專利名稱：一種光伏電能優(yōu)化的最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光伏發(fā)電系統(tǒng)，尤其涉及一種適用于光伏電能優(yōu)化的最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著當(dāng)今世界能源危機(jī)和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，太陽能以其無噪聲、無污染、能量隨處可得等優(yōu)點(diǎn)越來越受到重視。但由于太陽能發(fā)電成本較高，近年來，研究者主要致力于提高光伏系統(tǒng)穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)化效率、降低成本的研究。由于光伏模塊的輸出電壓和輸出電流隨著日照強(qiáng)度和環(huán)境溫度的變化具有強(qiáng)烈的非線性，因此在特定的工作環(huán)境下存在唯一的最大功率輸出點(diǎn)(maximum power point, 簡稱MPP)。其中最大功率點(diǎn)跟蹤(maximum power point tracking，簡稱MPPT)控制是光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵控制技術(shù)。因此，為了提高光伏系統(tǒng)的效率，研究者提出了多種MPPT控制算法。目前的控制方法分為間接近似控制法、直接采樣控制法以及人工智能控制法3大類。近似控制法主要有曲線擬合法、查表法等；直接采樣控制法主要有干擾觀測法、電導(dǎo)增量法等；人工智能控制法主要有模糊控制法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制法等。其中干擾觀測法和電導(dǎo)增量法的應(yīng)用最為廣泛。在控制精度要求不是特別高的情況下，采用干擾觀測法進(jìn)行MPPT控制足以滿足控制精度，又相對節(jié)約硬件投入，但在需要高性能控制場合，多采用電導(dǎo)增量法以及各種優(yōu)化方法寸。電導(dǎo)增量法的優(yōu)點(diǎn)是能減小跟蹤的穩(wěn)態(tài)振蕩，提高跟蹤精度。然而在噪聲、測量誤差和數(shù)字控制量化誤差的影響下，此方法也無法避免最大功率點(diǎn)附近的振蕩，而且在外界環(huán)境變化劇烈或突變以及光伏模塊部分遮擋時(shí)，電導(dǎo)增量法也無法及時(shí)有效地跟蹤到全局最大功率點(diǎn)。因此，本發(fā)明針對外界光照強(qiáng)度或溫度突變，以及光伏模塊部分遮擋影響控制效率，提出了一種最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法。它能在外界環(huán)境劇烈變化時(shí)，有效地跟蹤MPP，提高M(jìn)PPT控制的穩(wěn)態(tài)性能，并且避免最大功率點(diǎn)附近的振蕩，可以廣泛地應(yīng)用于實(shí)際光伏發(fā)電系統(tǒng)中，本發(fā)明方法具有高適應(yīng)性、魯棒性和有效性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是需要提供一種針對外界光照強(qiáng)度或溫度突變，以及光伏模塊部分遮擋的最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法及其系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明一方面的光伏電能優(yōu)化的最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，執(zhí)行以下步驟 步驟一，對所述光伏電能優(yōu)化的光伏模塊的輸出電壓和輸出電流進(jìn)行采樣，以獲得輸出電壓和輸出電流，并計(jì)算得到預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的電壓變化量和電流變化量；步驟二，基于所述步驟一所獲得的輸出電壓、輸出電流、電壓變化量和電流變化量，計(jì)算輸出功率-電壓曲線的斜率；步驟三，判斷所述斜率是否小于等于預(yù)設(shè)的誤差閾值，若小于等于預(yù)設(shè)的誤差閾值，則進(jìn)入步驟四，否則進(jìn)入步驟五；步驟四，判斷所述預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的所述斜率的均值是否等于零，若等于零，則判斷為所述光伏模塊工作在最大功率點(diǎn)處，返回所述步驟一；以及步驟五，通過判斷所述斜率的正負(fù)符號來改變所述光伏電能優(yōu)化的參考電壓的值，返回所述步
馬聚-““‘ο根據(jù)本發(fā)明另一方面的光伏電能優(yōu)化的最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，在所述步驟一之后，當(dāng)所述電流變化量不為零時(shí)，根據(jù)所述步驟一中所得的所述電壓變化量和所述電流變化量算得電阻變化量；以及在所述電阻變化量小于等于預(yù)設(shè)值時(shí)，若所述預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的第一輸出電阻和第二輸出電阻相等，則進(jìn)入所述步驟二，其中，所述第一輸出電阻和所述第二輸出電阻為所述預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)預(yù)設(shè)的兩個時(shí)刻的輸出電阻。根據(jù)本發(fā)明另一方面的光伏電能優(yōu)化的最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，所述預(yù)設(shè)值為零或接近零的實(shí)數(shù)。根據(jù)本發(fā)明另一方面的光伏電能優(yōu)化的最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，在所述步驟一之后，當(dāng)所述電流變化量為零時(shí)，則對光伏模塊進(jìn)行一次隨機(jī)干擾。根據(jù)本發(fā)明另一方面的光伏電能優(yōu)化的最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，所述第一輸出電阻為在所述預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)中間時(shí)刻的輸出電阻，以及所述第二輸出電阻為在所述預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)終點(diǎn)時(shí)刻的輸出電阻。根據(jù)本發(fā)明另一方面的光伏電能優(yōu)化的最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，所述斜率的均
,、 1 r(k+l)Ts
值為伊〉= ^Lx ，其中，TS為所述預(yù)設(shè)時(shí)間段，k為整數(shù)，H為所述輸出功率-電壓曲線的斜率。根據(jù)本發(fā)明另一方面的光伏電能優(yōu)化的最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，所述步驟四還包括，當(dāng)所述斜率的均值不等于零時(shí)若H(tk) >0且好仏)+ (7；/2)片<0,則將用于控制所述光伏模塊的開關(guān)的占空比
設(shè)置為
dk=l~·
-2
τ
丄eW
若H(tk<0且
則將用于控制所述光伏
H{tk) + {TSI2)H>0
I外2腫
模塊的開關(guān)的占空比設(shè)置為“_ 1 1 Ts 其中，表示所述H曲線在所述預(yù)設(shè)時(shí)
叫^WT, μι
間段內(nèi)的斜率絕對值，H表示所述輸出功率-電壓曲線的斜率，H(tk)表示所述輸出功率-電壓曲線的在所述預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)開始時(shí)刻的斜率值，Ts為所述預(yù)設(shè)時(shí)間段。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供了一種光伏電能優(yōu)化的最大功率點(diǎn)跟蹤控制系統(tǒng)，包括光伏電源模塊、轉(zhuǎn)換模塊、最大功率點(diǎn)跟蹤控制器模塊、儲能模塊，其特征在于，所述最大功率點(diǎn)跟蹤控制器模塊包括采樣單元，其對所述光伏電能優(yōu)化的光伏模塊的輸出電壓和輸出電流進(jìn)行采樣，以獲得輸出電壓和輸出電流，并算得到預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的電壓變化量和電流變化量；斜率計(jì)算單元，基于所述采樣單元所獲得的輸出電壓、輸出電流、電壓變化量和電流變化量，計(jì)算輸出功率-電壓曲線的斜率；第一判斷單元，判斷所述斜率是否小于等于預(yù)設(shè)的誤差閾值；第二判斷單元，在所述第一判斷單元判斷為所述斜率小于等于
6預(yù)設(shè)的誤差閾值時(shí)，判斷所述預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的所述斜率的均值是否等于零，若等于零，則判斷為所述光伏模塊工作在最大功率點(diǎn)處；參考電壓控制單元，在所述第一判斷單元判斷為所述斜率大于預(yù)設(shè)的誤差閾值時(shí)，通過判斷所述斜率的正負(fù)符號來改變所述光伏電能優(yōu)化的參考電壓的值。根據(jù)本發(fā)明又一方面的光伏電能優(yōu)化的最大功率點(diǎn)跟蹤控制系統(tǒng)，所述轉(zhuǎn)換模塊還包括第三判斷單元，當(dāng)所述電流變化量不為零時(shí)，根據(jù)所述采樣單元所得的所述電壓變化量和所述電流變化量算得電阻變化量，以及在所述電阻變化量小于等于預(yù)設(shè)值時(shí)，若所述預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的第一輸出電阻和第二輸出電阻相等，則進(jìn)入所述斜率計(jì)算單元，以及當(dāng)所述電流變化量為零時(shí)，則對光伏模塊進(jìn)行一次隨機(jī)干擾，其中，所述第一輸出電阻和所述第二輸出電阻為所述預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)預(yù)設(shè)的兩個時(shí)刻的輸出電阻。根據(jù)本發(fā)明又一方面的光伏電能優(yōu)化的最大功率點(diǎn)跟蹤控制系統(tǒng)，在所述第二判斷單元中，當(dāng)所述斜率的均值不等于零時(shí)若
權(quán)利要求
1.一種光伏電能優(yōu)化的最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，其特征在于，包括步驟一，對所述光伏電能優(yōu)化的光伏模塊的輸出電壓和輸出電流進(jìn)行采樣，以獲得輸出電壓和輸出電流，并計(jì)算得到預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的電壓變化量和電流變化量；步驟二，基于所述步驟一所獲得的輸出電壓、輸出電流、電壓變化量和電流變化量，計(jì)算輸出功率-電壓曲線的斜率；步驟三，判斷所述斜率是否小于等于預(yù)設(shè)的誤差閾值，若小于等于預(yù)設(shè)的誤差閾值，則進(jìn)入步驟四，否則進(jìn)入步驟五；步驟四，判斷所述預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的所述斜率的均值是否等于零，若等于零，則判斷為所述光伏模塊工作在最大功率點(diǎn)處，返回所述步驟一；以及步驟五，通過判斷所述斜率的正負(fù)符號來改變所述光伏電能優(yōu)化的參考電壓的值，返回所述步驟一。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在所述步驟一之后，當(dāng)所述電流變化量不為零時(shí)，根據(jù)所述步驟一中所得的所述電壓變化量和所述電流變化量算得電阻變化量；以及在所述電阻變化量小于等于預(yù)設(shè)值時(shí)，若所述預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的第一輸出電阻和第二輸出電阻相等，則進(jìn)入所述步驟二，其中，所述第一輸出電阻和所述第二輸出電阻為所述預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)預(yù)設(shè)的兩個時(shí)刻的輸出電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于， 所述預(yù)設(shè)值為零或接近零的實(shí)數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，還包括在所述步驟一之后，當(dāng)所述電流變化量為零時(shí)，則對光伏模塊進(jìn)行一次隨機(jī)干擾。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一輸出電阻為在所述預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)中間時(shí)刻的輸出電阻，以及所述第二輸出電阻為在所述預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)終點(diǎn)時(shí)刻的輸出電阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的方法，其特征在于，所述斜率的均值為〈約=γ. Ζ+Γ ΗΛ ‘其中，Ts為所述預(yù)設(shè)時(shí)間段，k為整數(shù)，H為所述輸出功率-電壓曲線的斜率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的方法，其特征在于，所述步驟四還包括， 當(dāng)所述斜率的均值不等于零時(shí)若H(tk) >0且好仏)+化/2)應(yīng)<0,則將用于控制所述光伏模塊的開關(guān)的占空比設(shè)置“-2腫為d ‘ ‘ Ts 若H(tk) <0且H{tXTs/2恤Q,則將用于控制所述光伏k 1 2·Η .模塊的開關(guān)的占空比設(shè)置為
8.一種光伏電能優(yōu)化的最大功率點(diǎn)跟蹤控制系統(tǒng)，包括光伏模塊、轉(zhuǎn)換模塊、最大功率 點(diǎn)跟蹤控制器模塊、儲能模塊，其特征在干，所述最大功率點(diǎn)跟蹤控制器模塊包括采樣單元，其對所述光伏電能優(yōu)化的光伏模塊的輸出電壓和輸出電流進(jìn)行采樣，以獲 得輸出電壓和輸出電流，并算得到預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的電壓變化量和電流變化量；斜率計(jì)算單元，基于所述采樣單元所獲得的輸出電壓、輸出電流、電壓變化量和電流變 化量，計(jì)算輸出功率-電壓曲線的斜率；第一判斷単元，判斷所述斜率是否小于等于預(yù)設(shè)的誤差閾值； 第二判斷単元，在所述第一判斷単元判斷為所述斜率小于等于預(yù)設(shè)的誤差閾值時(shí)，判 斷所述預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的所述斜率的均值是否等于零，若等于零，則判斷為所述光伏模塊エ 作在最大功率點(diǎn)處；參考電壓控制単元，在所述第一判斷単元判斷為所述斜率大于預(yù)設(shè)的誤差閾值時(shí)，通 過判斷所述斜率的正負(fù)符號來改變所述光伏電能優(yōu)化的參考電壓的值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在干，所述最大功率點(diǎn)跟蹤控制器模塊還包括 第三判斷単元，當(dāng)所述電流變化量不為零吋，根據(jù)所述采樣單元所得的所述電壓變化量和所述電流變化量算得電阻變化量，以及在所述電阻變化量小于等于預(yù)設(shè)值吋，若所述預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的第一輸出電阻和第二輸 出電阻相等，則進(jìn)入所述斜率計(jì)算單元，以及當(dāng)所述電流變化量為零時(shí)，則對光伏模塊進(jìn)行一次隨機(jī)干擾，其中，所述第一輸出電阻和所述第二輸出電阻為所述預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)預(yù)設(shè)的兩個時(shí)刻的 輸出電阻。
10.根據(jù)權(quán)利要求8和權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在干， 在所述第二判斷単元中，當(dāng)所述斜率的均值不等于零時(shí)若H(tk) >0且好(0+(r5/2)應(yīng)<0,則將用于控制所述光伏模塊的開關(guān)的占空比設(shè)置
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光伏電能優(yōu)化的最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法及其系統(tǒng)。該方法包括步驟一，對光伏電能優(yōu)化的光伏模塊的輸出電壓和輸出電流進(jìn)行采樣，以獲得輸出電壓和輸出電流，并計(jì)算得到預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的電壓變化量和電流變化量；步驟二，基于輸出電壓、輸出電流、電壓變化量和電流變化量，計(jì)算輸出功率-電壓曲線的斜率；步驟三，判斷斜率是否小于等于預(yù)設(shè)的誤差閾值，若小于等于預(yù)設(shè)的誤差閾值，則進(jìn)入步驟四，否則進(jìn)入步驟五；步驟四，判斷預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的斜率的均值是否等于零，若等于零，則判斷為工作在最大功率點(diǎn)處，返回步驟一；步驟五，通過判斷斜率的正負(fù)符號來改變光伏電能優(yōu)化的參考電壓的值，返回步驟一。
文檔編號G05F1/67GK102403928SQ20111031570
公開日2012年4月4日 申請日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者楊建 , 董密 申請人:楊建 , 董密