一種光伏陣列最大功率點滑模跟蹤控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種光伏陣列最大功率點滑模跟蹤控制方法及系統(tǒng)。本方法根據(jù)光伏陣列的輸出電壓和電流得到開關(guān)控制信號的最大功率點跟蹤控制方法具體為：步驟Ⅰ對電壓、電流信號進行滑動平均濾波預(yù)處理，以減小采樣測量干擾對最大功率點跟蹤控制精度的影響，同時提高最大功率點的跟蹤速度。步驟Ⅱ計算基于不完全偏微分的滑模函數(shù)S2的值，步驟Ⅲ對開關(guān)控制信號進行遲滯處理，根據(jù)S2的值與設(shè)定值δ關(guān)系，得到0或1的開關(guān)控制信號u。本系統(tǒng)單片機內(nèi)存儲基于不完全偏微分滑模面函數(shù)計算程序和遲滯處理程序，實現(xiàn)調(diào)整控制DC-DC變換電路的等效負(fù)載使之與光伏陣列內(nèi)阻匹配，快速、精確跟蹤光伏陣列的最大功率，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，易于實現(xiàn)。
【專利說明】一種光伏陣列最大功率點滑模跟蹤控制方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光伏陣列最大功率點跟蹤技術(shù)，具體為一種光伏陣列最大功率點滑模 跟蹤控制方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)作為解決人類日益凸顯的能源問題和環(huán)境問題的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)正在飛 速發(fā)展，進而推動太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展。但目前太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)造價成本高，光 伏陣列的光電轉(zhuǎn)換效率低，約18%，且其輸出功率受光照、溫度及負(fù)載等外界環(huán)境的影響， 性質(zhì)不穩(wěn)定，這些均阻礙光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
[0003] 目前提高光伏發(fā)電效率的技術(shù)主要有三種：聚光技術(shù)、光強跟蹤技術(shù)和最大功率 點跟蹤（Maximum Power Point Tracking,MPPT)技術(shù)。MPPT是降低光伏發(fā)電的成本、提高 光伏陣列能量利用率的關(guān)鍵。經(jīng)典的最大功率跟蹤方法有恒壓控制法（CVT)、擾動觀察法 (P&0)、電導(dǎo)增量法（INC)、模糊邏輯控制（FLC)、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制（NNC)等。還有出現(xiàn)了改 進的MPPT方法：如自適應(yīng)變步長擾動觀察法，模糊滑模控制法，改進的粒子群優(yōu)化法等。
[0004] 光伏陣列的輸出功率受溫度、光照等外界環(huán)境及負(fù)載的影響，具有很強的輸出 非線性。當(dāng)光伏電池的外界環(huán)境和負(fù)載一定時，光伏電池輸出功率存在唯一最大功率點 (Maximum Power Point, MPP)。只有當(dāng)光伏陣列的負(fù)載等效電阻與光伏陣列的內(nèi)阻匹配 時，光伏電池輸出功率最大。光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點跟蹤（MPPT)控制是：監(jiān)測光伏電 池板的輸出電壓、電流，據(jù)此通過 M0SFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET 金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管）/IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT絕緣柵雙極型功率管）調(diào)整DC-DC變換電路中脈寬調(diào)制（PWM)波占空比， 調(diào)節(jié)光伏陣列等效負(fù)載電阻與光伏陣列內(nèi)阻匹配，從而實現(xiàn)光伏陣列的輸出功率在最大功 率點附近。
[0005] 滑?？刂疲╯liding mode control, SMC)是一種非線性控制方法，對電力電子開關(guān) 變換器非線性特性有良好的適應(yīng)性。與其它MPPT的控制算法相比，滑模結(jié)構(gòu)用于MPPT的 控制，具有適應(yīng)光伏陣列非線性特性的獨特特性。
[0006] 光伏陣列（PV Photovoltaic陣列）輸出功率為
[0007] Ppv = UpvIpv
[0008] 式中upv、ipv分別為光伏陣列端電壓及其輸出電流。
[0009] 當(dāng)光伏陣列的外界環(huán)境和負(fù)載一定時,光伏陣列輸出功率存在唯一最大功率點。 [0010] 在最大功率點左側(cè)：/ c__wpi, > 〇 ; toon] 在最大功率點右側(cè)：設(shè)％ / < 〇 ;
[0012] 在最大功率點處：/ =0。
[0013] 選擇5 = 為滑模面，利用場效應(yīng)管/絕緣柵雙極晶體管（mosfet/ IGBT)的高頻率切換使光伏陣列狀態(tài)軌跡在滑模面》S = a^v/0Mpi =O附近切換，即光伏 陣列的輸出功率在最大功率點附近波動。
[0014] 現(xiàn)有的滑?？刂芐MC跟蹤光伏陣列最大功率點的方法如下：
[0015] 選取滑模面戈

【權(quán)利要求】
1. 一種光伏陣列最大功率點滑模跟蹤控制方法，包括有多塊太陽能電池板的光伏陣 列經(jīng)DC-DC降壓變換電路連接負(fù)載，光伏陣列的輸出端連接電壓和電流采樣電路，電壓和 電流采樣電路接入單片機，單片機存儲有最大功率點跟蹤控制方法的程序，單片機的信號 輸出接入DC-DC降壓變換電路；采樣電路監(jiān)測光伏陣列的輸出電壓和電流，單片機根據(jù)實 時電壓電流信號其最大功率點跟蹤控制方法的程序計算得到開關(guān)控制信號，送入DC-DC降 壓變換電路，控制其中開關(guān)管的通斷，調(diào)整脈寬調(diào)制波的占空比，控制DC-DC變換電路的等 效負(fù)載使之與光伏陣列內(nèi)阻匹配，以跟蹤控制光伏陣列的最大功率點；其特征在于根據(jù)光 伏陣列的輸出電壓和電流得到開關(guān)控制信號的最大功率點跟蹤控制方法具體步驟如下： 步驟I、滑動平均濾波對電壓、電流信號預(yù)處理 對采集到的電壓、電流信號upv、ipv進行滑動平均濾波， 即：
其中，k是離散采樣時間、為upv(k)第k次電壓采樣值、ipv(k)為第k次電流采樣值電 流、&" (A-)、為采樣電壓、電流第k次滑動平均濾波后的輸出值，N為每次求平均的 采樣值個數(shù)； 步驟II、基于不完全偏微分的滑模面函數(shù) 基于不完全偏微分的滑模面函數(shù)為=Δ/; 用步驟I所得的&,、.(々）、^認(rèn)）計算
a=?7 (Τ+Λt)，T為慣性系數(shù)，Λt為采樣周期， 所得Λi'pv和厶u'pv值代入基于不完全偏微分的滑模面函數(shù)式，計算S2的值； 步驟III、遲滯處理開關(guān)控制信號 對開關(guān)控制信號進行遲滯處理，即得到開關(guān)控制信號u如下式：
式中：δ為遲滯量，〇· 0004 <δ< 〇· 〇〇〇6,S2是S2的導(dǎo)數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏陣列最大功率點滑模跟蹤控制方法，其特征在于： 所述步驟I中每次求平均的采樣值個數(shù)N為6?10。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏陣列最大功率點滑模跟蹤控制方法，其特征在于： 所述步驟II中，a= 0. 5?0. 9。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的光伏陣列最大功率點滑模跟蹤控制方法、設(shè)計 的光伏陣列最大功率點滑模跟蹤控制系統(tǒng)，包括有多塊太陽能電池板的光伏陣列，光伏陣 列經(jīng)DC-DC降壓變換電路連接負(fù)載，光伏陣列連接電壓和電流采樣電路，還有單片機；采樣 電路所得的光伏陣列輸出端電壓和輸出電流采樣值接入單片機，單片機輸出的開關(guān)控制信 號接入DC-DC降壓變換電路；其特征在于： 所述單片機包括依次連接的A/D轉(zhuǎn)換模塊、滑動濾波模塊以及滑模面函數(shù)計算和遲滯 處理模塊;A/D轉(zhuǎn)換模塊對采集到的電壓、電流模擬信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字信號接入 滑動濾波模塊；滑動濾波模塊對采集的電壓、電流信號進行滑動平均濾波預(yù)處理；滑模面 函數(shù)計算和遲滯處理模塊存儲基于不完全偏微分滑模面函數(shù)計算程序和遲滯處理程序，根 據(jù)當(dāng)前的電壓電流信號計算得到當(dāng)前基于不完全偏微分的滑模面函數(shù)值，經(jīng)遲滯處理得到 當(dāng)前的開關(guān)控制信號，開關(guān)控制信號送入DC-DC降壓變換電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光伏陣列最大功率點滑模跟蹤控制系統(tǒng)，其特征在于： 所述單片機還有電流電壓功率計算模塊和顯示驅(qū)動模塊，顯示驅(qū)動模塊和顯示屏接 口；滑動濾波模塊的輸出接入電流電壓功率計算模塊，計算光伏陣列輸出電壓、電流和功率 值，電壓電流功率計算模塊計算得到光伏陣列輸出電壓、電流和功率值，并將數(shù)據(jù)輸出到顯 示驅(qū)動模塊，在顯示屏接口所連接的顯示屏上實時顯示光伏陣列當(dāng)前的輸出電壓、電流和 功率值。
【文檔編號】G05F1/67GK104460819SQ201410814066
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月23日
【發(fā)明者】黨選舉, 楊陽, 姜輝, 伍錫如, 張向文, 朱國魂, 李爽 申請人:桂林電子科技大學(xué)