專利名稱：一種光伏電池的最大功率跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光伏電池的最大功率跟蹤方法。
背景技術(shù)：
隨著化石能源的不斷消耗，環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，大力發(fā)展新能源已經(jīng)成為ー種不可阻擋的趨勢(shì)。太陽(yáng)能作為ー種清潔的可再生能源，越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視。在各國(guó)政府的大力支持下，全球的太陽(yáng)能光伏電池產(chǎn)量的年均增長(zhǎng)值為60%。我國(guó)擁有著非常豐富太陽(yáng)能資源，理論儲(chǔ)量達(dá)每年17000億t標(biāo)準(zhǔn)煤，太陽(yáng)能資源開發(fā)利用的潛力非常廣闊。 近年來(lái)，在“光明工程”先導(dǎo)項(xiàng)目和“送電到鄉(xiāng)”工程等國(guó)家項(xiàng)目及世界光伏發(fā)電市場(chǎng)的有力拉動(dòng)下，尤其是《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》以及“太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”、“金太陽(yáng)工程”的出臺(tái)，我國(guó)的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)獲得了迅猛發(fā)展?！犊稍偕茉粗虚L(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》明確到2010年，光伏發(fā)電總?cè)萘恳_(dá)到300MW，2020年達(dá)到1800MW。光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率是光伏系統(tǒng)最重要指標(biāo)之一，對(duì)光伏系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)大功率點(diǎn)跟蹤是提高光伏系統(tǒng)的效率的重要途徑，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者提出了很多種最大功率點(diǎn)跟蹤技木。常用的有恒壓法、功率擾動(dòng)觀察法、電導(dǎo)增量法。其中恒壓法只能在溫度變換較小的范圍內(nèi)使用，是ー種近似的最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)，跟蹤精度不高。擾動(dòng)觀察法可以跟蹤到最大功率點(diǎn)，但其受擾動(dòng)步長(zhǎng)的影響較大，當(dāng)擾動(dòng)步長(zhǎng)較大時(shí)可以快速跟蹤到最大功率點(diǎn)，但是在最大功率點(diǎn)處振蕩較大；當(dāng)擾動(dòng)步長(zhǎng)較小時(shí)，雖然在最大功率點(diǎn)處振蕩較小，但是跟蹤時(shí)間較長(zhǎng)，跟蹤速度不高。模糊控制作為ー種先進(jìn)的控制技術(shù)，模糊控制是結(jié)合傳統(tǒng)的基于規(guī)則的專家系統(tǒng)、模糊集理論和控制理論的新型智能控制技術(shù)，與傳統(tǒng)控制相比，模糊控制不依賴于被控制對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，尤其對(duì)非線性對(duì)象表現(xiàn)出較好的適應(yīng)性。針對(duì)控制對(duì)象，選擇合適的輸入、輸出變量，制定適當(dāng)?shù)碾`屬度函數(shù)，即可自適應(yīng)的實(shí)現(xiàn)控制目的，省去了傳統(tǒng)控制中繁瑣的PI參數(shù)調(diào)試整定過(guò)程。由于光伏陣列輸出特性為非線性，因此國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者將模糊控制技術(shù)應(yīng)用于光伏系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤中。檢索到ホ旲糊控制在光伏最大功率點(diǎn)跟蹤應(yīng)用的相關(guān)專利和論文有I .任碧瑩，鐘彥儒，孫向東.基于模糊控制的最大功率點(diǎn)跟蹤方法研究[J].電カ電子技術(shù)，2008，42 (11) :47-48.II .喬興宏，吳必軍，王坤林.基于模糊控制的光伏發(fā)電系統(tǒng)MPPT[J].可再生能源，2008，26 (5) :13-16.III.蘇海濱，王光政，王繼東.基于模糊邏輯雙環(huán)控制的光伏發(fā)電系統(tǒng)最大跟蹤算法[J]·電カ系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38 (21) :215-218.IV.袁路路，蘇海濱，武東輝.基于模糊理論的光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤控制策略研究[J]·電カ電子，2009 :18-21.上述文獻(xiàn)的模糊MPPT法均選取光伏陣列輸出功率與輸出電壓之比及輸出功率與輸出電壓之比的導(dǎo)數(shù)為模糊控制器的輸入，采用對(duì)稱的隸屬度函數(shù)及合理選擇模糊規(guī)則來(lái)實(shí)現(xiàn)。上述做法在一定條件下能實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤功能，但是其忽略了兩點(diǎn)問(wèn)題I)模糊ro控制器是ー種有差控制器，理論上不可能在任何條件下實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差控制。 2)光伏陣列的輸出特性曲線在最大功率點(diǎn)兩側(cè)為非対稱的，對(duì)稱的隸屬度函數(shù)沒(méi)有考慮到光伏器件特性在最大功率點(diǎn)兩側(cè)及左側(cè)不同區(qū)間的差異。圖2為變結(jié)構(gòu)模糊PID控制器結(jié)構(gòu)圖，在模糊ro控制器的基礎(chǔ)上增加了積分作用構(gòu)成模糊PID控制器，該控制器可以實(shí)現(xiàn)完全無(wú)靜差控制，實(shí)現(xiàn)高精度的跟蹤。圖3為光伏陣列功率對(duì)電壓導(dǎo)數(shù)與電壓的輸出特性曲線，C點(diǎn)為最大功率點(diǎn)，光伏器件在最大功率點(diǎn)兩側(cè)由同樣的電壓變化引起的功率變化是不同的。選取dP/dU為模糊控制器的輸入量吋，A、B兩點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果基本相同，但從圖中可以看出A點(diǎn)遠(yuǎn)離MPP，B點(diǎn)接近MPP，與計(jì)算結(jié)果不符。這說(shuō)明対稱的隸屬度函數(shù)不能反映光伏器件在MPP左側(cè)工作狀態(tài)的變化。模糊控制器由模糊化、知識(shí)庫(kù)、模糊推理、解模糊四部分組成。模糊化的作用是將輸入的精確量轉(zhuǎn)換成模糊化量。知識(shí)庫(kù)包含了具體應(yīng)用領(lǐng)域中的知識(shí)和要求的控制目標(biāo)，它通常是由數(shù)據(jù)庫(kù)和模糊控制規(guī)則庫(kù)兩部分組成。模糊推理是基于模糊邏輯中的蘊(yùn)涵關(guān)系及推理規(guī)則來(lái)進(jìn)行的。解模糊是將模糊得到的控制量變換為實(shí)際用于控制的清晰量。針對(duì)常規(guī)最大功率點(diǎn)跟蹤方法中存在的跟蹤精度低、響應(yīng)速度慢，適應(yīng)性差和跟蹤效率低及現(xiàn)有的模糊ro控制器難以實(shí)現(xiàn)高精度的跟蹤最大功率點(diǎn)等問(wèn)題。本專利實(shí)現(xiàn)一種新的最大功率跟蹤方法，可以解決現(xiàn)有算法中存在的ー些問(wèn)題。因此，當(dāng)下需要迫切解決的ー個(gè)技術(shù)問(wèn)題就是如何能夠提出一種有效的措施，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種光伏電池的最大功率跟蹤方法，解決目前常規(guī)算法中存在的不足和問(wèn)題，可適用于不同功率數(shù)光伏系統(tǒng)。本發(fā)明的特征在于所采用的最大功率跟蹤算法是依據(jù)模糊控制的思想，采用變結(jié)構(gòu)的模糊PID控制器及非対稱的隸屬度函數(shù)，有效提高了跟蹤精度，實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定高精度地跟蹤光伏電池的最大功率點(diǎn)。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種光伏電池的最大功率跟蹤方法，包括通過(guò)電壓互感器、霍爾傳感器采集光伏電池板電壓和電流，將采集到的電壓和電流經(jīng)過(guò)電壓、電流調(diào)理電路，送至DSP或單片機(jī)中，在DSP或單片機(jī)中通過(guò)P(k) =U(k)*1 (k)計(jì)算出功率，并計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻功率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)，其中功率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)，可以采用前后兩
時(shí)刻功率偏差除以前后兩時(shí)刻電壓偏差來(lái)近似求解功率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)；根據(jù)隸屬度函數(shù)和模糊規(guī)則表利用MATLAB readfis函數(shù)生成模糊控制決策表并存入DSP或單片機(jī)中；選擇模糊控制器的輸入量E=,EC=I(ゑ)-^·(ゑ-1)，輸出變量為IGBT的
占空比増量Λ d，根據(jù)輸入量E和EC在DSP或單片機(jī)中通過(guò)程序查模糊決策表計(jì)算出輸出變量DC/DC電路的占空比增量Ad ;
由計(jì)算的Ad值，利用DSP事件管理器產(chǎn)生PWM信號(hào)送給開關(guān)管。進(jìn)ー步地，所述方法還包括根據(jù)控制系統(tǒng)要求，制定輸入輸出量的隸屬度函數(shù)及模糊規(guī)則表?！ぞC上，本發(fā)明提供了一種光伏電池的最大功率跟蹤方法，基于模糊控制控制的思想，采用了改進(jìn)的具有積分功能的變結(jié)構(gòu)模糊PID控制器，合理的選擇了輸入、輸出量，制定了非対稱的輸入、輸出量的隸屬度函數(shù)及模糊規(guī)則，通過(guò)自適應(yīng)的調(diào)整PID參數(shù)控制光伏整列輸出功率穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)。本發(fā)明能快速適應(yīng)光伏陣列工作環(huán)境變化，提高了最大功率點(diǎn)跟蹤的速度和穩(wěn)定精度，降低了系統(tǒng)振蕩，滿足系統(tǒng)最大功率跟蹤的要求。


圖I是本發(fā)明正常情況下光伏陣列功率-電壓輸出特性曲線示意圖；圖2是本發(fā)明變結(jié)構(gòu)模糊PID控制器結(jié)構(gòu)圖示意圖；圖3是本發(fā)明光伏陣列dP/dU與U的輸出特性曲線示意圖；圖4是本發(fā)明模糊H)的E的隸屬度函數(shù)示意圖；圖5是本發(fā)明模糊H)的EC的隸屬度函數(shù)示意圖；圖6是本發(fā)明模糊H)的Ad的隸屬度函數(shù)示意圖；圖7是本發(fā)明模糊P的E的隸屬度函數(shù)示意圖；圖8是本發(fā)明模糊P的Λ d的隸屬度函數(shù)示意圖；圖9是本發(fā)明模糊H)規(guī)則表示意圖；圖10是本發(fā)明模糊P規(guī)則表示意圖；圖11是本發(fā)明與擾動(dòng)法比較的仿真效果示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)的說(shuō)明。本發(fā)明的特征在于所采用的最大功率跟蹤算法是依據(jù)模糊控制的思想，采用變結(jié)構(gòu)的模糊PID控制器及非対稱的隸屬度函數(shù)，有效提高了跟蹤精度，實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定高精度地跟蹤光伏電池的最大功率點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下第一歩通過(guò)電壓互感器、霍爾傳感器采集光伏電池板電壓和電流，將采集到的電壓和電流經(jīng)過(guò)電壓、電流調(diào)理電路，送至DSP或單片機(jī)中，在DSP或單片機(jī)中通過(guò)P(k)=U(k)*I(k)計(jì)算出功率，并計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻功率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)。其中功率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)，
可以采用前后兩時(shí)刻功率偏差除以前后兩時(shí)刻電壓偏差來(lái)近似求解功率對(duì)電
壓的導(dǎo)數(shù)。第二步根據(jù)圖4及圖5的隸屬度函數(shù)和模糊規(guī)則表利用MATLABreadfis函數(shù)生成模糊控制決策表并存入DSP或單片機(jī)中。第三步選擇模糊控制器的輸入量E==,輸出變量為
au(k) dU dll
IGBT的占空比增量Λ d。根據(jù)輸入量E和EC在DSP或單片機(jī)中通過(guò)程序查模糊決策表計(jì)
算出輸出變量DC/DC電路的占空比增量Ad。
第四歩由計(jì)算的Ad值，利用DSP事件管理器產(chǎn)生PWM信號(hào)送給開關(guān)管。本發(fā)明最大功率跟蹤算法，采用改進(jìn)的具有積分功能的模糊PID控制器，通過(guò)電壓、電流傳感器，電壓、電流調(diào)理電路傳送過(guò)來(lái)光伏電池板電流和電壓，在數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤算法，控制PWM輸出波形來(lái)實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)。首先初始化系統(tǒng)，然后采樣光伏電池板輸出電壓、電流，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻光伏陣列當(dāng)前時(shí)刻功率對(duì)電壓的
導(dǎo)數(shù)
權(quán)利要求
1.一種光伏電池的最大功率跟蹤方法，其特征在于，包括 通過(guò)電壓互感器、霍爾傳感器采集光伏電池板電壓和電流，將采集到的電壓和電流經(jīng)過(guò)電壓、電流調(diào)理電路，送至DSP或單片機(jī)中，在DSP或單片機(jī)中通過(guò)P (k) =U (k) *1 (k)計(jì)算出功率，并計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻功率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)，其中功率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)，可以采用前后兩時(shí)刻功率偏差除以前后兩時(shí)刻電壓偏差來(lái)近似求解功率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)； 根據(jù)隸屬度函數(shù)和模糊規(guī)則表利用MATLAB readfis函數(shù)生成模糊控制決策表并存入DSP或單片機(jī)中；jpijr'sdP dP 選擇模糊控制器的輸入量E=^,輸出變量為IGBT的占空 du(k) dU dU比增量Λ d，根據(jù)輸入量E和EC在DSP或單片機(jī)中通過(guò)程序查模糊決策表計(jì)算出輸出變量DC/DC電路的占空比增量Ad ; 由計(jì)算的Λ d值，利用DSP事件管理器產(chǎn)生PWM信號(hào)送給開關(guān)管。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光伏電池的最大功率跟蹤方法，其特征在于，所述方法還包括 根據(jù)控制系統(tǒng)要求，制定輸入輸出量的隸屬度函數(shù)及模糊規(guī)則表。
全文摘要
本發(fā)明提供的光伏電池的最大功率跟蹤方法，包括通過(guò)電壓互感器、霍爾傳感器采集光伏電池板電壓和電流，將采集到的電壓和電流經(jīng)過(guò)電壓、電流調(diào)理電路，送至DSP或單片機(jī)中，并計(jì)算出功率，并計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻功率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)，根據(jù)隸屬度函數(shù)和模糊規(guī)則表利用MATLAB readfis函數(shù)生成模糊控制決策表并存入DSP或單片機(jī)中；選擇模糊控制器的輸入量輸出變量為IGBT的占空比增量Δd，根據(jù)輸入量E和EC在DSP或單片機(jī)中通過(guò)程序查模糊決策表計(jì)算出輸出變量DC/DC電路的占空比增量Δd；由計(jì)算的Δd值利用DSP事件管理器產(chǎn)生PWM信號(hào)送給開關(guān)管，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是解決目前常規(guī)算法中存在的不足和問(wèn)題。
文檔編號(hào)G05F1/67GK102854911SQ20121033552
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者施俊, 管建初 申請(qǐng)人:江蘇禾力清能電氣有限公司