本发明公开了一种基于光伏系统的自适应加权调制信号的极值跟踪方法，包括获取系统输出功率P；对输出功率P施加自适应权值的调制信号，获得功率纹波p；将功率纹波通过高通滤波器后，再乘上自适应权值的调制信号，完成解调过程，获得纹波ξ；将信号ξ通过低通滤波器滤除交流部分信号后通过积分器，输出占空比的参考值控制系统追踪最大功率。本发明平衡了光伏系统最大功率跟踪控制中稳态精度和动态跟踪速度之间的矛盾，本发明可广泛且不限于用于光伏系统控制之中。
1.一种基于光伏系统的自适应加权调制信号的极值跟踪方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：获取系统的实时输出电压和电流，可以得到系统实时输出功率P；
步骤2：对输出功率P施加自适应权值的调制信号asin(ωt)，a是调制信号的自适应权值，通过判定光伏系统实时工作位置来调节自适应权值a的大小，首先计算得出实验环境条件范围内最小的VMPP值VMPPmin与最大的VMPP值VMPPmax，以及最大的Voc值Vocmax和最小的Voc值Vocmin，定义确定实验环境电压比值的范围，再获取系统的实时输出电压信号VPV，与参考电压值Vocref相比，则当出现如下情况：能保证此时系统一定没有运行在最大功率点处，且工作位置远离最大功率点，结合光伏系统V-P输出功率曲线的斜率值，明确判定系统的工作位置，总结调制信号的自适应权值变化规则如下：(1)dP/dV＞0，VPV/Vocref<α→
(2)dP/dV＞0，α≤VPV/Vocref≤β→趋近MPP，系统此时工作点在MPP左侧，a＝aref(3)dP/dV＝0，α≤VPV/Vocref≤β→系统此时工作点位于MPP，
(4)dP/dV<0，α≤VPV/Vocref≤β→趋近MPP，系统此时工作点在MPP右侧，a＝aref(5)dP/dV<0，VPV/Vocref＞β→
其中IPV为光伏系统的实时输出电流值，aref为当光伏系统工作在标准环境条件下，控制光伏系统输出最大功率PMAX的调制信号权值；当光伏系统工作点距离最大功率点较远时，以较大的调制信号权值追踪最大功率点，加快动态响应时间，当光伏系统工作点在最大功率点附近或位于最大功率点时，采取较小的调制信号权值控制光伏系统，对系统输出功率施加自适应权值的调制信号后获得功率纹波p，所述功率纹波p的数学表达式是：其中 是光伏系统输出功率P关于占空比λ曲线的斜率值，asin(ωt)是自适应权值的调制信号，输出纹波值的大小由调制信号的系数决定；
步骤3：将功率纹波通过高通滤波器后，再乘上自适应权值的调制信号asin(ωt)，完成解调过程，获得纹波ξ，所述解调后纹波ξ的数学表达式是：是P-λ曲线的斜率值，当系统位于最大功率点时， 因此可以通过判断ξ的值来判断系统的位置； 此时系统工作在最大功率点左侧， 此时系统工作在最大功率点右侧；
步骤4：将信号ξ通过低通滤波器滤除交流部分信号后通过积分器，输出占空比的参考值λref控制系统追踪最大功率，滤除交流信号后的直流信号表达式为：通过低通滤波器后的信号是一个直流量，且其值的正负完全取决于系统的工作位置，工作在最大功率点左侧为正，右侧为负；
步骤5：重复步骤(1)～(4)直到系统工作在最大功率点。
一种基于光伏系统的自适应加权调制信号的极值跟踪方法
技术领域：
[0001] 本发明涉及光伏发电技术、最大功率追踪技术、自动控制技术等领域，具体涉及一种基于光伏系统的自适应加权调制信号的极值跟踪方法。背景技术：
[0002] 随着经济的飞速发展，煤、石油等传统能源日益短缺，环境污染日益严重，有必要大力开发和应用各种新型可再生能源。相对于太阳的寿命，太阳能可以说是取之不，用之不竭的。相关权威部门预计，到2050年，全球能源产出的22％来自于太阳能，其中超过50％的太阳能产出来自于光伏系统发电。因此大力发展光伏系统可有效应对能源短缺带来的各种危机。
[0003] 为提高太阳能电池组件的利用率，获得更高的转换效率，最大功率点追踪控制必不可少。光伏系统的输出主要受光照强度和工作温度影响。极值搜索法对于光伏系统这种单极值的非线性系统可以达到精准的控制效果，极值搜索法调制信号权值过大会导致系统在最大功率点附近来回震荡导致功率缺失，权值过小会加长系统追踪最大功率点的时间和增加误判的风险，降低动态性能的问题。针对恒定调制系数极值搜索法出现的问题，基于变步长极值搜索法的三电平光MPPT控制(惠晶,张锋.[J].电力电子技术,2014,48(9):1-3.)提出了改进型的极值搜索法。但改进型极值搜索算法的调制信号系数调整的规则没有给出明确说明，依据的是经验法，调制信号变化的范围也非常模糊。因此只在一定程度上改进了极值搜索法。此外，基于自适应滑模层极值搜索的光伏发电最大功率跟踪方法[0004] (张开,石季英,林济铿,等.[J].电力系统自动化,2015,39(12):33-37.)将滑模控制与极值搜索法有效融合的改进型算法也被提出，但也以大幅度增加算法的复杂度作为代价来提高光伏系统的动态性能。没有从根本上解决系统追踪动态响应与功率震荡之前的矛盾。发明内容：
[0005] 本发明针对现有的技术问题，发明出一种基于光伏系统的自适应加权调制信号的极值跟踪方法，定义具体的规则来决定权值的大小。提高极值跟踪法的动态性能，进一步提高光伏系统的能量转换效率。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
[0007] 一种基于光伏系统的自适应加权调制信号的极值跟踪方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤1：获取系统输出功率P；
[0009] 步骤2：对输出功率P施加自适应权值的调制信号asin(wt)，获得功率纹波p；
[0010] 步骤3：将功率纹波通过高通滤波器后，再乘上自适应权值的调制信号，完成解调过程，获得纹波ξ；
[0011] 步骤4：将信号ξ通过低通滤波器滤除交流部分信号后通过积分器，输出占空比的参考值控制系统追踪最大功率；
[0012] 步骤5：重复步骤(1)～(4)直到系统工作在最大功率点。
[0013] 对系统输出功率施加一个调制信号的扰动，输出功率会产生相应的纹波。且输出纹波值的大小由调制信号的系数决定。过大的系数值可以缩短系统的追踪时间，但会造成系统在最大功率点附近震荡。过小的系数值虽然会减小系统的功率震荡，但增长追踪时间，降低算法的动态性能。因此调制信号的系数直接影响最大功率点的追踪时间和控制精度，本发明自适应加权调制信号获取系统的实施输出电压信号，与参考电压值相比，结合光伏系统V-P输出功率曲线的斜率值，明确判定系统的工作位置后。基于光伏系统的工作位置，采取不同权值的调制信号对系统进行控制。
[0014] 输出功率的解调是通过高通滤波，过滤掉输出功率信号P中的直流信号部分，保留P的纹波进行解调。
[0015] 占空比的调制是通过低通滤波器，过滤掉解调后信号的交流部分，保留直流信号部分通过比例积分之后得到占空比的参考值。
[0016] 不停重复算法的上述过程，使光伏系统趋近并保持在最大功率点。本发明的有益效果是：当光伏系统工作点距离最大功率点较远时，以较大的调制信号权值追踪最大功率点，加快动态响应时间，当光伏系统工作点在最大功率点附近或位于最大功率点时，采取较小的调制信号权值控制光伏系统，有效消除功率震荡，减小功率损失。且可以保证在不同环境下对不同功率曲线的准确追踪，防止误判的发生。
附图说明
[0017] 图1是本发明一种基于光伏系统的自适应加权调制信号的极值跟踪方法实现的系统框图
[0018] 图2是本发明一种基于光伏系统的自适应加权调制信号的极值跟踪方法实现的系统流程图具体实施方式：
[0019] 附图1是本发明一种基于光伏系统的自适应加权调制信号的极值跟踪方法实现的系统框图，附图2是本发明的系统流程图。方法的实现主要有以下5个步骤：
[0020] 步骤1：获取系统的实时输出电压和电流，可以得到系统实时输出功率P；
[0021] 步骤2：对输出功率P施加自适应权值的调制信号asin(wt)，a是调制信号的自适应权值，通过判定光伏系统实时工作位置来调节自适应权值a的大小，当光伏系统工作点距离最大功率点较远时，以较大的调制信号权值追踪最大功率点，加快动态响应时间，当光伏系统工作点在最大功率点附近或位于最大功率点时，采取较小的调制信号权值控制光伏系统，对系统输出功率施加自适应权值的调制信号后获得功率纹波p，所述功率纹波p的数学表达式是：
[0022]
[0023] 其中 是系统输出功率P关于占空比λ曲线的斜率值，asin(ωt)是自适应权值的调制信号，输出纹波值的大小由调制信号的系数决定；步骤3：将功率纹波通过高通滤波器后，再乘上自适应权值的调制信号asin(ωt)，完成解调过程，获得纹波ξ，所述解调后纹波ξ的数学表达式是：
[0024]
[0025] 是P-λ曲线的斜率值，当系统位于最大功率点时， 因此可以通过判断ξ的值来判断系统的位置； 此时系统工作在最大功率点左侧， 此时系统工作在最大功率点右侧；
[0026] 步骤4：将信号ξ通过低通滤波器滤除交流部分信号后通过积分器，输出占空比的参考值λref控制系统追踪最大功率，滤除交流信号后的直流信号表达式为：
[0027]
[0028] 通过低通滤波器后的信号是一个直流量，且其值的正负完全取决于系统的工作位置，工作在最大功率点左侧为正，右侧为负；
[0029] 步骤5：重复步骤(1)～(4)直到系统工作在最大功率点。
[0030] 对发明内容中自适应权值a的选取进一步说明，因环境对系统短路电流的影响远大于对开路电压的影响，因此定义权值变化规则时，考虑开路电压而不是短路电流。为使控制策略包含所有可能的环境条件，计算得出实验环境条件范围内最小的VMPP值VMPPmin与最大的VMPP值VMPPmax，以及最大的Voc值Vocmax和最小的Voc值Vocmin。定义[0031]
[0032] Voc的值计算复杂，为防止反复运算，选取实验地点光照范围中间值的光照强度作为参考值，将此光照条件下的Voc作为参考值Vocref,获取系统的实时输出电压VPV。则当出现如下情况：
[0033]
[0034] 能保证此时系统一定没有运行在最大功率点处，且工作位置远离最大功率点。单纯的离线开路电压法对于最大功率点的判断是一个模糊的范围，控制系统追踪最大功率点效果不理想，但却可以通过对比值的计算判断系统的工作位置。再结合V-P曲线的斜率值，可以明确判定系统工作的位置。
[0035] 光伏系统的输出电压电流乘积IPV*VPV的值在光伏系统追踪最大功率点的过程中是不断变大的，直至到达最大功率点时为最大值。因此在没有到达最大功率点时,Pmax/(IPV*VPV)始终是一个大于1的系数，且距离最大功率点越远，系数越大。以此作为调制信号的变系数能达到较好的控制效果。
[0036] 为防止Pmax的反复计算，选取标准温度，单纯考虑高光照强度时的Pmax作为参考值Pmaxref，因还有温度的影响，高光照强度带来的高温会减小系统的输出功率。说明即使在高光照强度下，系统输出功率仍很难达到Pmaxref,保证Pmax/(IPV*VPV)是一个较大的系数，对系统做到有效控制。以这个系数乘上原参考权值aref，实现分区域运用不同权值的控制模式。
[0037] 完成自适应权值的定义后，总结本发明一种基于光伏系统的自适应加权调制信号的极值跟踪方法的自适应调制信号变化规则如下，设原调制信号系数为aref。
[0038] 光伏系统工作在最大功率点左侧，且远离最大功率点，以较大系数追踪最大功率点。权值的选取：
[0039] 光伏系统仍未到达最大功率点，且工作点位于最大功率点的左侧，权值的选取：第一个不等式加上等号的原因是，此时系统虽仍未
到达最大功率点，但已在最大功率点附近，不宜再用太大的调制信号权值去控制系统，防止发生越过最大功率点，造成功率缺失和误判的问题。
[0040] 光伏系统工作点在最大功率点，需要以尽可能小的权值使系统稳定在最大功率点处，减小震荡，权值的选取：
[0041] 光伏系统工作点在最大功率点右侧,且趋近MPP。以原参考调制信号权值控制系统。权值的选取：
[0042] 光伏系统工作点在最大功率点右侧，且远离最大功率点，此时应以较大的调制信号权值去控制系统，权值的选取：
[0043] 以上对本发明，一种基于光伏系统的自适应加权调制信号的极值跟踪方法做了详细介绍。本发明可有效应用于光伏系统之中，同等可运用在最大功率控制领域。熟悉该领域的技术人员在不违背发明精神的前提下可替换方法应用的系统对象，应用对象的替换包含在本申请权利要求所限定的范围内。
