專利名稱：基于高效自適應(yīng)擾動(dòng)觀察法的最大功率跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏陣列(電池)的最大功率跟蹤技木。本發(fā)明涉及光伏發(fā)電并網(wǎng)或離網(wǎng)系統(tǒng)。本發(fā)明設(shè)計(jì)屬于最大功率跟蹤技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)今世界的常規(guī)能源短缺、生態(tài)環(huán)境惡化等問題日益嚴(yán)峻。作為ー種清潔可再生能源，光伏發(fā)電為解決能源問題以及實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的有效解決途徑在世界范圍內(nèi)獲得了空前的發(fā)展機(jī)遇和強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭。然而光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率非常有限，且其本身是ー種極其不穩(wěn)定的電源，輸出功率容易受到外界環(huán)境(如光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度等)和負(fù)載情況的影響。為充分利用太陽能，提高光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的效率，實(shí)際控制電路需采用最大功率點(diǎn)跟蹤最大功率點(diǎn)跟蹤(Maximum Power Point Tracking, MPPT)技術(shù)。 擾動(dòng)觀察(Perurbation and Observation,P&0)法由于其算法簡潔、易于實(shí)現(xiàn)，是目前實(shí)際中應(yīng)用最廣泛的MPPT方法。但是，傳統(tǒng)的定步長擾動(dòng)觀察法卻存在缺陷當(dāng)擾動(dòng)步長較小時(shí)，功率振蕩也將很小，但是系統(tǒng)的跟蹤速度卻得不到保證；當(dāng)擾動(dòng)步長變大，系統(tǒng)的跟蹤速度會(huì)提高，卻同時(shí)會(huì)引起較大功率振蕩。所以定步長的擾動(dòng)觀察法步長大小難以確定，對不同系統(tǒng)的適應(yīng)性較差。因此，本發(fā)明提出了一種高效自適應(yīng)擾動(dòng)觀察法，該方法解決了傳統(tǒng)擾動(dòng)觀察法步長大小難以權(quán)衡的問題，可以獲得更優(yōu)的性能、易于實(shí)現(xiàn)、成本適中，且其核心算法具有普遍適用性，不需要預(yù)置相關(guān)的定值。能夠?qū)崿F(xiàn)完全自適應(yīng)擾動(dòng)，跟蹤速度快、穩(wěn)態(tài)精度高，系統(tǒng)通用性強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于提出光伏陣列的一種基于高效自適應(yīng)擾動(dòng)觀察法的最大功率跟蹤方法，解決傳統(tǒng)擾動(dòng)觀察法步長大小難以權(quán)衡的問題，能夠?qū)崿F(xiàn)完全自適應(yīng)擾動(dòng)，跟蹤速度快、穩(wěn)態(tài)精度高，系統(tǒng)通用性強(qiáng)。技術(shù)方案本發(fā)明的基于高效自適應(yīng)擾動(dòng)觀察法的最大功率跟蹤方法包括步驟如下A、首先測量光伏陣列的輸出電壓Upv (η)和輸出電流Ιρν(η),符號(hào)中的η表不第η次的采樣結(jié)果。B、然后通過ー個(gè)低通濾波器濾波后的電壓、電流信號(hào)計(jì)算出該次的光伏陣列輸出功率Ppv (n) = Upv(η) X Ipv(η)，根據(jù)功率信號(hào)之間的變化計(jì)算出自適應(yīng)擾動(dòng)值。利用此變化作為閉環(huán)控制系統(tǒng)的誤差信號(hào)，控制該誤差在穩(wěn)態(tài)時(shí)盡可能小，同時(shí)避免系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)發(fā)生超調(diào)，并消除穩(wěn)態(tài)時(shí)的功率振蕩。采取ー個(gè)PI控制器a來實(shí)現(xiàn)上述控制，PI控制器為比例積分控制器，PI控制器a被用作光伏陣列參考電壓所需要的自適應(yīng)擾動(dòng)值發(fā)生器，即通過連續(xù)的功率計(jì)算值之間的變化形成誤差信號(hào)Λ Ppv (n) =Ppv (n) -Ppv (η-1)，再經(jīng)過該P(yáng)I控制器產(chǎn)生自適應(yīng)的擾動(dòng)電壓值Δび>)
權(quán)利要求
1.一種基于高效自適應(yīng)擾動(dòng)觀察法的最大功率跟蹤方法，其特征在于其控制步驟如下 A、首先測量光伏陣列的輸出電壓Upv(n)和輸出電流Ipv(n)，其中n表示第n次的采樣結(jié)果; B、然后通過一個(gè)低通濾波器濾波后的電壓、電流信號(hào)計(jì)算出該次的光伏陣列輸出功率Ppv (n) = Upv (n) XIpv (n)，根據(jù)功率信號(hào)之間的變化計(jì)算出自適應(yīng)擾動(dòng)值，利用此變化作為閉環(huán)控制系統(tǒng)的誤差信號(hào)，控制該誤差在穩(wěn)態(tài)時(shí)盡可能小，同時(shí)避免系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)發(fā)生超調(diào)，并消除穩(wěn)態(tài)時(shí)的功率振蕩，采取一個(gè)比例積分PI (Proportional-Integral,)控制器a來實(shí)現(xiàn)上述控制，PI控制器a被用作光伏陣列參考電壓所需要的自適應(yīng)擾動(dòng)值發(fā)生器，即通過連續(xù)的功率計(jì)算值之間的變化形成誤差信號(hào)APpv (n) = Ppv (n)-Ppv (n-1)，再經(jīng)過該P(yáng)I控制器a產(chǎn)生自適應(yīng)的擾動(dòng)電壓值Y (//): 分別為 PI 調(diào)節(jié)器a的比例和積分常數(shù)，A Ts為采樣間隔； C、通過擾動(dòng)觀察法原理產(chǎn)生光伏陣列電壓的參考值U*mppt(n)，由下述公式?jīng)Q定0 上式中，U*mppt(n)、U^pt(n-l)為本次擾動(dòng)控制的光伏陣列電壓參考值與前次擾動(dòng)控制的光伏陣列電壓參考值;△/;(〃)為本次擾動(dòng)控制的擾動(dòng)值；APpv(n)為本次與前次光伏陣列輸出功率的變化值Upv(n)為本次與前次光伏陣列輸出電壓的變化值； D、光伏陣列的實(shí)際輸出電壓需要準(zhǔn)確跟蹤該參考電壓U*mppt(n)，通過另外一個(gè)PI控制器b實(shí)現(xiàn)，先計(jì)算光伏陣列電壓參考值和實(shí)際值的誤差信號(hào)epv(n)^(n) = U；nppt(n)-Upr(n)，再經(jīng)過PI控制器b產(chǎn)生DC/DC變換器所需要的占空比信號(hào)d (n)d(n) = d (n-1) +Kp2 [epv (n) -epv (n-1) ] +Ki2 A Tsepv (n), Kp2、Ki2 分別為 PI 調(diào)節(jié)器 b 的比例和積分常數(shù)；d(n-l)為上一時(shí)刻產(chǎn)生的占空比信號(hào)；A Ts為采樣間隔。通過控制占空比d(n)來控制DC/DC變換器中開關(guān)管的通斷時(shí)間；DC/DC變換器的占空比改變后，光伏陣列輸出給DC/DC變換器的電壓電流會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，從而改變了光伏陣列的輸出功率和直流母線電容Cd。的電壓，實(shí)現(xiàn)光伏陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤。
2.一種如權(quán)利要求I所述的基于高效自適應(yīng)擾動(dòng)觀察法的最大功率跟蹤方法，其特征在于所述的光伏陣列，通過DC/DC變換器和直流母線電容向電網(wǎng)或負(fù)載傳送功率，設(shè)定直流母線電壓上限值Udc_max，當(dāng)實(shí)際電壓超過設(shè)定的上限值時(shí)，將兩者之間幅值差經(jīng)過一個(gè)比例環(huán)節(jié)輸出一個(gè)反方向的調(diào)節(jié)量，調(diào)整DC/DC變換器的占空比，抑制直流母線電壓過高，使系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
3.—種如權(quán)利要求I所述的基于高效自適應(yīng)擾動(dòng)觀察法的最大功率跟蹤方法，其特征 在于所述的PI控制器a和PI控制器b，在實(shí)際調(diào)節(jié)過程中先將光伏陣列的參考電壓設(shè)為CVT啟動(dòng)電壓Upv Mf，此時(shí)，PI控制器a將不起作用，利用Ziegler-Nichols方法調(diào)整PI控制器b的比例、積分系數(shù)，直到獲得滿意的輸出；然后使能擾動(dòng)觀察算法模塊，并用同樣的方法調(diào)整PI控制器a的比例、積分系數(shù)，最終使整個(gè)控制系統(tǒng)獲得良好的輸出性能。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于高效自適應(yīng)擾動(dòng)觀察法的最大功率跟蹤方法，解決了光伏電池的最大功率跟蹤技術(shù)中傳統(tǒng)擾動(dòng)觀察法步長大小難以權(quán)衡的問題，能夠?qū)崿F(xiàn)完全自適應(yīng)擾動(dòng)，跟蹤速度快、穩(wěn)態(tài)精度高，系統(tǒng)通用性強(qiáng)。其基本原理為通過濾波后的電壓、電流信號(hào)計(jì)算出連續(xù)的光伏陣列輸出功率，根據(jù)功率信號(hào)之間的變化形成誤差信號(hào)，再經(jīng)過該P(yáng)I控制器產(chǎn)生自適應(yīng)的擾動(dòng)電壓值，最后通過擾動(dòng)觀察法基本原理產(chǎn)生光伏陣列電壓的參考值。計(jì)算光伏陣列電壓參考值和實(shí)際值的誤差信號(hào)，通過另外一個(gè)PI控制器產(chǎn)生DC/DC變換器所需要的占空比信號(hào)d，從而控制移相全橋變換器各個(gè)功率開關(guān)管的通斷時(shí)間，進(jìn)而調(diào)節(jié)光伏陣列輸出的功率，跟蹤其最大輸出功率點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05F1/67GK102809980SQ201210270558
公開日2012年12月5日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者趙劍鋒, 王書征, 姚曉君, 施超 申請人:東南大學(xué)