本發(fā)明屬于新能源開發(fā)及應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及在一種光伏系統(tǒng)最大功率點追蹤控制裝置及控制方法，采用最大功率點追蹤控制策略中最新的最優(yōu)電壓控制(OptimalVoltageControl,OVC)，并與自抗擾控制(ActiveDisturbanceRejectionControl,ADRC)相結(jié)合。該控制裝置設(shè)計簡單并減少了工程造價，該控制方法可實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點的精確追蹤特別是當(dāng)外界環(huán)境溫度和光照度變化幅度較大時。
背景技術(shù)：
：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和環(huán)境污染的不斷增加，清潔能源的開發(fā)和利用已經(jīng)成為各個國家的首要任務(wù)。太陽能已經(jīng)成為應(yīng)用最廣泛的新型綠色能源，而光伏發(fā)電技術(shù)則是當(dāng)前利用太陽能最主要形式之一，具有無污染，無噪音，零排碳，易維護(hù)等優(yōu)點。光伏發(fā)電存在的主要問題是其發(fā)電效率問題，由于光伏電池在發(fā)電過程中具有強烈的非線性特性，所以它的輸出功率不僅與光伏電池內(nèi)部特性有關(guān)，還受到環(huán)境溫度，光照的影響。解決該問題的的主要技術(shù)之一就是進(jìn)行最大功率點追蹤(MaximumPowerPointTracking,MPPT)，該技術(shù)可有效提升光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，MPPT控制算法已然成為國內(nèi)外專家研究的熱點技術(shù)之一。恒定電壓法，開路電壓比例系數(shù)法，短路電流比例系數(shù)法，曲線擬合法這些控制算法主要是靠經(jīng)驗公式得到近似的MPPT，尤其是外界環(huán)境變化時，誤差相對較大。擾動觀測法，電導(dǎo)增量法，寄生電容法，這些控制算法實時的對電流和電壓進(jìn)行采樣，精度比較高，但其反應(yīng)速度慢和工作點震蕩問題仍有待改進(jìn)。模糊邏輯控制法，人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制法，滑膜控制法，都是基于現(xiàn)代控制理論的智能控制法，控制精度高，抗外界環(huán)境干擾能力強。但是這些控制方法依然存在很多不足，像設(shè)計難度大，試驗周期長，硬件成本高等。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明針對上述技術(shù)的缺點與不足，提供一種光伏系統(tǒng)最大功率點追蹤控制裝置及控制方法，解決了反應(yīng)速度慢、工作點震蕩等問題，降低了傳統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)硬件成本。尤其是在外界環(huán)境變化較大時，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度最大功率點追蹤，大大提高了光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化效率。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種光伏系統(tǒng)最大功率點追蹤控制裝置，它是由光伏電池陣列、檢測裝置、DC-DC升壓變換電路、PWM控制器、負(fù)載設(shè)備組成，DC-DC升壓變換電路輸入端與光伏電池陣列相連接，輸出端與負(fù)載設(shè)備相連接，檢測裝置與光伏電池陣列輸出端相連接，將電流電壓檢測結(jié)果傳遞給PWM控制器，由PWM控制器計算出占空比信號，控制DC-DC升壓變換電路的工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點追蹤控制。進(jìn)一步的，以上所述的檢測裝置內(nèi)部含有電壓檢測電路和電流檢測電路。進(jìn)一步的，所述的DC-DC升壓變換電路包括恒壓源E、儲能電感L、濾波電容C、二極管VD、MOSFET驅(qū)動器VT，其中恒壓源E正極與MOSFET驅(qū)動器VT漏極相連，儲能電感L、二極管VD負(fù)極分別與MOSFET驅(qū)動器VT源極相連，恒壓源E負(fù)極與儲能電感L的另一端相連；濾波電容C和負(fù)載并聯(lián)后一端與二極管VD正極相連，另一端與恒壓源E負(fù)極相連。進(jìn)一步的，所述的PWM控制器內(nèi)置最優(yōu)電壓控制與自抗擾控制相結(jié)合的光伏系統(tǒng)最大功率點追蹤控制算法。進(jìn)一步的，所述的負(fù)載設(shè)備為獨立的用電設(shè)備或是光伏并網(wǎng)逆變器。一種光伏系統(tǒng)最大功率點追蹤控制裝置及控制方法，至少包括以下步驟：步驟A、確定標(biāo)況S＝1000W/m2,T＝25℃下光伏電池模型和非標(biāo)況下光伏電池模型；步驟B、根據(jù)上述所說的光伏電池模型，計算最優(yōu)電壓；步驟C、確定ADRC的控制器帶寬Wc和觀測器帶寬Wo，調(diào)整參數(shù)b；步驟D、將一種結(jié)合OVC控制算法和ADRC控制算法于一起的控制算法通過軟件編程嵌入到PWM控制器中。本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于：①硬件裝置與計算機軟件編程相結(jié)合，硬件裝置設(shè)計簡單，軟件編程通俗易懂；②采用的OVC控制算法本身已經(jīng)比電導(dǎo)增量法跟蹤效果好，本發(fā)明又加入了ADRC控制算法，使最大功率點追蹤更加精確，實現(xiàn)了高精度跟蹤，反應(yīng)速度更快；③采用新的算法與PWM控制器相結(jié)合，與傳統(tǒng)MPPT算法相比，大大減少了傳感器的數(shù)量，減少了傳感器帶來的檢測誤差并減少了工程造價；④本發(fā)明提出的MPPT策略與DC-DC拓?fù)錈o關(guān)，有利于模塊化與即插即用的PWM控制器的設(shè)計。附圖說明附圖1為本發(fā)明所總體結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2為本發(fā)明DC-DC變換電路拓?fù)鋱D。附圖3為本發(fā)明PWM控制器結(jié)構(gòu)示意圖。附圖4為本發(fā)明OVC控制算法程序流程圖。附圖5為本發(fā)明ADRC控制算法結(jié)構(gòu)圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。由附圖1和附圖3可知，本發(fā)明是由光伏電池陣列、檢測裝置、DC-DC升壓變換電路、PWM控制器、負(fù)載設(shè)備組成。DC-DC升壓變換電路輸入端與光伏電池陣列相連接，輸出端與負(fù)載設(shè)備相連接，檢測裝置與光伏電池陣列輸出端相連接，將電流電壓檢測結(jié)果傳遞給PWM控制器，參見附圖3，本發(fā)明PWM控制器內(nèi)置最優(yōu)電壓控制與自抗擾控制相結(jié)合的光伏系統(tǒng)最大功率點追蹤控制算法。由PWM控制器計算出占空比信號，控制DC-DC升壓變換電路的工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點追蹤控制。上述所說的檢測裝置內(nèi)部含有電壓檢測電路和電流檢測電路。參見附圖2，本發(fā)明DC-DC升壓變換電路包括恒壓源E、儲能電感L、濾波電容C、二極管VD、MOSFET驅(qū)動器VT。其中恒壓源E正極與MOSFET驅(qū)動器VT漏極相連，儲能電感L、二極管VD負(fù)極分別與MOSFET驅(qū)動器VT源極相連，恒壓源E負(fù)極與儲能電感L的另一端相連；濾波電容C和負(fù)載并聯(lián)后一端與二極管VD正極相連，另一端與恒壓源E負(fù)極相連。上述所說的負(fù)載設(shè)備為獨立的用電設(shè)備或是光伏并網(wǎng)逆變器。本發(fā)明一種光伏系統(tǒng)最大功率點追蹤控制裝置及控制方法至少包括以下步驟：步驟A、確定標(biāo)況(S＝1000W/m2,T＝25℃)下光伏電池模型和非標(biāo)況下光伏電池模型。如下式：標(biāo)況下:式中，I為光伏電池輸出電流，V為光伏電池輸出電壓，I0為二極管反響飽和電流，Iph為光生電流，n為二極管特性因子，q為電子電荷量(q＝1.6×10-19C/m2)，為玻爾茲曼常數(shù)(k＝1.38×10-23J/K)，Rs為光伏電池等效串聯(lián)電阻，Rsh為光伏電池等效并聯(lián)電阻，T為光伏電池溫度。非標(biāo)況下：V′sc＝VOc×(1-cΔT)In(e+bΔS)I′m=Im×ssref(1+aΔT)]]>V′m＝Vm×(1-cΔT)In(e+bΔS)ΔT＝T-TrefΔS=ssref-1]]>式中，Tref、Sref分別為光伏電池標(biāo)準(zhǔn)測試溫度、光輻照度參考值，I′SC、V′SC分別為非標(biāo)況下的光伏電池輸出短路電流和開路電壓，I′SC、V′SC為非標(biāo)況下光伏電池輸出最大電流和最大電壓。根據(jù)經(jīng)驗值，a，b，c分別為0.0025/℃、0.5和0.00288/℃。步驟B、根據(jù)上述所說的光伏電池模型，計算最優(yōu)電壓Vpmax。公式如下：Vpmax=1A′[LambertW(eA′Voc′+1+e)-1]]]>A′=1Vm′-Voc′ln(1-Im′Isc′)]]>步驟C、確定ADRC的控制器帶寬Wc和觀測器帶寬Wo，調(diào)整參數(shù)b。經(jīng)過調(diào)整參數(shù)最終確定Wc＝15.6，Wo＝5.3，b＝23。步驟D、將一種結(jié)合OVC控制算法和ADRC控制算法于一起的控制算法通過軟件編程嵌入到PWM控制器中，這樣便有了本發(fā)明另外涉及的一種新型PWM控制設(shè)備。由附圖4和附圖5可知，OVC控制算法是經(jīng)過數(shù)學(xué)計算，尋找出對應(yīng)最大功率點處的最大電壓，傳統(tǒng)的MPPT算法-電導(dǎo)增量法在尋找時最大功率點時，由于計算不當(dāng)會導(dǎo)致功率震蕩問題，而OVC控制算法由于計算精確從而避免了功率震蕩的問題。ADRC控制算法是用擴(kuò)張狀態(tài)觀測器對擾動進(jìn)行實時估計與補償來構(gòu)造出具有自抗擾功能的新型實用控制器算法。擴(kuò)張狀態(tài)觀測器：因為故有其中y^⇒x^1x^2x^3=100010001x1^x2^x3^+000000uy]]>其中控制器的極點配置：y··=f+bu]]>取則經(jīng)拉普拉斯變化后得取極點在-wc處，即s2+kds+kp＝[s-(-wc)]2對比于標(biāo)準(zhǔn)二階：s2+2wcξs+wc2，且ξ取值為1時(臨界阻尼)，系統(tǒng)無超調(diào)。則kd＝2wc，kp＝wc2觀測器極點配置：sI-A^=sI-(A-lc)=s+l1-10l2s-1l30s=s3+l1s2+l2s+l3]]>假設(shè)3個極點都在-wo處則(s+wo)3＝s3+3wos2+3wo2s+wo3對比得l1＝3wo，l2＝3wo2，l3＝wo3本發(fā)明的工作原理是：檢測裝置從光伏電池陣列獲取電壓信號，傳遞給PWM控制器，PWM控制器通過計算檢測電壓與分析計算得到的Vpmax差值，實現(xiàn)MPPT。當(dāng)V和Vpmax之差大時，光伏系統(tǒng)運行點距離最大功率點遠(yuǎn)，此時占空比變化較大，導(dǎo)致運行點迅速趨近最大功率點；當(dāng)V和Vpmax之差中等時，光伏系統(tǒng)運行點接近最大功率點，此時占空比變化較小，光伏系統(tǒng)運行點趨近最大功率點并且能夠保證在最大功率點無震蕩；當(dāng)V和Vpmax之差幾乎為零時，光伏系統(tǒng)運行在最大功率點，此時占空比不變。應(yīng)當(dāng)明確的是，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，按本發(fā)明構(gòu)思所做出的顯而易見的改進(jìn)和修飾都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3