本發(fā)明涉及太陽能光伏陣列發(fā)電的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種快速光伏發(fā)電最大功率點的MPPT方法。

背景技術(shù)：

近年來隨著傳統(tǒng)能源儲備量的大幅下降，新興能源尤其是太陽能光伏發(fā)電技術(shù)得到更多的重視和發(fā)展。由于太陽能光伏發(fā)電的I-V曲線具有非線性，相同光照強度和工作溫度條件下不同的輸出電壓會導(dǎo)致不同的輸出功率。為了提高發(fā)電效率，最大功率點跟蹤技術(shù)(MPPT)得到廣泛的應(yīng)用。目前比較成熟的MPPT算法包括登山/擾動觀察法和增量電導(dǎo)法等。登山/擾動觀察法的優(yōu)點是簡單方便，不足是擾動范圍大，跟蹤速度慢，當環(huán)境劇烈變化時不能很好地對最大功率點進行跟蹤。增量電導(dǎo)法優(yōu)點是控制效果好，精度高，但其控制算法復(fù)雜，對控制系統(tǒng)要求高，需要精確的數(shù)學(xué)模型才能準確鎖定最大功率點。

中國專利201210066349.6公開了一種MPPT控制器及其控制方法，通過采集電壓電流和溫度數(shù)據(jù)，在存儲器模塊中查找數(shù)據(jù)，找出該工作點調(diào)整到最大功率點所需的占空比。該方法雖然簡單易于實現(xiàn)，但其跟蹤精度低，適應(yīng)性差，一方面其存儲器中的數(shù)據(jù)由對有限光伏陣列的測試獲得，該數(shù)據(jù)不可避免會與特定的光伏發(fā)電陣列個體的發(fā)電特性存在差別；另一方面隨著使用時間的增長，太陽能光伏發(fā)電板會發(fā)生一定程度上的老化或局部故障，因而其發(fā)電特性曲線也會相應(yīng)改變。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種快速準確跟蹤光伏發(fā)電最大功率點的MPPT方法，該控制方法利用查表法能快速定位到最大功率點附近，并采用擾動觀察法準確找到最大功率點，同時對存儲器中的數(shù)據(jù)進行更新，提高了MPPT控制器的自適應(yīng)性。

本發(fā)明所述的快速跟蹤最大功率點的MPPT方法，包括如下步驟：

1)光伏發(fā)電系統(tǒng)進入MPPT跟蹤狀態(tài)后，進行多次AD采樣取均值分別獲得光伏電池陣列的電壓U、電流I和工作環(huán)境溫度T，設(shè)該功率工作點為A；

2)根據(jù)U、I、T查找存儲器，獲得工作點A要調(diào)整到最大功率工作點所需的MPPT控制器對應(yīng)的PWM占空比數(shù)值，控制方波輸出，快速定位到最大功率點的附近；

3)對控制器的PWM占空比施加一定的增量，方向任意設(shè)定，使得太陽能光伏陣列當前的輸出電壓得到擾動，待新狀態(tài)穩(wěn)定后測量此時的太陽能發(fā)電功率變化，若功率變小，則按相反的方向擾動，若功率增大，按原方向繼續(xù)擾動；

4)若幾次施加擾動量后發(fā)電效率變化量均小于某一設(shè)定值或系統(tǒng)進入來回擾動振蕩過程，可認為太陽能光伏發(fā)電已找到最大功率工作點，停止擾動；

5)擦除工作點A要調(diào)整到最大功率點所需的MPPT控制器的PWM占空比數(shù)值，寫入當前最大功率工作點下控制器輸出的PWM占空比數(shù)值，更新存儲器數(shù)據(jù)；

6)返回步驟1)。

所述的存儲器中存有不同光照強度和不同溫度下太陽能光伏發(fā)電陣列的I-V曲線數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)由對典型太陽能光伏發(fā)電陣列的測量獲得。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益之處：

1)跟蹤快速：由一組電壓、電流和溫度數(shù)據(jù)，即可使系統(tǒng)快速調(diào)整到最大功率點附近；

2)準確性：對比簡單的查表法而言，本發(fā)明中存儲器存儲的數(shù)據(jù)可更新、更準確。同時本發(fā)明能夠在最大功率點附近進行調(diào)整。

3)適應(yīng)性強：當太陽能板老化或故障時，系統(tǒng)能通過更新存儲器數(shù)據(jù)確保MPPT跟蹤的快速和準確性。

附圖說明

圖1為某一溫度不同光照強度下太陽能光伏陣列的I-V特性曲線；

圖2為某一溫度不同光照強度下太陽能光伏陣列的P-V特性曲線；

圖3為某一光照強度不同溫度下太陽能光伏陣列的I-V特性曲線；

圖4為某一光照強度不同溫度下太陽能光伏陣列的P-V特性曲線；

圖5為基于本發(fā)明所述MPPT跟蹤方法的太陽能光伏發(fā)電控制器框圖；

圖6為本發(fā)明所述快速跟蹤最大功率點的MPPT方法的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例和附圖，對本發(fā)明做進一步的詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

由圖1，當光照強度增大時，I-V特性曲線的開路電壓Voc、最大功率點電壓Vm、短路電流Isc和最大功率點電流Im也隨之增大；由圖3，當溫度上升時，Voc、Vm減小，Isc和Im增大；由圖2和圖4，隨著光照強度和工作溫度的變化，太陽能光伏陣列的最大功率點也會發(fā)生偏移。據(jù)此，采用單一變量法，測出太陽能光伏陣列工作在可能的溫度和光照強度下達到最大功率點時MPPT控制器的PWM占空比，將數(shù)據(jù)存入控制器的存儲器中，存儲形式可采用為三階數(shù)組，如DATA_PWM[T][U][I]。由圖1，當溫度恒定，改變光照強度，開路電壓Voc變化不大，但短路電流Isc有明顯變化，不同曲線沒有交點，因而在一組以光照強度為變量的I-V特性曲線組中，根據(jù)某一電壓電流特定值即可確定某一確定的I-V特性曲線，此處驗證了DATA_PWM[T][U][I]的完整性和確定性。

圖5為基于本發(fā)明所述MPPT跟蹤方法的太陽能光伏發(fā)電控制器框圖，包括太陽能光伏陣列、DC-DC變換電路、電池或用電設(shè)備、AD采樣電路、主控制器(嵌有存儲器)和驅(qū)動電路。該框圖的數(shù)字電路部分可由分立元件構(gòu)成，也可有集成電路組成，如采用FPGA、DSP等組成。

圖6為本發(fā)明所述快速跟蹤最大功率點的MPPT方法的流程圖。具體步驟如下：

在光伏發(fā)電系統(tǒng)進入MPPT跟蹤狀態(tài)后，方可啟動本發(fā)明所述MPPT方法。因為若負載為電池，由于其充電過程分數(shù)個特定階段，在有些階段光伏發(fā)電系統(tǒng)此時不能將最大發(fā)電功率作為首要考慮因素，如預(yù)充電、電池電量飽和等。

進入MPPT狀態(tài)后進行多次AD采樣，取均值分別獲得光伏電池陣列的電壓U、電流I和工作環(huán)境溫度T，設(shè)該功率工作點為A。

根據(jù)U、I、T查找存儲器三階數(shù)組，此處U、I、T可能與存儲器中存儲的典型U、I、T數(shù)值不完全相等，則采用就近原則，如測得溫度為23.1℃，而存儲器中存有23℃和23.5℃的I-V曲線組，則取23℃I-V曲線組。找到工作點A要調(diào)整到最大功率工作點所需的MPPT控制器對應(yīng)的PWM占空比數(shù)值，主控制器輸出PWM方波到驅(qū)動電路，驅(qū)動電路作用于DC-DC變換電路，太陽能光伏陣列即可快速定位到最大功率點的附近。

對控制器的PWM占空比施加一定的增量，方向任意設(shè)定，使得太陽能光伏陣列當前的輸出電壓得到擾動，待新狀態(tài)穩(wěn)定后，AD采樣太陽能光伏陣列的電壓電流數(shù)值，計算出擾動后發(fā)電功率，若功率變小，則按相反的方向擾動，若功率增大，按原方向繼續(xù)擾動。

若幾次施加擾動量后太陽能發(fā)電效率變化量均小于某一設(shè)定值，或系統(tǒng)進入來回擾動振蕩過程，可認為太陽能光伏發(fā)電已找到最大功率工作點，停止擾動。上述擾動振蕩判斷標志可為，主控制器檢測到太陽能輸出電壓數(shù)值增大后又減小(或減小后又增大)，且循環(huán)超過一定次數(shù)。

擦除擾動前工作點A要調(diào)整到最大功率點所需的MPPT控制器的PWM占空比數(shù)值，即DATA_PWM[T][U][I]單元中存儲的數(shù)值，寫入當前最大功率工作點下控制器輸出的PWM占空比數(shù)值，實現(xiàn)對存儲器數(shù)據(jù)的更新。

返回步驟一，循環(huán)整個過程，或加入一定延時過程，因為溫度和光照強度變化相對于MPPT控制器的跟蹤速度較緩慢。延時過程中還可讓控制器進入休眠過程，節(jié)省功耗。