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(shí)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(yáng)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(yáng)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(shí)，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(duì)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(jiǎn)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(dòng)觀察法、電導(dǎo)增量法，其中擾動(dòng)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(jiǎn)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(duì)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(zhǎng)跟蹤最大功率點(diǎn)，步長(zhǎng)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(shí)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(shí)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(duì)應(yīng)的檢測(cè)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(cè)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(shí)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(shí)刻的輸出電壓，返回執(zhí)行步驟一直至檢測(cè) 點(diǎn)的功率達(dá)到光伏電池的最大功率。
[0016] 本發(fā)明通過(guò)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(duì)應(yīng)的檢測(cè)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(cè)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(shí)刻的參考電壓；根據(jù)所述參 考電壓調(diào)節(jié)下一時(shí)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(cè)點(diǎn)的功率達(dá)到光伏電池的最大功率，解決采用定步長(zhǎng)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(wèn)題，實(shí)現(xiàn)將固定步長(zhǎng)變?yōu)榭勺儾介L(zhǎng)，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(shuō)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)本發(fā)明變步長(zhǎng)自適應(yīng)MPPT方法的最大功率跟蹤效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。可W理解的是，此處所描 述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明的限定。另外還需要說(shuō)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(shí)施例一
[0026] 圖3為本發(fā)明實(shí)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(shí)施例可 適用于要求光伏電池的最大功率跟蹤過(guò)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(lái)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(guò)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(guò)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(zhǎng)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(duì)應(yīng)的檢測(cè)點(diǎn)與最大功率點(diǎn)的位置關(guān)系。
[0030] 通過(guò)電導(dǎo)增量最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT)方法利用對(duì)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(duì)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(shí)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(shí)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(shí)刻與上一時(shí)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(shí)，確定當(dāng)前輸出電壓和輸出電流 對(duì)應(yīng)的檢測(cè)點(diǎn)為光伏電池的最大功率點(diǎn)，此時(shí)，下一時(shí)刻的參考電壓Ufpf(i+1)=Uw(i)。
[0032] 在當(dāng)前時(shí)刻與上一時(shí)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(shí)，確定當(dāng)前輸出電壓和輸出電流 對(duì)應(yīng)的檢測(cè)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(shí)刻與上一時(shí)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(shí)，確定當(dāng)前輸出電壓和輸出電流 對(duì)應(yīng)的檢測(cè)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(cè)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(shí)刻的參考電壓。
[0035] 當(dāng)所述檢測(cè)點(diǎn)為所述最大功率點(diǎn)時(shí)，自適應(yīng)因子取值為零，下一時(shí)刻的參考電壓 U"f(i+1) =U"f(i)。
[0036] 當(dāng)所述檢測(cè)點(diǎn)位于所述最大功率點(diǎn)的左側(cè)時(shí)，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(zhǎng)，根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的輸出電壓與調(diào)節(jié) 后的第一步長(zhǎng)之和確定下一時(shí)刻的參考電壓。例如，當(dāng)所述檢測(cè)點(diǎn)位于所述最大功率點(diǎn)的 左側(cè)時(shí)，自適應(yīng)因3
其中ΛΛ為調(diào)節(jié)因子，在
時(shí)，kiG[0. 1，1]，在
時(shí)，kiG(1，10]。此時(shí)，調(diào)節(jié)后的第一步長(zhǎng)為
I;下一時(shí)刻的參 考電巧
[0037] 或者，當(dāng)所述檢測(cè)點(diǎn)位于所述最大功率點(diǎn)的右側(cè)時(shí)，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(zhǎng)，根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的輸出電壓與調(diào)節(jié)后 的第二步長(zhǎng)之差確定下一時(shí)刻的參考電壓。例如，當(dāng)所述檢測(cè)點(diǎn)位于所述最大功率點(diǎn)右側(cè) 時(shí)，自適應(yīng)因3
時(shí)，kze[0.5, 1]。此時(shí)，調(diào)節(jié)后的第二步長(zhǎng)為
下一時(shí)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(guò)數(shù)據(jù)擬合的方式獲得在最大功率點(diǎn)左側(cè)時(shí)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(guò)數(shù)據(jù)擬合的方式獲得此時(shí) 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(shí)，自適應(yīng)因子：
在最 大功率點(diǎn)右側(cè)時(shí)，自適應(yīng)因子
，其中，調(diào)節(jié)因子ki和k2的取值越大，步長(zhǎng)增 長(zhǎng)就越快，調(diào)節(jié)因子ki和k2的取值越小，步長(zhǎng)增長(zhǎng)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(shí)，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(guò)大，諸如ki=2,此時(shí)，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(guò)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(shí)，光伏電池的 功率變化比較大，同理，若k2取值過(guò)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(guò)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(shí)刻的輸出電壓，返回執(zhí)行步驟1直至檢測(cè)點(diǎn) 的功率達(dá)到光伏電池的最大功率。
[0040] 參見(jiàn)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(zhǎng)的最大功率點(diǎn)跟蹤算法通過(guò)上述步驟1至3的 計(jì)算確定下一時(shí)刻的參考電壓。DSP控制器404通過(guò)將所述參考電壓與Ξ角波進(jìn)行比較，實(shí) 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(chǎng)效應(yīng)晶體管（M0SFET)驅(qū)動(dòng)電路403。M0SFET驅(qū)動(dòng)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(kāi)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(shí)刻的輸出電壓。循環(huán)執(zhí)行步驟1至4直至檢測(cè)點(diǎn)的功率達(dá)到光伏電池的