專利名稱：基于psim軟件的太陽能最大功率點跟蹤算法及仿真系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽能最大功率點跟蹤算法研究及仿真系統(tǒng)，尤其涉及一種算法能根
據(jù)太陽能電池板上的太陽能光照強度和太陽能電池周圍溫度來調(diào)節(jié)輸出電壓和電流，使負 載始終工作在該環(huán)境下的最大功率點。
背景技術：
從能源的角度看，太陽能必將實現(xiàn)其從補充能源向替代能源的角色過渡，太陽能 發(fā)電將逐漸從無電地區(qū)向有電地區(qū)發(fā)展。光伏電池是太陽能發(fā)電的核心部分，具有將太陽 能轉化為電能的功效，最大功率點跟蹤能最大效益的利用太陽能，降低成本，提高利用率。
由于光伏電池的特殊性，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，整個系統(tǒng)的優(yōu)化設計十分重要，它是 降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)可靠性和系統(tǒng)效率的保證。光伏發(fā)電系統(tǒng)屬于電力電子應用系統(tǒng) 的一種，有很多軟件可以對其進行仿真分析，如PSPICE，MATLAB， SABER， SIM-PLORER和PSIM 等，傳統(tǒng)的最大功率點跟蹤程序即MPPT算法基本上是在MATLAB軟件中來仿真驗證算法的 正確性的，通常都只采用變步長或定步長的一種跟蹤方法。出現(xiàn)的問題有仿真結果不準確， 如果單單采用定步長的跟蹤方法會導致程序復雜計算時間長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于在PSIM軟件中建立光伏電池的仿真系統(tǒng)模型，能根據(jù)太 陽能光照強度及光伏電池的溫度實時調(diào)節(jié)輸出光伏電池的電壓、電流值，還能跟蹤外界因 素變化時對光伏電池的電壓電流值影響程度。 本發(fā)明的另一 目的是在PSIM軟件中建立驗證太陽能最大功率點的跟蹤算法，從 仿真的現(xiàn)象中改進MPPT算法的參數(shù)設置。 本發(fā)明實施例提供一種基于PSIM軟件的太陽能最大功率點跟蹤計算仿真系統(tǒng)，
包括太陽能光伏電池模型，還包括與所述太陽能光伏電池模型輸出端依次相連的電壓和電
流傳感器，太陽能最大功率跟蹤模塊MPPT. DLL,比較器，功率變換電路； 所述太陽能光伏電池模型產(chǎn)生的實時電壓、電流分別經(jīng)電壓傳感器、電流傳感器
檢測后，傳送到所述太陽能最大功率跟蹤模塊MPPT. DLL中生成控制信號，所述控制信號與
載波信號經(jīng)過比較器處理輸出P麗波形信號，所述P麗波形信號控制所述功率變換電路的
占空比，從而控制與所述功率變換電路輸出端連接的負載的等效阻抗，實現(xiàn)光伏電池的最
大功率點跟蹤。 進一步，所述太陽能光伏電池模型產(chǎn)生的實時電壓、電流分別經(jīng)電壓傳感器，電流 傳感器檢測后，還直接傳送到所述功率變換電路。 進一步，所述功率變換電路采用BOOST斬波電路，根據(jù)BOOST斬波電路的占空比與 負載的等效阻抗的關系來匹配功率阻抗。 進一步，所述太陽能最大功率跟蹤模塊MPPT. DLL中采用的跟蹤方法是變步長和 定步長相結合的電導增量法。
本發(fā)明實施例還提供一種基于PSIM軟件的太陽能最大功率點跟蹤算法，包括
(1)通過太陽能光伏電池模型根據(jù)太陽能光照強度及光伏電池的溫度實時輸出光 伏電池的電壓、電流值； (2)將所述光伏電池的電壓、電流值分別經(jīng)電壓傳感器、電流傳感器檢測后，傳送 到所述太陽能最大功率跟蹤模塊MPPT. DLL中生成控制信號，所述控制信號與載波信號經(jīng) 過比較器處理，輸出P麗波形信號； (3)通過所述P麗波形信號控制功率變換電路的占空比，進而控制與所述功率變 換電路輸出端連接的負載的等效阻抗，實現(xiàn)光伏電池阻抗與實際負載等效阻抗的匹配，即 光伏電池的最大功率點跟蹤。 具體的，是在PSIM軟件中建立太陽能光伏電池的仿真模型，并對其輸出P-I值進 行仿真，輸出P-I仿真曲線與理論曲線基本相同；然后把用VC軟件編寫的太陽能最大功率 點跟蹤程序即MPPT程序在PSIM軟件中用動態(tài)鏈接庫DLL連接起來，使MPPT程序運算得到 所述控制信號，所述控制信號與載波信號經(jīng)過比較器處理，輸出P麗波形信號，控制BOOST 斬波電路的占空比，從而控制BOOST斬波電路的等效阻抗，實現(xiàn)光伏電池的最大功率點跟
蹤o 所述太陽能最大功率點跟蹤程序是變步長和定步長相結合的電導增量法，當電壓 沒有改變時采用定步長的電導增量法跟蹤，當電壓改變時采用變步長的電導增量法跟蹤， 整體上提高了 MPPT算法的跟蹤速度。 采用本發(fā)明的基于PSIM軟件的太陽能最大功率點跟蹤算法及仿真系統(tǒng)，其中 PISM軟件是針對電力電路以及電力拖動而設計的軟件，而系統(tǒng)用到的器件都基本采用理想 模型，設計速度非?？欤诮Ｉ嫌泻艽蟮撵`活性。利用PSIM軟件對光伏陣列進行的仿真， 其準確度非常高，并能夠準確快速地反映其物理特性。所述仿真電路系統(tǒng)能模擬出跟蹤的 結果，能反映出跟蹤的整個過程及跟蹤效果。利用PSIM軟件對光伏電池建模及MPPT算法 的研究，對太陽能發(fā)電系統(tǒng)的研究具有重要的作用，為整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的仿真分析奠定 了基礎，更為以后發(fā)電系統(tǒng)的建立提供科學可靠的理論依據(jù)。


圖1是本發(fā)明實施例提供的仿真系統(tǒng)結構框圖 圖2是本發(fā)明實施例提供的光伏電池仿真模型圖 圖3是本發(fā)明實施例提供的光伏電池P-I仿真曲線圖 圖4是本發(fā)明實施例提供的電導增量法程序流程圖 圖5是本發(fā)明實施例提供的MPPT跟蹤曲線圖 圖6是沒有MPPT控制模塊的跟蹤曲線效果比較圖 圖7是本發(fā)明實施例提供的仿真系統(tǒng)電路原理圖
具體實施例方式
為了使本發(fā)明所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結
合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當指出，此處所描述的具體實施例僅僅 用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
如圖1所示，本發(fā)明實施例提供了一種基于PSIM軟件的太陽能最大功率點跟蹤計 算仿真系統(tǒng)，包括太陽能光伏電池模型，還包括與所述太陽能光伏電池模型輸出端依次相 連的電壓和電流傳感器，太陽能最大功率跟蹤模塊MPPT. DLL,比較器，功率變換電路；
所述太陽能光伏電池模型產(chǎn)生的實時電壓、電流分別經(jīng)電壓傳感器、電流傳感器 檢測后，傳送到所述太陽能最大功率跟蹤模塊MPPT. DLL中生成控制信號，所述控制信號與 載波信號經(jīng)過比較器處理輸出P麗波形信號，所述P麗波形信號控制所述功率變換電路的 占空比，從而控制與所述功率變換電路輸出端連接的負載的等效阻抗，實現(xiàn)光伏電池阻抗 與實際負載等效阻抗匹配的過程，即實現(xiàn)光伏電池的最大功率點跟蹤。
圖2為根據(jù)光伏電池的數(shù)學模型建立的PSIM仿真模型，模型能根據(jù)太陽能光照強
度及光伏電池的溫度實時輸出光伏電池的電壓，電流值，能跟蹤外界因素變化時的電壓電 流值。模型中的參數(shù)由不同產(chǎn)商生產(chǎn)的光伏電池的實物所提供的參數(shù)決定，參數(shù)的設置對 仿真的結果有很大的影響，不同的光伏產(chǎn)品參數(shù)不同。圖3上半部分為光伏模型輸出的電 流隨電壓變化曲線，即I-V曲線。圖3下半部分為光伏模型輸出的功率隨電壓變化曲線，即 P-V曲線。圖3的橫坐標雖然為時間軸，但是實際代表的電壓軸，表示電壓值的線性變化，時 間的增加等效于電壓的線性增加。圖3仿真曲線的變化趨勢跟光伏電池的理論輸出曲線基 本一致，能準確放映因光照和溫度變化而引起的電壓、電流、功率的變化。
光伏電池的電壓電流經(jīng)采樣后送入到太陽能最大功率跟蹤模塊MPPT.DLL，實現(xiàn)光 伏電池的最大功率點跟蹤，跟蹤方法采用變步長跟定步長相結合的電導增量法，此模塊是 整個仿真電路的核心部分。所述電導增量法的理論依據(jù)為通過比較太陽能電池陣列的瞬 時導抗與導抗變化量的方法來完成最大功率點跟蹤功能，由光伏電池的功率變化曲線可得 最大功率值處的斜率為零，因此有! = / +『^7=0式(l)
必 / ,
: = —77式(2) 式(1)是要達到最大功率點的條件，即當輸出電導的變化量等于輸出電導的負值 時太陽能電池陣列工作于最大功率點，太陽能電池陣列工作于最大功率點即如式(2)所 示。具體的跟蹤過程如圖4電導增量法控制流程圖所示，當dU = O，采用定步長跟蹤方法， 當dU # 0時采用變步長的跟蹤方法，變步長為dD = A*abs (dP/dU)，將變步長和定步長結合 能達到最快跟蹤速度。 采用單一的定步長dD2跟蹤時，如果步長小雖然跟蹤的精度比較高，但是跟蹤速 度因為步長小的原因比較慢，從而導致跟蹤到最大功率點所需的時間比較長，響應速度差； 反之如果跟蹤的步長比較大時雖然能夠快速的跟蹤到最大功率點附近，但由于步長大的原 因可能導致一直在最大功率點附近震蕩，無法準確的跟蹤最大功率點。如圖4所示，采用定 步長跟變步長結合可以有效的解決上述問題，電導增量法中既能快速跟蹤又能保證跟蹤的 精度，當電壓變化量為0時，采用定步長跟蹤，跟蹤步長根據(jù)輸出控制量的量程來確定，比 如定步長dD2 = 0. 001，在硬件能夠識別情況下盡量保證步長??；當電壓變化量不為0時采 用變步長算法，步長為dDl = A*abs(dP/dU)，其中dP/dU為P_V曲線(功率隨電壓變化曲 線)的變化率，當離最大功率點遠時dP/dU值大，因而跟蹤步長大，當離最大功率點比較近時的值比較小，跟蹤步長小，當在最大功率點時dP/dU的值為O，步長變?yōu)?，公式中A為調(diào) 節(jié)系數(shù)，取值一般與定步長的值相等，把定步長跟變步長結合確?？刂凭群晚憫俣?。功 率變化如附圖3中的下半部分所示，曲線前部分斜率大于O，后部分斜率小于0。所述MPPT 算法流程圖如附圖4所示，當dU不為0時，dl/dU > (-I/U)表示斜率處于大于0的情況，即 功率上升過程，還沒有到達最大功率點，此時增加控制量，使之靠近最大功率點；反之亦然。 dU為0時，dl > 0表示在功率的上升過程，還沒有到達最大功率點，此時增加控制量，使之 靠近最大功率點；反之處于下降過程。 圖5為不同光照強度下MPPT算法的跟蹤曲線，由曲線可以看出算法能快速的跟蹤 電壓電流的變化過程，使光伏電池始終處于最大功率點處，極大的提高了光伏電池的利用 效率。圖6可以清晰的看到?jīng)]有MPPT控制模塊的光伏電路有較大的功率損耗。
圖7是本發(fā)明實施例提供的仿真系統(tǒng)電路原理圖，在PSIM軟件中建立太陽能光伏 電池的仿真模型，并對其輸出P-I值進行仿真，輸出P-I仿真曲線與理論曲線基本相同；然 后把用VC軟件編寫的太陽能最大功率點跟蹤程序即MPPT程序在PSIM軟件中用動態(tài)鏈接 庫DLL連接起來，使MPPT程序的輸出所述控制信號Vref ，并與方波載波信號經(jīng)過比較器處 理，輸出P麗波形信號，控制BOOST斬波電路的占空比，占空比的改變引起B(yǎng)oost功率變化 電路等效負載的變化，經(jīng)過MPPT算法的不斷調(diào)整從而使光伏電池的輸出阻抗等于Boost電 路等效阻抗，達到功率的阻抗匹配，實現(xiàn)最大功率跟蹤。 以上所述是本發(fā)明的具體實施方式
而已，當然不能以此來限定本發(fā)明之權利范 圍，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可 以做出若干改進和變動，這些改進和變動也視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
一種基于PSIM軟件的太陽能最大功率點跟蹤計算仿真系統(tǒng)，包括太陽能光伏電池模型，其特性在于還包括與所述太陽能光伏電池模型輸出端依次相連的電壓和電流傳感器，太陽能最大功率跟蹤模塊MPPT.DLL，比較器，功率變換電路；所述太陽能光伏電池模型產(chǎn)生的實時電壓、電流分別經(jīng)電壓傳感器、電流傳感器檢測后，傳送到所述太陽能最大功率跟蹤模塊MPPT.DLL中生成控制信號，所述控制信號與載波信號經(jīng)過比較器處理輸出PWM波形信號，所述PWM波形信號控制所述功率變換電路的占空比，從而控制與所述功率變換電路輸出端連接的負載的等效阻抗，實現(xiàn)光伏電池的最大功率點跟蹤。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于PSIM軟件的太陽能最大功率點跟蹤計算仿真系統(tǒng)，其特 征在于，所述太陽能光伏電池模型產(chǎn)生的實時電壓、電流分別經(jīng)電壓傳感器，電流傳感器檢 測后，還直接傳送到所述功率變換電路。
3. 根據(jù)權利要求1所述的基于PSIM軟件的太陽能最大功率點跟蹤計算仿真系統(tǒng)，其特 征在于，所述功率變換電路采用BOOST斬波電路，根據(jù)BOOST斬波電路的占空比與負載的等 效阻抗的關系來匹配功率阻抗。
4. 根據(jù)權利要求1所述的基于PSIM軟件的太陽能最大功率點跟蹤計算仿真系統(tǒng)，其特 征在于，所述太陽能最大功率跟蹤模塊MPPT. DLL中采用的跟蹤方法是變步長和定步長相 結合的電導增量法。
5. —種基于PSIM軟件的太陽能最大功率點跟蹤算法，其特征在于，包括(1) 通過太陽能光伏電池模型根據(jù)太陽能光照強度及光伏電池的溫度實時輸出光伏電 池的電壓、電流值；(2) 將所述光伏電池的電壓、電流值分別經(jīng)電壓傳感器、電流傳感器檢測后，傳送到所 述太陽能最大功率跟蹤模塊MPPT. DLL中生成控制信號，所述控制信號與載波信號經(jīng)過比 較器處理，輸出P麗波形信號；(3) 通過所述P麗波形信號控制功率變換電路的占空比，進而控制與所述功率變換電 路輸出端連接的負載的等效阻抗，實現(xiàn)光伏電池阻抗與實際負載等效阻抗的匹配，即光伏 電池的最大功率點跟蹤。
6. 根據(jù)權利要求5所述的基于PSIM軟件的太陽能最大功率點跟蹤算法，其特征在于， 具體是在PSIM軟件中建立太陽能光伏電池的仿真模型，并對其輸出P-I值進行仿真，輸出 P-I仿真曲線與理論曲線基本相同；然后把用VC軟件編寫的太陽能最大功率點跟蹤程序即 MPPT程序在PSIM軟件中用動態(tài)鏈接庫DLL連接起來，使MPPT程序運算得到所述控制信號， 所述控制信號與載波信號經(jīng)過比較器處理，輸出P麗波形信號，控制BOOST斬波電路的占空 比，從而控制BOOST斬波電路的等效阻抗，實現(xiàn)光伏電池的最大功率點跟蹤。
7. 根據(jù)權利要求6所述的基于PSIM軟件的太陽能最大功率點跟蹤算法，其特征在于， 所述太陽能最大功率點跟蹤程序是變步長和定步長相結合的電導增量法，當電壓沒有改變 時采用定步長的電導增量法跟蹤，當電壓改變時采用變步長的電導增量法跟蹤。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于PSIM軟件的太陽能最大功率點跟蹤算法及仿真系統(tǒng)，仿真系統(tǒng)包括太陽能光伏電池模型，還包括與所述太陽能光伏電池模型輸出端依次相連的電壓和電流傳感器，太陽能最大功率跟蹤模塊MPPT.DLL，比較器，功率變換電路；所述太陽能光伏電池模型產(chǎn)生的實時電壓、電流分別經(jīng)電壓傳感器、電流傳感器檢測后，傳送到所述太陽能最大功率跟蹤模塊MPPT.DLL中生成控制信號，所述控制信號與載波信號經(jīng)過比較器處理輸出PWM波形信號，所述PWM波形信號控制所述功率變換電路的占空比，從而控制與所述功率變換電路輸出端連接的負載的等效阻抗，實現(xiàn)光伏電池的最大功率點跟蹤。
文檔編號G06F17/50GK101694676SQ20091019319
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月21日 優(yōu)先權日2009年10月21日
發(fā)明者雷健華 申請人:廣州市圣大電子有限公司;