一種基于Beta參數(shù)的混合型最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏輸出的最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)，特別涉及一種基于Beta參數(shù)的混合型最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏模塊的輸出功率隨光照強(qiáng)度和溫度而變，因此設(shè)計(jì)中須采用控制方法以確保光伏模塊輸出最大功率。傳統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)方法的主要包括兩類:一類基于定步長(zhǎng)，另一類基于變步長(zhǎng)。對(duì)于定步長(zhǎng)而言，現(xiàn)有的方法主要包括:擾動(dòng)觀察法，電導(dǎo)法和爬山法。這類方法的優(yōu)點(diǎn)主要在于算法簡(jiǎn)單，成本低廉，易于實(shí)施，同時(shí)在天氣狀況穩(wěn)定的情況效果較好；而缺點(diǎn)主要在于跟蹤精度與響應(yīng)速度無(wú)法兼顧，如圖1所示，當(dāng)采用小步長(zhǎng)時(shí)，跟蹤精度得到提高但是響應(yīng)速度過(guò)低；采用大步長(zhǎng)時(shí)，相應(yīng)速度夠快但是精度卻下降。為了能彌補(bǔ)這一缺陷，提出了變步長(zhǎng)的方法，如圖2所示，變步長(zhǎng)方法主要思路就是:當(dāng)工作點(diǎn)遠(yuǎn)離最大功率點(diǎn)(MPP)時(shí)，采用大步長(zhǎng)去追蹤；當(dāng)靠近MPP時(shí)，采用小步長(zhǎng)去跟蹤。雖然變步長(zhǎng)方法很好地克服了定步長(zhǎng)跟蹤的缺點(diǎn)，但是缺點(diǎn)主要在于確定變步長(zhǎng)大小的方法過(guò)于復(fù)雜，靠近MPP時(shí)步長(zhǎng)過(guò)小易振蕩，系統(tǒng)復(fù)雜度高。
[0003]針對(duì)此類問(wèn)題，近年來(lái)，混合MPPT方法被大量引用?；旌螹PPT方法主要結(jié)合了定步長(zhǎng)和變步長(zhǎng)的設(shè)計(jì)思路，因此方法主要分為兩階段:第一階段采用變步長(zhǎng)，將工作點(diǎn)電壓快速拉近MPP附近位置，從而實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)；然后第二階段采用定步長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)跟蹤精度的提尚。
[0004]混合MPPT方法的關(guān)鍵之處主要在于兩點(diǎn):第一，如何確定變步長(zhǎng)大??；第二，如何為準(zhǔn)確地切換兩種方法，即如何確定兩種方法的工作區(qū)間。目前大多數(shù)混合MPPT方法是根據(jù)光伏電壓電流的趨勢(shì)來(lái)確定變步長(zhǎng)大小和工作范圍。但其缺點(diǎn)主要在于:需要大量、復(fù)雜的計(jì)算來(lái)確定步長(zhǎng)和工作區(qū)間；同時(shí)邏輯復(fù)雜，實(shí)施性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷與不足，本發(fā)明提供一種基于Beta參數(shù)的混合型最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種基于Beta參數(shù)的混合型最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，其特征在于，包括步驟:
51、在低電壓階段采用變步長(zhǎng)跟蹤方法，同時(shí)采樣光伏模塊輸出的電壓V(k)和電流I (k)，然后計(jì)算beta參數(shù)值β a:
^a = In (I (k) /V (k)) - c X V (k)
其中c = q/(NsAKT)是光伏特性參數(shù)；
52、計(jì)算出beta的值后，用此beta值與設(shè)定的βmin和β max進(jìn)行比較:如果beta的值在區(qū)間[β min, β max]內(nèi)，則切換到定步長(zhǎng)方法；如果beta的值不在區(qū)間[βπι?η, ^max]內(nèi)，繼續(xù)采用變步長(zhǎng)方法，直到符合區(qū)間條件。
[0007]優(yōu)選的，所述β min和β max的確定方法為:設(shè)定幾種極端工作環(huán)境，然后求出不同工作環(huán)境下的最大功率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的beta值，最后比較這些beta值的大小，從而選出最小的beta值和最大的beta值，S卩β min和Dmax0
[0008]所述幾種極端工作環(huán)境包括:
(1)單位面積功率1000W/m2，溫度45°C；
(2)單位面積功率1000W/m2，溫度5°C；
(3)單位面積功率300W/m2，溫度45°C；
(4)單位面積功率300W/m2，溫度5°C。
[0009]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述變步長(zhǎng)跟蹤方法所采用的變步長(zhǎng)大小由D(k) = D(k-l) +hX (β a - β g)確定，其中D(k-l)和D(k)分別指的是上一次和當(dāng)前次的開(kāi)關(guān)占空比值，β g是beta值的參考值，h是變步長(zhǎng)比例系數(shù)。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述變步長(zhǎng)比例系數(shù)h=4。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
本發(fā)明所提供的基于Beta參數(shù)的混合型最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，在第一階段的低電壓階段采用變步長(zhǎng)跟蹤方法，將工作點(diǎn)電壓快速拉近MPP附近位置，從而實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，然后第二階段采用定步長(zhǎng)跟蹤方法，從而實(shí)現(xiàn)跟蹤精度的提高，過(guò)程中跟蹤一個(gè)中間變量beta參數(shù)值，來(lái)確定變步長(zhǎng)大小和工作區(qū)間，可以準(zhǔn)確地切換兩種方法，算法簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)。
【附圖說(shuō)明】
[0012]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的定步長(zhǎng)最大功率點(diǎn)跟蹤方法不意圖；
圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的變步長(zhǎng)最大功率點(diǎn)跟蹤方法不意圖；
圖3是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤控制所采用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
圖4是本發(fā)明所述的基于beta參數(shù)混合型最大功率點(diǎn)跟蹤方法控制流程圖；
圖5是本發(fā)明所述的根據(jù)工作環(huán)境變化確定beta參數(shù)取值范圍的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖4所示，本發(fā)明所揭示的基于Beta參數(shù)的混合型最大功率點(diǎn)跟蹤控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，包括依次連接的光伏模型，DC/DC變換器及其負(fù)載，還包括MPPT控制器，MPPT控制器采集光伏模型輸出的電壓和電流，輸出PWM信號(hào)控制DC/DC變換器輸出最大功率。
[0014]如圖3所示，本發(fā)明所揭示的基于Beta參數(shù)的混合型最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，包括步驟:
51、開(kāi)始時(shí)在低電壓階段采用變步長(zhǎng)跟蹤方法，同時(shí)采樣光伏模塊輸出的電壓V(k)和電流I (k)，然后計(jì)算beta參數(shù)值β a:
^a = In (I (k) /V (k)) - c X V (k)
其中c = q/(NsAKT)是光伏特性參數(shù)；
52、計(jì)算出beta的值后，用此beta值與設(shè)定的βmin和β max進(jìn)行比較:如果beta的值在區(qū)間[βη?η, β max]內(nèi)，說(shuō)明當(dāng)前的工作點(diǎn)電壓靠近MPP，則切換到定步長(zhǎng)方法，如爬山法或電導(dǎo)法；如果beta值不在區(qū)間[βπ?η, β max]內(nèi)，繼續(xù)采用變步長(zhǎng)方法，直到符合區(qū)間條件。所述變步長(zhǎng)跟蹤方法所采用的變步長(zhǎng)大小由D (k)= D(k-l)+ hX(0a- 0g)確定，其中D(k-l)和D(k)分別指的是上一次和當(dāng)前次的開(kāi)關(guān)占空比值，f3g是beta值的參考值，h是變步長(zhǎng)比例系數(shù)。
[0015]所述βη?η和β max的確定方法為:設(shè)定幾種極端工作環(huán)境:
(1)單位面積功率1000W/m2，溫度45°C；
(2)單位面積功率1000W/m2，溫度5°C；
(3)單位面積功率300W/m2，溫度45°C；
(4)單位面積功率300W/m2，溫度5°C；
然后求出這四種不同工作環(huán)境下的最大功率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的beta值β 1、β 2、β 3和β 4，如圖5所示，最后比較這些beta值的大小，從而選出最小的beta值和最大的beta值，即β min= β 4、β max= β 10
[0016]采用不同的變步長(zhǎng)比例系數(shù)k的值，來(lái)比較其工作情況，經(jīng)過(guò)有限次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)k=4時(shí)，效果最好。
[0017]上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明主要技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)所做的修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于Beta參數(shù)的混合型最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，其特征在于，包括步驟: 51、在低電壓階段采用變步長(zhǎng)跟蹤方法，同時(shí)采樣光伏模塊輸出的電壓V(k)和電流I (k)，然后計(jì)算beta參數(shù)值β a: ^a = In (I (k) /V (k)) - c X V (k) 其中c = q/(NsAKT)是光伏特性參數(shù)； 52、計(jì)算出beta的值后，用此beta值與設(shè)定的βmin和β max進(jìn)行比較:如果beta的值在區(qū)間[β min, β max]內(nèi)，則切換到定步長(zhǎng)方法；如果beta的值不在區(qū)間[βπι?η, ^max]內(nèi)，繼續(xù)采用變步長(zhǎng)方法，直到符合區(qū)間條件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的，基于Beta參數(shù)的混合型最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，其特征在于，所述βπ?η和β max的確定方法為:設(shè)定幾種極端工作環(huán)境，然后求出不同工作環(huán)境下的最大功率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的beta值，最后比較這些beta值的大小，從而選出最小的beta值和最大的beta值，S卩β min和Dmax0
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的，基于Beta參數(shù)的混合型最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，其特征在于，所述幾種極端工作環(huán)境包括: (1)單位面積功率1000W/m2，溫度45°C； (2)單位面積功率1000W/m2，溫度5°C； (3)單位面積功率300W/m2，溫度45°C； (4)單位面積功率300W/m2，溫度5°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Beta參數(shù)的混合型最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，其特征在于，所述變步長(zhǎng)跟蹤方法所采用的變步長(zhǎng)大小由D(k) = D(k-l)+ hX (β a - β g)確定，其中D(k-l)和D(k)分別指的是上一次和當(dāng)前次的開(kāi)關(guān)占空比值，f3g是beta值的參考值，h是變步長(zhǎng)比例系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于Beta參數(shù)的混合型最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，其特征在于，所述變步長(zhǎng)比例系數(shù)h=4。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于Beta參數(shù)的混合型最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，首先采樣光伏模塊輸出的電壓V(k)和電流I(k)，然后計(jì)算beta參數(shù)值βa，計(jì)算出beta的值后，用此beta值與設(shè)定的βmin和βmax進(jìn)行比較：如果beta的值在區(qū)間內(nèi)，則切換到定步長(zhǎng)方法；如果beta的值不在區(qū)間[βmin,βmax]內(nèi)，繼續(xù)采用變步長(zhǎng)方法，直到符合區(qū)間條件。本發(fā)明所提供的基于Beta參數(shù)的混合型最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，在第一階段的低電壓階段采用變步長(zhǎng)跟蹤方法，將工作點(diǎn)電壓快速拉近MPP附近位置，從而實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，然后第二階段采用定步長(zhǎng)跟蹤方法，從而實(shí)現(xiàn)跟蹤精度的提高，過(guò)程中跟蹤一個(gè)中間變量beta參數(shù)值，來(lái)確定變步長(zhǎng)大小和工作區(qū)間，可以準(zhǔn)確地切換兩種方法，算法簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)。
【IPC分類】G05F1-67
【公開(kāi)號(hào)】CN104866002
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510246623
【發(fā)明人】李星碩, 文輝清
【申請(qǐng)人】西交利物浦大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年5月15日