一种自适应变步长MPPT控制方法

摘要

本发明公开了一种自适应变步长MPPT控制方法，包括：（1）获取功率导数-电压特性曲线上电压分别为uL和uR的点A和B；（2）根据AB间功率导数为0的点对应的电压ui，获取特性曲线上电压为ui的点C；（3）判断C点的功率导数绝对值是否小于阈值ε，是则执行（7），否则执行（4）；（4）判断C点的功率导数是否大于0，是则执行（5），否则执行（6）；（5）将点C作为新的点A，返回（2）；（6）获取功率导数-电压特性曲线，获取该特性曲线上与点C电压相同的点D作为新的点A，获取该特性曲线上电压为uR′的点E作为新的点B，返回（2）；（7）确定点C为最大功率点，实现最大功率点跟踪。该方法具有高动态跟踪速度和稳态跟踪精度。

权利要求

1.一种变步长MPPT控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)获取光伏电池的功率导数-电压特性曲线，获取特性曲线上电压分别为uL和uR的点A和B，其中，uL＝k1*UOC，uR＝k2*UOC，k1＝0.01～0.1，k2＝0.9～0.99，UOC为开路电压；

(2)根据AB间功率导数为0的点对应的电压ui，获取功率导数-电压特性曲线上电压为ui的点C；

(3)判断C点的功率导数绝对值是否小于预定的精度阈值ε，是则执行步骤(7)，否则执行步骤(4)；

(4)判断C点的功率导数是否大于0，是则执行步骤(5)，否则执行步骤(6)；

(5)将点C作为新的点A，返回步骤(2)；

(6)重新获取光伏电池的功率导数-电压特性曲线，获取该特性曲线上与点C电压相同的点D，将点D作为新的点A，获取该特性曲线上电压为uR′的点E，将点E作为新的点B，其中，uR′＝k2*UOC′，UOC′为重新获取的开路电压，返回步骤(2)；

(7)确定点C为最大功率点，实现最大功率点跟踪。

2.如权利要求1所述的变步长MPPT控制方法，其特征在于，k1＝0.02。

3.如权利要求1或2所述的变步长MPPT控制方法，其特征在于，k2＝0.98。

说明书

一种自适应变步长MPPT控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于光伏发电技术领域，更具体地，涉及一种自适应变步长MPPT控制方法。

背景技术

[0002] 光伏发电作为可再生的清洁能源，在世界范围内受到高度重视且发展迅速。但由于光伏电池存在输出能量不稳定、转换效率低等问题，因此需要不断进行最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking,MPPT）。

[0003] 目前，常见的MPPT控制方法主要有定电压跟踪法、智能算法、扰动观察法(P&O)、电导微增率法(INC)等。其中，定电压跟踪法虽然可以快速地定位到最大功率点附近，但精度较差。智能算法能很好地处理非线性问题，但过于依赖操作人员的经验且需要长时间训练。扰动观察法因其简单、易实现等优点已经得到广泛的运用，但由于其采用固定的扰动步长，难以同时获得较高的响应速度和跟踪精度。电导微增率法精度较高，但速度慢。

发明内容

[0004] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种自适应变步长MPPT控制方法，解决了不能同时兼顾系统的动态跟踪速度和稳态跟踪精度的问题，不需要确定速度因子及最大步长，而且可以有效地避免跟踪过程中出现的死区，具有较高的动态跟踪速度和稳态跟踪精度。

[0005] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种变步长MPPT控制方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）获取光伏电池的功率导数-电压特性曲线，获取特性曲线上电压分别为uL和uR的点A和B，其中，uL=k1*UOC，uR=k2*UOC，k1=0.01～0.1，k2=0.9～0.99，UOC为开路电压；（2）根据AB间功率导数为0的点对应的电压ui，获取功率导数-电压特性曲线上电压为ui的点C；（3）判断C点的功率导数绝对值是否小于预定的精度阈值ε，是则执行步骤（7），否则执行步骤（4）；（4）判断C点的功率导数是否大于0，是则执行步骤（5），否则执行步骤（6）；（5）将点C作为新的点A，返回步骤（2）；（6）重新获取光伏电池的功率导数-电压特性曲线，获取该特性曲线上与点C电压相同的点D，将点D作为新的点A，获取该特性曲线上电压为uR′的点E，将点E作为新的点B，其中，uR′=k2*UOC′，UOC′为重新获取的开路电压，返回步骤（2）；（7）确定点C为最大功率点，实现最大功率点跟踪。

[0006] 优选地，k1=0.02。

[0007] 优选地，k2=0.98。

[0008] 优选地，所述步骤（7）中，将给定的电压与最大功率点电压比较，通过比例积分调节后，送入脉冲宽度调制器产生控制信号，实现最大功率点跟踪。

[0009] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，根据光伏P′(u)-U曲线的几何特性，自适应地选取步长，不需要计算最大步长及速度因子，避开了复杂的计算过程，不会因为步长选取不恰当而产生死区问题，而且很好地解决了由于光伏P′(u)-U特性曲线的变化率在最大功率点两侧差异较大而导致步长及速度因子难以选择的问题，可以快速精准地对最大功率点进行跟踪。

附图说明

[0010] 图1是本发明实施例的自适应变步长MPPT控制方法流程图；

[0011] 图2是光伏电池的P-u特性曲线和|P′(u)|-u关系曲线；

[0012] 图3是本发明实施例的自适应变步长MPPT控制方法的原理示意图。

具体实施方式

[0013] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

[0014] 如图1所示，本发明实施例的自适应变步长MPPT控制方法包括如下步骤：

[0015] （1）获取光伏电池的功率导数-电压特性曲线，获取特性曲线上电压分别为uL和uR的点A和B，其中，uL=k1*UOC，uR=k2*UOC，k1=0.01～0.1，k2=0.9～0.99，UOC为开路电压。

[0016] （2）根据AB间功率导数为0的点对应的电压ui，获取功率导数-电压特性曲线上电压为ui的点C。

[0017] （3）判断C点的功率导数绝对值是否小于预定的精度阈值ε，是则执行步骤（7），否则执行步骤（4）。

[0018] （4）判断C点的功率导数是否大于0，是则执行步骤（5），否则执行步骤（6）。

[0019] （5）将点C作为新的点A，返回步骤（2）。

[0020] （6）重新获取光伏电池的功率导数-电压特性曲线，获取该特性曲线上与点C电压相同的点D，将点D作为新的点A，获取该特性曲线上电压为uR′的点E，将点E作为新的点B，其中，uR′=k2*UOC′，UOC′为重新获取的开路电压，返回步骤（2）。

[0021] （7）确定点C为最大功率点，实现最大功率点跟踪。

[0022] 图2是光伏电池的功率P-电压u特性曲线和功率导数的绝对值|P′(u)|-u关系曲线，如图2所示，最大功率点对应P-u曲线的极大值点。令最大功率点对应的电压为um，则光伏电池的功率在u=um处的导数P′(um)=0。

[0023] 图3是本发明实施例的自适应变步长MPPT控制方法的原理示意图，下面结合图3对本发明的MPPT控制方法进行详细说明。

[0024] 如图3所示，本发明实施例的自适应变步长MPPT控制方法包括如下步骤：

[0025] （1）获取光伏电池的功率导数Pj′(u)-u特性曲线，在特性曲线上取两点Ai(uL,Pj′(uL))和Bj(uR,Pj′(uR))，其中，i=0，j=0，uL=0.02*UOCj，uR=0.98*UOCj，UOCj为开路电压。

[0026] （2）过Ai(uL,Pj′(uL))和Bj(uR,Pj′(uR))的直线为Li(u)，Li(u)与Pj′(u)=0的交点为Ci(ui,0)，进一步得到特性曲线上对应的点Di(ui,Pj′(ui))。其中，

[0027]

[0028] （3）判断|Pj′(ui)|是否小于精度阈值ε，是则执行步骤（7），否则执行步骤（4）。

[0029] （4）如果Pj′(ui)>0，则执行步骤（5）；如果Pj′(ui)<0，说明外界环境发生变动，则执行步骤（6）。

[0030] （5）uL=ui，i=i+1，返回步骤（2）。

[0031] （6）j=j+1，重新获取光伏电池的功率导数Pj′(u)-u特性曲线，uL=ui，且uR=0.98*UOCj，i=i+1，返回步骤（2）。

[0032] （7）确定ui为最大功率点电压，将给定的电压与ui比较，通过比例积分（PI）调节后，送入脉冲宽度调制器（PWM）产生控制信号，实现最大功率点跟踪。

[0033] 本方法的步长λ可用下式表示：λ＝|ui+1-ui|。

[0034] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。