一種太陽能光伏發電最大功率點跟蹤控制系統與方法與流程
2024-03-22 18:45:05 2
本發明涉及光伏系統中的太陽能電池最大功率點跟蹤控制技術領域，尤其涉及的是一種太陽能光伏發電最大功率點跟蹤控制系統與方法。
背景技術：
能源供求問題越來越嚴重，為了使地球環境得到改善，人們越來越重視新能源的開發和利用，尤其是可再生能源的利用。太陽能作為一種新型綠色能源，光伏發電則是當前利用太陽能的主要形式之一。光伏電池的輸出特性具有較強非線性特徵，它的輸出功率不僅與光伏電池內部特性有關，還受到外界環境條件(光照、溫度)的影響，採用最大功率點跟蹤技術(maximumpowerpointtrack,mppt)可有效提升光伏系統的能量轉換效率。常用mppt方法中開路電壓係數法和短路電流係數法，控制簡單易於實現，但需要周期性的斷開或短路光伏電池，導致較多功率損失，且其工作點並不是真正的最大功率點。擾動觀察法通過對光伏板的輸出電壓施加擾動，檢測輸出功率的變化來跟蹤最大功率。對定步長擾動觀察法，大步長可提升跟蹤速度，但最大功率點附近功率振蕩大，能量損失嚴重；小步長可減少能量損失，提高穩態精度，但會降低跟蹤速度。電導增量法通過比較光伏電池的電導增量和瞬間電導來改變系統的控制信號。除此之外，還有基於智能控制的mppt方法，但其參數設計較為複雜，實用性不高。基於此，本發明提供了一種太陽能光伏發電最大功率點跟蹤控制系統與方法，同時兼顧了最大功率點跟蹤的速度和穩態特性，降低了系統震蕩，追蹤時間短。
技術實現要素：
本發明的目的是為了解決現有技術中定步長算法穩態性能和動態性能相互矛盾的問題，提供了一種太陽能光伏發電最大功率點跟蹤控制系統與方法。
一種太陽能光伏發電最大功率點跟蹤控制系統，包括pv陣列，電壓變換單元，電壓傳感器，電流傳感器，mppt控制模塊，pwm變換器，併網逆變器和交流電網，所述電壓變換單元包括電容c1、電感l1、開關管q1、二極體d1以及電容c2；電容c1的兩端分別與pv陣列的正負極連接，電感l1的一端連接pv陣列的正極，另一端連接開關管q1的漏極以及二極體d1的正極，開關管的源極接地，二極體d1的負極連接電容c2的一端，電容c2的另一端接地，pwm變換器的輸出端連接開關管q1的柵極；電壓傳感器和電流傳感器連接mppt控制模塊，並分別將檢測到的電壓信號和電流信號發送給mppt控制模塊；mppt控制模塊連接pwm變換器，並將佔空比信號發送給pwm變換器，電壓變換單元通過併網逆變器連接交流電網。
一種上述太陽能光伏發電最大功率點跟蹤控制系統的控制方法，其包括以下步驟：
(1)令變量m、n的初始值為0，通過電壓傳感器和電流傳感器分別檢測出當前電壓ui和當前電流ii，為保證精度，採樣的頻率為6khz，並計算出當前功率pi，令工作點功率pl＝pi；
(2)初始化步長修正值k，k可取值為4，令ui＝ui+(-1)mk,ui+1＝ui+k,ui-1＝ui-k，ui-1，ui+1分別為i點左右兩側工作點的電壓值；
(3)檢測ui,ii,ui+1,ii+1,ui-1,ii-1,並計算出對應的pi,pi+1,pi-1,將這些數據儲存在儲存器中，其中ii-1、ii+1分別為i點左右兩側工作點的電流值，pi-1、pi+1分別為i點左右兩側工作點的功率值；
(4)判斷pi+1是否大於等於pi，如果是，則令n＝n+1，如果否，則令n＝n-1；
(5)判斷pi是否大於pi-1，如果是，則令n＝n+1，如果否，則令n＝n-1；
(6)判斷n的值，如果n＝2，則令un＝ui+1，pn＝pi+1；如果n＝0，則un＝ui，pn＝pi；如果n＝-2，則令un＝ui-1，pn＝pi-1，un,in,pn分別為下一工作點的電壓值、電流值和功率值；
(7)清除n的值，令n＝0，計算精度ε並判斷是否滿足精度要求，如果滿足精度要求則返回；如果不滿足，則進一步判斷pn是否小於pl；
(8)如果pn小於pl，則令m＝m+1，k＝k/2，ui＝un，pl＝pn，返回執行步驟(2)；如果pn不小於pl，則令ui＝un，pl＝pn，返回執行步驟(2)。
本發明與現有技術相比，具有如下優點與有益效果：
本發明提出的一種太陽能光伏發電最大功率點跟蹤控制系統與方法相對於傳統的mppt控制系統和方法，同時兼顧了最大功率點跟蹤的速度和穩態特性，降低了系統震蕩，追蹤時間短。
附圖說明
圖1為本發明提供的一種太陽能光伏發電最大功率點跟蹤控制系統結構示意圖。
圖2為本發明提供的一種太陽能光伏發電最大功率點跟蹤控制方法流程圖。
具體實施方式
本發明提供了一種太陽能光伏發電最大功率點跟蹤控制系統與方法，為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚、明確，以下參照附圖並舉實施例對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
如圖1所示，一種太陽能光伏發電最大功率點跟蹤控制系統，包括pv陣列，電壓變換單元，電壓傳感器，電流傳感器，mppt控制模塊，pwm變換器，併網逆變器和交流電網，所述電壓變換單元包括電容c1、電感l1、開關管q1、二極體d1以及電容c2；電容c1的兩端分別與pv陣列的正負極連接，電感l1的一端連接pv陣列的正極，另一端連接開關管q1的漏極以及二極體d1的正極，開關管的源極接地，二極體d1的負極連接電容c2的一端，電容c2的另一端接地，pwm變換器的輸出端連接開關管q1的柵極；電壓傳感器和電流傳感器連接mppt控制模塊，並分別將檢測到的電壓信號和電流信號發送給mppt控制模塊；mppt控制模塊連接pwm變換器，並將佔空比信號發送給pwm變換器，電壓變換單元通過併網逆變器連接交流電網。本發明所述的微型光伏陣列最大功率跟蹤裝置是基於光伏陣列的輸出電流和輸出電壓進行的，精確的電流、電壓採樣值對計算光伏陣列的輸出功率起著重要的作用。因此，本發明中分別採用電流霍爾傳感器和電壓霍爾傳感器對光伏陣列的輸出電流和輸出電壓進行採樣。
如圖2所示，一種上述太陽能光伏發電最大功率點跟蹤控制系統的控制方法，其包括以下步驟：
(1)令變量m、n的初始值為0，通過電壓傳感器和電流傳感器分別檢測出當前電壓ui和當前電流ii，為保證精度，採樣的頻率為6khz，並計算出當前功率pi，令工作點功率pl＝pi；
(2)初始化步長修正值k，k可取值為4，令ui＝ui+(-1)mk,ui+1＝ui+k,ui-1＝ui-k，ui-1，ui+1分別為i點左右兩側工作點的電壓值；
(3)檢測ui,ii,ui+1,ii+1,ui-1,ii-1,並計算出對應的pi,pi+1,pi-1,將這些數據儲存在儲存器中，其中ii-1、ii+1分別為i點左右兩側工作點的電流值，pi-1、pi+1分別為i點左右兩側工作點的功率值；
(4)判斷pi+1是否大於等於pi，如果是，則令n＝n+1，如果否，則令n＝n-1；
(5)判斷pi是否大於pi-1，如果是，則令n＝n+1，如果否，則令n＝n-1；
(6)判斷n的值，如果n＝2，則令un＝ui+1，pn＝pi+1；如果n＝0，則un＝ui，pn＝pi；如果n＝-2，則令un＝ui-1，pn＝pi-1，un,in,pn分別為下一工作點的電壓值、電流值和功率值；
(7)清除n的值，令n＝0，計算精度ε並判斷是否滿足精度要求，如果滿足精度要求則返回；如果不滿足，則進一步判斷pn是否小於pl；
(8)如果pn小於pl，則令m＝m+1，k＝k/2，ui＝un，pl＝pn，返回執行步驟(2)；如果pn不小於pl，則令ui＝un，pl＝pn，返回執行步驟(2)。
在上述控制方法中，首先以較大的步長進行定步長擾動，當下一個工作點比當前工作點的輸出功率小時，可判斷出當前工作點在最大功率點的右側，此時改變方向並按縮小擾動步長，以此往下循環，每當方向改變時，步長就減小一次，直到逼近最大功率點。剛開始以較大步長擾動，可以達到快速性的要求，在逐漸逼近最大功率點時減小步長，達到跟蹤精度的要求。
仿真結果顯示，當光照度大幅度改變時，輸出電壓的振蕩加劇，不能在最大功率點電壓處達到穩定，而輸出功率的波動也隨之變大，系統不能夠準確地跟蹤到最大功率點，造成功率損耗隨之增大，長時間下去也會對系統造成有害影響。而採用本發明的控制方法後，輸出電壓在大約0.4s時就可以快速地穩定於最大功率點電壓處，擾動紋波較小，輸出功率幾乎能夠以最大功率輸出，在短暫波動後快速地趨於穩定。。
本發明的mppt控制系統與方法相對於傳統的算法，同時兼顧了最大功率點跟蹤的速度和穩態特性，降低了系統震蕩，可以快速穩定地跟蹤光伏電池的最大輸出功率，滿足系統最大功率的跟蹤要求。
應當理解的是，本發明的應用不限於上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。