基于單變量電流法光伏發(fā)電最大功率跟蹤控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于光伏發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種基于單變量電流法光伏發(fā)電最大功率跟蹤控制系統(tǒng)及方法，通過控制光伏電池板的輸出電流來實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤，比控制輸出電壓更為直接，而且只需要檢測出光伏電池板的輸出電流一個變量即可，大大簡化了最大功率跟蹤的控制過程，這種粗調(diào)與微調(diào)相結(jié)合的控制方式加快了最大功率跟蹤速度，減少了因環(huán)境變化造成的功率損失，大大改善了傳統(tǒng)擾動法中擾動量在最大功率點附近左右震蕩的問題。
【專利說明】基于單變量電流法光伏發(fā)電最大功率跟蹤控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于光伏發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種基于單變量電流法的光伏發(fā)電最大功率跟蹤控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，由于光伏電池的輸出特性受光照強度和環(huán)境溫度的影響較大，使得光伏發(fā)電系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換效率極低。光伏發(fā)電系統(tǒng)中的最大功率點跟蹤(MaximalPower Point Tracking，MPPT)技術(shù)是通過控制光伏電池板的輸出電壓或電流，使系統(tǒng)始終工作在最大功率點上，是高效利用太陽能、實現(xiàn)最優(yōu)輸出、提高光伏發(fā)電效率的有效途徑和關(guān)鍵技術(shù)。目前，光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率跟蹤控制方法主要有電壓反饋法、功率反饋法、擾動觀察法、增量電導(dǎo)法、直線近似法、實際測量法等，其中常用的方法是擾動觀察法，但擾動觀察法是通過不斷改變光伏電池板的輸出電壓和功率來跟蹤最大功率點，因此當(dāng)達到最大功率點附近后，擾動量將會在最大功率點附近不停振蕩，這將造成能量損耗而使系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率降低。因此，尋找一種高效、穩(wěn)定的最大功率跟蹤控制方法已成為大中型光伏發(fā)電領(lǐng)域亟待解決的重要技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:
[0004]本發(fā)明提供一種基于單變量電流法的光伏發(fā)電最大功率跟蹤控制系統(tǒng)及方法，其目的是解決以往的方法所存在的光電轉(zhuǎn)換效率較低、穩(wěn)定性較差等問題。
[0005]技術(shù)方案:`[0006]基于單變量電流法光伏發(fā)電最大功率跟蹤控制系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括光伏電池板，光伏電池板與開關(guān)電源相連，由電流控制單元控制連接開關(guān)電源，開關(guān)電源再與DC/DC功率變換器相連，由輸出電壓控制單元控制連接DC/DC功率變換器。
[0007]—種如上所述基于單變量電流法光伏發(fā)電最大功率跟蹤控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:最大功率跟蹤控制方法采用下面兩種基于單變量電流法的控制方法之一，即采用單變量電流擾動跟蹤法或單變量二次曲線極值跟蹤法。
[0008]基于單變量電流法(Ipv)的最大功率跟蹤控制的基本思想是:光伏電池板輸出功率Ppv的最大功率點與電流控制單元輸出功率PBudt的最大功率點對應(yīng)的占空比相同，因此，根據(jù)計算式(5)得到PBudt最大功率點對應(yīng)的占空比dpv m，再控制開關(guān)電源的占空比Sdpv m,進而達到跟蹤Ppv最大功率點的目的，從而實現(xiàn)最大功率跟蹤；
[0009]-^uck = ~ ~ -^uck(^pv)(5)。

i^pv
[0010]對占空比dpv的邊界范圍進行了限定，設(shè)dpv—min (最小邊界值)<dpv<dpv max (最大邊界值)，當(dāng)占空比dpv在限定的邊界范圍之外，即dpv〈dpv—min或dpv>dpv—max時，則無需比較輸出功率，先將占空比dpv調(diào)整至限定范圍內(nèi)，限定占空比dpv邊界范圍的目的是減少比較次數(shù)，加快跟蹤速度；當(dāng)dpv min〈dpv〈dpv m，則增大占空比dpv，下一時刻的占空比為dpv (k+1) =dpv (k) + Δ dpv ;當(dāng)dpv—m〈dpv〈dpv—max,則減小占空比dpv,下一時刻的占空比為
dpv (k+l)=dpv(k)-A dpvo
[0011]采用單變量電流擾動跟蹤法:
[0012]將占空比的初始值dpv C1設(shè)為其最小邊界值dpv min，逐步增大占空比dpv，且保證dpv在限定的邊界范圍[dpvmin，dpvmax]內(nèi)，在某一時刻，占空比為dpv(k)，檢測光伏電池板的輸出電流為Ipv(k)，計算電流控制單元的輸出功率為PBudt (k)，在下一時刻改變占空比dpv，令dpv (k+1) =dpv (k) + Δ dpv，輸出電流Ipv和輸出功率PBudt均發(fā)生改變，此時再檢測光伏電池板的輸出電流記為Ipv (k+Ι)，計算電流控制單元的輸出功率記為PBudt(k+l)，通過比較擾動前后，輸出功率？_00與？_0^+1)之間以及占空比dpv(k)與dpv(k+l)之間的大小關(guān)系來決定下一時刻占空比dpv的調(diào)整方向，總結(jié)如下:
[0013]若PBuck (k+1) >PBuck (k), dpv (k+1) >dpv (k),說明 dpv—min〈dpv〈dpv—m,則增大占空比 dpv ；dpv(k+l)〈dpv(k),說明 dpv—m〈dpv〈dpv—max,則減小占空比 dpv ；[0014]若PBuck (k+1) <PBuck (k), dpv (k+1) >dpv (k),說明 dpv—m〈dpv〈dpv—max,則減小占空比 dpv ；dpv(k+l)〈dpv(k),說明 dpv—min〈dpv〈dpv—m,則增大占空比 dpv ；
[0015]若PBuck (k+1) =PBuck (k),說明 dpv=dpv—m,則保持占空比 dpv 不變；
[0016]不斷重復(fù)上述過程，使電流控制單元的輸出功率匕。。，向增大的趨勢變化，從而實現(xiàn)最大功率跟蹤；
[0017]單變量電流擾動跟蹤法是基于兩個判別式(比較PBlKk (k)、Peuck (k+Ι)大小和dpv(k)、dpv(k+l)大小)，通過不斷調(diào)整占空比dpv來改變光伏電池板的輸出電流Ipv，進而改變電流控制單元的輸出功率PBudt，使？^^向增大的方向變化，最終達到跟蹤最大功率點的目的。
[0018]單變量二次曲線極值跟蹤法的實現(xiàn)步驟如下:
[0019](I)在占空比 dpv 的邊界范圍[dpv niin，dpv max]內(nèi)取三個值，dpvjlin、dpv int、dpv MX，其中dpv int為dpv min與dpv max之間的某一值，并檢測出這三個占空比值分別對應(yīng)的光伏電池板I
出電 Λ-- Ipvmin'' Ipv—int、dpvmax ;
[0020](2)根據(jù)式(5)計算出上述三個占空比值‘—‘吣‘-分別對應(yīng)的電流控制單元(2)輸出功率PBuc;k_min、PBuck_int、^Buc^max?由此可以得到三個坐標(biāo)點(dpv min，PBuek min)、(dpv—int，fVck—int)、(dpv—max，Ρβικ^—max)，如圖？(A)所不；[0021](3)根據(jù)上述三個坐標(biāo)點，利用Lagrange多項式可以求出對應(yīng)的二次曲線方程，如式(6)所示，該方程可以看作是此時光伏功率轉(zhuǎn)換特性曲線方程；
【權(quán)利要求】
1.基于單變量電流法光伏發(fā)電最大功率跟蹤控制系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括光伏電池板(1)，光伏電池板(I)與開關(guān)電源(4)相連，由電流控制單元(2)控制連接開關(guān)電源(4)，開關(guān)電源(4)再與DC/DC功率變換器(5)相連，由輸出電壓控制單元(3)控制連接DC/DC功率變換器(5)。
2.一種如權(quán)利要求1所述基于單變量電流法光伏發(fā)電最大功率跟蹤控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:最大功率跟蹤控制方法采用下面兩種基于單變量電流法的控制方法之一，即采用單變量電流擾動跟蹤法或單變量二次曲線極值跟蹤法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于單變量電流法光伏發(fā)電最大功率跟蹤控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:基于單變量電流法(Ipv)的最大功率跟蹤控制的基本思想是:光伏電池板(I)輸出功率Ppv的最大功率點(8 )與電流控制單元(2 )輸出功率PBudt的最大功率點(8 )對應(yīng)的占空比相同，因此，根據(jù)計算式(5)得到PBudt最大功率點(8)對應(yīng)的占空比dpvm，再控制開關(guān)電源(4)的占空比為dpv—m,進而達到跟蹤Ppv最大功率點(8)的目的,從而實現(xiàn)最大功率跟蹤；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于單變量電流法光伏發(fā)電最大功率跟蹤控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:對占空比Clpv的邊界范圍進行了限定，設(shè)dpvmin (最小邊界值)<dpv〈dpvmax (最大邊界值)，當(dāng)占空比dpv在限定的邊界范圍之外，即dpv〈dpv—min或dpv>dpv—max時，則無需比較輸出功率，先將占空比dpv調(diào)整至限定范圍內(nèi)，限定占空比dpv邊界范圍的目的是減少比較次數(shù)’加快跟蹤速度，當(dāng)d(pw-s＜dpr＜dpv，則增大占空比dpv，下一時刻的占空比為dpV (k+1) =dpv (k) + Δ dpv ;當(dāng)dpv—m〈dpv〈dpv—max,則減小占空比dpv,下一時刻的占空比為dpv (k+l)=dpv(k)-A dpvo
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述基于單變量電流法光伏發(fā)電最大功率跟蹤控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:采用單變量電流擾動跟蹤法: 將占空比的初始值dpv』設(shè)為其最小邊界值dpv min，逐步增大占空比dpv，且保證dpv在限定的邊界范圍[dpvmin，dpvmax]內(nèi)，在某一時刻，占空比為dpv(k)，檢測光伏電池板(I)的輸出電流為Ipv(k)，計算電流控制單元(2)的輸出功率為PBudt(k)，在下一時刻改變占空比dpv，令dpv(k+l)=dpv(k) + A dpv，輸出電流Ipv和輸出功率PBudt均發(fā)生改變，此時再檢測光伏電池板(I)的輸出電流記為Ipv (k+Ι)，計算電流控制單元(2)的輸出功率記為PBudt(k+l)，通過比較擾動前后，輸出功率PBudt(k)與？_0^+1)之間以及占空比dpv(k)與dpv(k+l)之間的大小關(guān)系來決定下一時刻占空比dpv的調(diào)整方向，總結(jié)如下:
若 PBuc；k(k+l)>PBuc;k(k), dpv (k+l)>dpv (k),說明 dpv—min〈dpv〈dpv—m，則增大占空比 dpv ;dpv(k+l)〈dpv(k),說明 dpv—m〈dpv〈dpv—max,則減小占空比 dpv ；
若 PBuc；k(k+l)〈PBuc;k(k), dpv (k+l)>dpv (k),說明 dpv—m〈dpv〈dpv—max,則減小占空比 dpv ;dpv(k+l)〈dpv(k),說明 dpv—min〈dpv〈dpv—m,則增大占空比 dpv ；
若 Pbuc* (k+1) =PBUck (k)，說明 dpv=dpv—m,則保持占空比 dpv 不變； 不斷重復(fù)上述過程，使電流控制單元(2)的輸出功率PBudt向增大的趨勢變化，從而實現(xiàn)最大功率跟蹤；單變量電流擾動跟蹤法是基于兩個判別式(比較PBudt(k)、PBuck(k+Ι)大小和dpv(k)、dpv(k+l)大小)，通過不斷調(diào)整占空比dpv來改變光伏電池板(I)的輸出電流Ipv，進而改變電流控制單元(2)的輸出功率PBudt，使Pbuca向增大的方向變化，最終達到跟蹤最大功率點(8)的目的。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于單變量電流法光伏發(fā)電最大功率跟蹤控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于: 單變量二次曲線極值跟蹤法的實現(xiàn)步驟如下: (1)在占空比Clpv的邊界范圍[dpvmin，dpvmax]內(nèi)取三個值，dpv—min、^pv_int Λ ^pv_max? 其中dpvint為dpv min與dpv max之間的某一值，并檢測出這三個占空比值分別對應(yīng)的光伏電池板I輸出由流T T T.丄ρν_η?ηΛ 丄pv_int、丄pv_max , (2)根據(jù)式(5)計算出上述三個占空比值dpvmin、dpv int、dpv max分別對應(yīng)的電流控制單元(2)輸出功率Pbuca

_min、PBuck—int、^Buck^ax?由此可以得到三個坐標(biāo)點(dpv _，PBuek _)、(dpvint，Pl3uck—int)、(^pv maxJ ^Buck max^ ; (3)根據(jù)上述三個坐標(biāo)點，利用Lagrange多項式可以求出對應(yīng)的二次曲線方程，如式(6)所示，該方程可以看作是此時光伏功率轉(zhuǎn)換特性曲線方程；

【文檔編號】G05F1/67GK103513693SQ201310455333
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】金石, 張鳳閣, 王育欣 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)