一種適用于光伏電池的mppt控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽能光伏發(fā)電技術領域，尤其是涉及一種適用于光伏電池的MPPT 控制方法。
【背景技術】
[0002] 太陽能是干凈、無污染、隨處可得的能源，而且取之不盡、用之不竭。在化石能源 逐漸短缺的今日，太陽能成為當今世界各國極力發(fā)展的新能源之一。但太陽能光伏電池是 一種極不穩(wěn)定的電源，光電轉換效率低是制約其發(fā)展的重要因素。最大功率點跟蹤（Maxim Power Point Tracking，MPPT)技術的提出，使太陽能光伏電池的光電轉換效率得到極大提 尚。
[0003] 常規(guī)的固定電壓法原理簡單、易于實現(xiàn)，但控制精度比較低；擾動觀察法具有振蕩 幅度大或者跟蹤速度慢的缺點；電導增量法則對硬件要求高，需要高速A/D采樣；模糊自適 應法和神經網(wǎng)絡法等算法過于復雜，實際工程實現(xiàn)有難度；單純的直線近似法本身過于依 賴光伏電池的等效模型，而部分直線近似法則忽略溫度或日照強度對等效模型的影響，造 成算法精度不高。
[0004] 因此現(xiàn)有的技術有待改進和發(fā)展。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術問題在于提出一種具有工程實現(xiàn)可行性的MPPT控制方法， 能快速、高效、準確地跟蹤光伏電池最大功率點，從而提高光伏電池的光電轉換效率。
[0006] 為解決上述的技術問題，本發(fā)明采取的技術方案如下：
[0007] -種適用于光伏電池的MPPT控制方法，其特征在于：使用雙直線近似法和小步長 擾動觀察法相結合進行光伏電池的MPPT跟蹤。先根據(jù)光伏電池等效模型建立兩條最大功 率點電壓和環(huán)境溫度、日照強度之間的近似直線，然后根據(jù)采集的環(huán)境溫度、日照強度和兩 條近似直線確定最大功率點電壓，再由光伏電池實際輸出電壓和最大功率點電壓差值通過 PI調節(jié)后生成驅動開關器件的PWM脈沖信號，把光伏電池調整到最大功率點附近，最后通 過小步長的擾動觀察法精確跟蹤最大功率點。
[0008] 進一步地，包括以下步驟：
[0009] (1)、根據(jù)實際使用光伏電池的等效模型，建立最大功率點電壓和日照強度之間的 近似直線t _ (S1)，以及最大功率點電壓和溫度之間的近似直線V_ (T)。
[0010] ⑵、實時采集光伏電池輸出電壓V、輸出電流I，以及環(huán)境溫度T、日照強度Sp
[0011] (3)、根據(jù)日照強度S1和直線t _ (S1)確定最大功率點電壓t _。
[0012] (4)、根據(jù)溫度T、最大功率點電壓…_和直線￥_(1〇確定最大功率點電壓乂_。
[0013] (5)、由電壓V和最大功率點電壓Vmpp的差值生成驅動開關器件的PffM脈沖信號， 直至 V = Vmpp。
[0014] (6)、小步長的調節(jié)光伏電池輸出電壓V，使光伏電池輸出功率達到最大功率點。
[0015] (7)、計算環(huán)境溫度T、日照強度S1的變化量，若變化量過大，即返回步驟（3)，重新 確定最大功率點電壓t _和V _。
[0016] 進一步地，近似直線t ^pp(S1)的形式為V _= IcslSJb,其中系數(shù)ksl和b由光 伏電池的等效模型來確定。
[0017] 進一步地，近似直線V_(T)的形式為V_= t _+kT(25-T)，其中系數(shù)kT由光伏 電池的等效模型來確定，并且跟日照強度有關。
[0018] 所述的系數(shù)kT，1^的形式為k T= kS ;，其中系數(shù)k由光伏電池的等效模型來確定。
[0019] 進一步地，光伏電池輸出電壓V和最大功率點電SVnipp的差值通過PI調節(jié)后生成 驅動開關器件的PWM脈沖信號，使得光伏電池輸出電壓V達到V nipp的時間很短，能達到30ms 以內。
[0020] 進一步地，擾動觀察法調節(jié)光伏電池輸出電壓V的步長比較小，不超過0.1 V。
[0021] 進一步地，進入小步長擾動觀察法步驟后，要同時監(jiān)測環(huán)境溫度T、日照強度S1，若 兩者變化量過大，要重新通過雙直線近似法估算最大功率點電壓v_。
[0022] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果：
[0023] (1)雙直線近似法能準確跟蹤光伏電池最大功率點跟隨環(huán)境溫度、日照強度的變 化，并快速地把光伏電池輸出功率調整到最大功率點附近，克服了一般算法的跟蹤速度慢、 適應環(huán)境變化性差的缺陷。
[0024] (2)小步長擾動觀察法的使用避免了常規(guī)擾動觀察法振蕩幅度大的缺陷，也克服 了單純直線近似法過于依賴光伏電池等效模型的弱點。
[0025] (3)本算法快速、高效、控制準確，工程可實現(xiàn)性強，對控制器要求低。
【附圖說明】
[0026] 圖1本發(fā)明的軟件流程圖
[0027] 圖2 T = 25 °C時，Vnipp-S1特性曲線和近似直線
[0028] 圖3 S1= 100mW/cm 2時，V ^pp-T特性曲線和近似直線
[0029] 圖 4 Si= 20mW/cm 2、40mW/cm2、60mW/cm2、80mW/cm2、100mW/cm 2時，V mpp_T 特性曲線
[0030] 圖5本發(fā)明實現(xiàn)的硬件系統(tǒng)框圖
【具體實施方式】
[0031] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0032] 圖1所示為本發(fā)明一個優(yōu)選實施例，包括如下實現(xiàn)步驟：
[0033] 步驟S1、根據(jù)實際使用光伏電池的等效模型，建立最大功率點電壓和日照強度S1 之間的近似直線V _ (S1)，以及最大功率點電壓和溫度T之間的近似直線V_ (T)。
[0034] 推論過程如下：
[0035] 光伏電池等效模型的數(shù)學表達式如下：

[0039] 公式中，I、V分別是光伏電池輸出電流和電壓；Iph是光伏電池產生的電流；I sat是 反向飽和電流；q是一個電子的電荷量；k是玻爾茲曼常數(shù)；T是光伏電池的溫度；A是光伏 電池的理想因數(shù)；I ssci是標準條件下的短路電流；K i是光伏電池的短路電流溫度系數(shù)；1\是 光伏電池的參考溫度A1是日照強度；1"是光伏電池在溫度T 1J寸的反向飽和電流；E&ρ是半 導體材料跨越能帶間隙時的能量。
[0040] 光伏電池輸出功率P = VI，4
「求得最大功率點電壓V_:
[0042] 可知，溫度T和日照強度變化直接影響到V_的數(shù)值，而￥_直接決定了光伏 電池的最大功率點。V nipp的求解可通過牛頓迭代法來完成。
[0043] 圖2是典型光伏電池 Solarex MSX60 60W在T為25°C，S1U 20mW/cm2變化到 100mW/cm2時八_和S i之間的關系曲線，以及用V _