结合模块结合固定电压法的快速调整和电导增量法的精确追踪，优化mppt控制效果，接收来自固定电压控制器和电导增量控制器的信号，根据当前工作点和斜率变化，调整步长并输出优化的控制信号，输出端连接mppt控制模块，提供最终的控制信号给光伏电池阵列模块，仿真测试模块接收光伏电池阵列模块、固定电压控制器和电导增量控制器的输入信号，将仿真结果反馈给mppt控制模块，用于验证控制策略的有效性，通过仿真软件进行建模和仿真，调整各模块参数以优化系统性能。

4、作为本发明进一步的方案，在光伏电池阵列模块中，基于单二极管模型，考虑光生电流、二极管反向饱和电流、串联电阻，建立单二极管模型的电流与电压关系公式，单二极管模型的电流与电压关系公式为：

5、

6、式中：i为单二极管模型的电流，v为单二极管模型的电压，iph为光生电流，i0为二极管反向饱和电流，rs为串联电阻，rsh为并联电阻，vt为热电压，n为理想因子，等于热容比与玻尔兹曼常数的乘积。

7、作为本发明进一步的方案，在单二极管模型的电流与电压关系公式中，理想因子为无量纲参数，用于表征二极管偏离理想二极管特性的程度，根据光伏电池的类型和材料设定，取值范围为1到2之间，对于单晶硅太阳能电池，理想因子在1到1.5之间，对于多晶硅太阳能电池，理想因子在1.2到1.6之间，对于薄膜太阳能电池，理想因子在1.5到2之间，对于有机太阳能电池在1.8到2之间。

8、作为本发明进一步的方案，在固定电压控制器中根据开路电压和目标电压的经验公式，将光伏系统的输出电压调整到目标电压，目标电压的经验公式为：

9、um＝0.78uoc

10、式中：um为目标电压，uoc为开路电压。

11、作为本发明进一步的方案，电导增量控制器的控制流程包括：

12、步骤一，计算当前电压v和电流i的增量；

13、步骤二，计算增量电导di/dv和瞬时电导i/v；

14、步骤三，判断工作点位置：di/dv+i/v>0，增加占空比，降低电压，di/dv+i/v<0，减少占空比，提高电压；

15、步骤四，调整步长的大小：调整电压和电流的调整步长大小，以确保系统快速稳定在最大功率点。

16、作为本发明进一步的方案，在改进的固定电压与电导增量结合模块中，利用固定电压法快速将工作调整到最大功率点附近设定阈值范围，再用电导增量法精确调整到最大功率点。

17、作为本发明进一步的方案，在改进的固定电压与电导增量结合模块中，在最大功率点附近引入对数函数来优化调整步长，调整步长的优化策略公式为：

18、xg＝ln(x+1)+x

19、式中：xg为调整步长优化值，x为原有调整步长。

20、作为本发明进一步的方案，在改进的固定电压与电导增量结合模块中，最大功率点附近设定阈值范围为最大功率的±2％范围内。

21、作为本发明进一步的方案，在仿真测试模块中，环境的设定温度为25℃，光照强度为1000w/㎡，模拟不同光照强度突变情况的范围为1000w/㎡突变为500w/㎡。

22、作为本发明进一步的方案，在仿真测试模块中，进行建模和仿真的软件包括但不局限于matlab和simulink其中的一种。

23、相比于现有技术，本发明提出的系统存在以下技术效果：本发明利用固定电压法能够快速将光伏系统的工作点调整到接近最大功率点设定阈值的电压，以迅速响应环境变化，减少初步追踪的时间，在光照强度或温度突然变化的情况下，系统能够更快地接近最大功率点，减少了能量损失，提高了系统的动态响应性能，通过计算电压和电流的变化率，电导增量法能够精确追踪最大功率点，在不同的环境条件下都能保持较高的控制精度，保证了系统在接近最大功率点时的高精度跟踪，减少了功率振荡，提高了能量转换效率，结合固定电压法的快速调整和电导增量法的精确追踪，通过分析当前工作点和斜率变化，动态调整步长以优化控制策略，能够在最大功率点附近实现更加平滑和稳定的控制，减少了步长过大引起的振荡和步长过小导致的响应迟缓问题，从而实现了快速跟踪和高精度稳定运行的平衡，通过仿真软件进行建模和仿真，能够在不同的环境条件下测试和验证控制策略的有效性，并根据仿真结果优化各模块参数，在系统部署之前就能发现并解决潜在问题，提高了系统的可靠性和性能，同时，也能够根据实际运行情况进行参数调整，确保系统在各种环境条件下都能高效运行，通过优化的控制算法和快速精确的最大功率点追踪，使得光伏系统能够在各种环境条件下都接近其最大功率点运行，显著提升了能量转换效率，减少了能量浪费，提高了系统的整体性能，能够根据环境条件的变化，动态调整控制策略，保持高效运行。