專利名稱：一種改進(jìn)的mppt算法及基于該算法的太陽能led路燈系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能LED路燈系統(tǒng)，具體涉及ー種改 進(jìn)的MPPT算法及基于該算法的太陽能LED路燈系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
將LED燈運(yùn)用到路燈照明領(lǐng)域，可以比普通的高壓鈉燈節(jié)能50%以上，并且使用壽命長；而將太陽能與LED相結(jié)合得到的太陽能LED路燈系統(tǒng)把兩者的優(yōu)點(diǎn)集中到了一起，使得城市路燈照明系統(tǒng)更加節(jié)能。現(xiàn)有的太陽能LED路燈系統(tǒng)主要由太陽能電池板、LED燈頭、控制箱(內(nèi)有控制器、蓄電池)和燈桿等幾部分構(gòu)成，其中太陽能電池板是太陽能路燈系統(tǒng)中的核心部分，其作用是將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能，或送至蓄電池中存儲起來。在眾多太陽能電池板中較普遍且較實(shí)用是晶硅太陽能電池板。目前由于晶硅太陽能電池板的轉(zhuǎn)換效率較低，只能達(dá)到17%左右，而受材料的影響目前這個效率很難在短時間內(nèi)得到質(zhì)的提升，因此現(xiàn)有的太陽能LED路燈系統(tǒng)應(yīng)在電カ控制部分上盡量提高太陽能電池板的發(fā)電效率。在電カ控制部分提高太陽能電池板的發(fā)電效率，即充分利用太陽能，使太陽能電池板工作在最大功率點(diǎn)附近，由于太陽能電池板的輸出特性是非線性的，主要受光照強(qiáng)度和溫度等外界環(huán)境的影響，這就需要最大功率點(diǎn)追蹤(Maximum Power Point Tracking,簡寫為MPPT)。所謂最大功率點(diǎn)跟蹤，即指控制器能夠?qū)崟r偵測太陽能電池板的發(fā)電電壓，并且追蹤最聞的電壓電流值，使得系統(tǒng)工作在最聞功率點(diǎn)，從而達(dá)到系統(tǒng)的最聞效率，其實(shí)質(zhì)是ー種自尋優(yōu)過程。目前比較成熟的MPPT算法主要有恒壓跟蹤法、擾動觀察法、電導(dǎo)增量法及各種改進(jìn)的電導(dǎo)增量法等等，這些技術(shù)一般都是以電壓作為參考值進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到對最大功率點(diǎn)進(jìn)行跟蹤控制的目的。其中最易于實(shí)現(xiàn)的是恒壓跟蹤法CVT :恒壓跟蹤法是指給定電壓參考值，在外界環(huán)境變化不大時，太陽能電池板的輸出曲線上的最大功率點(diǎn)幾乎分布于ー條垂直直線的兩側(cè)。若能將太陽能電池板輸出電壓控制在其最大功率點(diǎn)時的電壓，系統(tǒng)將工作在最大功率點(diǎn)，該方法控制簡單穩(wěn)定性好，但是控制精度較差，可與其他方法相結(jié)合使用。而目前應(yīng)用最廣的方法是擾動觀察法常規(guī)的擾動觀察法，因?yàn)槠渌惴ê唵?，容易?shí)現(xiàn)，對傳感器精度要求不高而應(yīng)用及其廣泛，但也有明顯的缺點(diǎn)一方面是即使系統(tǒng)已經(jīng) 運(yùn)行在最大功率點(diǎn)附近，擾動仍不停止，這樣就會出現(xiàn)電壓隨著擾動的持續(xù)而震蕩進(jìn)而導(dǎo)致功率損失；另一方面，當(dāng)光照強(qiáng)度或溫度快速變化時系統(tǒng)容易出現(xiàn)誤判。常規(guī)的擾動觀察法一般采取固定步長的運(yùn)算方法，該方法存在明顯的缺陷，若所取的步長過長，會使系統(tǒng)產(chǎn)生劇烈的震蕩；若步長過小，會使系統(tǒng)長時間處于低功率輸出區(qū)。而目前改進(jìn)后的變步長擾動觀察法是在常規(guī)擾動觀察發(fā)基礎(chǔ)上改進(jìn)的，在一定程度上解決固定步長所存在的問 題，提高了響應(yīng)的快速性和精確性，在外界環(huán)境的光照強(qiáng)度和溫度變化不大的情況下，能夠迅速精確跟蹤到最大功率點(diǎn)。但是當(dāng)外界環(huán)境變化劇烈時，仍然會出現(xiàn)誤判。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種改進(jìn)的MPPT算法及基于該算法的太陽能LED路燈系統(tǒng)，該太陽能LED路燈系統(tǒng)采用改進(jìn)的MPPT算法對太陽能LED路燈系統(tǒng)的電カ控制部分進(jìn)行優(yōu)化，通過實(shí)時追蹤太陽能電池板發(fā)電電壓的最高的電壓電流值，并結(jié)合外界環(huán)境的溫度，使得系統(tǒng)工作在最高功率點(diǎn)附近，從而達(dá)到系統(tǒng)的最高效率。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的思路是，將MPPT算法中的恒壓跟蹤法和變步長擾動觀察法相結(jié)合，且考慮外界環(huán)境的溫度的影響，減少現(xiàn)有技術(shù)的誤判及震蕩等問題，克服常規(guī)MPPT算法的缺點(diǎn)，能夠迅速、穩(wěn)定、精確地跟蹤到最大功率點(diǎn)，進(jìn)而應(yīng)用到太陽能LED路燈系統(tǒng)中，對其電カ控制部分進(jìn)行優(yōu)化，從而提高發(fā)電效率。本發(fā)明ー種改進(jìn)的MPPT算法，應(yīng)用于太陽能LED路燈系統(tǒng)，具有以下步驟
步驟I :根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境溫度T及開路電壓Voc設(shè)定太陽能LED路燈系統(tǒng)的最大功率
點(diǎn)跟蹤啟動范圍為到匕 ,該啟動范圍包含此時太陽能電池板的最大功率點(diǎn)的電壓理
論值Vmppt,該啟動范圍越小,系統(tǒng)越能快速跟蹤到最大功率點(diǎn)；
步驟2 :測量獲得太陽能電池板的當(dāng)前輸出電壓和輸出電流;
步驟3 :判斷太陽能電池板的輸出電壓 是否滿足なぢなぢ，如果滿足則則
令= d + fmia ) /2,即最大功率點(diǎn)從^到I的中點(diǎn)開始尋找；
步驟4:判斷該「@對應(yīng)的功率值在ー個時間周期Tl內(nèi)是否位于最大功率點(diǎn)，具體包
括
步驟41 :首先測量獲得前一時刻的第k個周期時太陽能電池板輸出的直流電壓Rめ和直流電流八た)，以及處于當(dāng)前時刻的第k+Ι個周期時太陽能電池板輸出的直流電壓P(た+1)和直流電流/(た+1)；
步驟42 :根據(jù)功率計(jì)算公式P = F /分別計(jì)算得到第k個周期的直流輸出功率P(M = F(k)-l(k)和第k+Ι個周期的直流輸出功率巧* + 1) = Vik+Vhlik+l)；
步驟43 :根據(jù)巧太)和母+1)的差值來判斷最大功率點(diǎn)是在當(dāng)前周期之前還是之后，具體過程是根據(jù)公式ΔΗパ)=計(jì)算前后周期的功率差值，A :如果ΔΡ( ) > O:同時判斷輸出電壓差ΔΓ(λ) = Γ(λ+1)-Γ(Λ:)是否大于零，Al :如果ΔΠ*)>0 ,則將此時輸出電壓た+1)為前ー時刻輸出電壓八約加上一個變量C，即Ri+1) ニ V(Jc) +C;A2:如果ΔΓ(λ)<0 ,則將此時輸出電壓r(i+l)為前ー時刻輸出電壓^⑷減去ー個變量C，即rp:+l) = V(,k) -C ;則 B :如果ΔΡ( ) <0 :同時判斷輸出電壓差 Ar0t) = r(.t+1)-F(.t)是否
大于零，BI :如果,則將此時輸出電壓為前一時刻輸出電壓減去一個變量C，即『,(た+1) = V(k) -c ；B2 :如果<0 ,則 Γ(た+1) = F(k) +C ； 其中O. 2V〈C〈5V。優(yōu)選的，所述時間周期Tl為100ms。上述C的值具體是根據(jù)當(dāng)前時刻的電壓值Z(た+1)與太陽能電池板的開路電壓Voc比較計(jì)算獲得
如果 0< ゆ+1)〈O. 74 X Vmppt ;則 C=5V ；
如果 O. 75 X Vmpptく 叩+1)〈O. 78 X Vmppt ;貝丨J C=2V ；
如果 O. 79XVmppt< F(先+1)〈O. 81XVmppt，則 C=O. 2V ；
如果 O. 82XVmppt< F(i+1)〈O. 85XVmppt，則 C=2V ；
如果 O. 86XVmppt< V(k+l)〈lXVmppt，則 C=5V ；
其中，Vmppt是最大功率點(diǎn)電壓理論值，Vmppt=O. 8XVoc。上述步驟中，當(dāng)前輸出電壓V (k+Ι)保持6秒穩(wěn)定在+O. 25V和-O. 25V的變化幅度范圍內(nèi)，即表示電壓最終在v(k+l) ±0. 25V范圍穩(wěn)定跳變6秒，則認(rèn)為尋找到最大功率點(diǎn)。步驟5 :判斷該「W在一個時間周期T2內(nèi)是否位于最大功率點(diǎn)，Τ2ΧΓ1，優(yōu)選的，所述時間周期T2為500ms，判斷方法同步驟4，如果檢測到電壓停止擾動，將系統(tǒng)視為運(yùn)行在最大功率點(diǎn)，計(jì)算獲得PI控制器的參考電壓Ket，并將該參考電壓匕}值與進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處；否則繼續(xù)増加擾動量C，直至找到最大功率點(diǎn)；其中Kit是太陽能電池板輸出電壓的實(shí)時動態(tài)值，系統(tǒng)根據(jù)該數(shù)值作為參考電壓，通過PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)當(dāng)前的太陽能輸出電壓；
步驟6 :間隔一段時間，増加擾動量C，查詢該是否仍位于最大功率點(diǎn)，如果不再位于最大功率點(diǎn)，則返回步驟2繼續(xù)尋找最大功率點(diǎn)。進(jìn)ー步的，步驟I中，所述當(dāng)前的環(huán)境溫度T是由溫度傳感器檢測得到，所述開路電壓V0c是當(dāng)太陽能電池板沒有接任何負(fù)載時，其正負(fù)兩端之間的電壓值，Kkl <r<vmmi
的值是根據(jù)太陽能電池板的系統(tǒng)辨識模型的曲線來確定的；系統(tǒng)辨識模型建模
如下過程
首先建立模型.,I =Ig XId {exp [ {q/AKT) X (Vo + IoRs ) ] ~l}~CVo + /oTPs) /TPsh式中I是電池輸出電流；Ig是光生電流；Id是ニ極管飽和電流；q是電荷電量，q=l. 6X 10_19庫侖；A是ニ極管因子；K是波爾茲曼常數(shù)，K=L 38 X 10_23 J/K ；Τ是當(dāng)前環(huán)境溫度，其使用開氏溫度表不;Vo是電池的輸出電壓；Io是電池的輸出電流；Rs為等效串聯(lián)電阻；Rsh是等效并聯(lián)電阻；廠商提供的太陽能電池板均有提供上述參數(shù)。然后對上述模型做如下定義令is、es分別為太陽能電池板的輸出電流和輸出電壓，則
(1)開路狀態(tài)下，is= O，es = Voc ;
(2)最大功率點(diǎn)處，is= Im，es = Vm ；
并且設(shè)定Ig = Isc，Isc是短路電流，因?yàn)樵谕ǔＧ闆r下，Rs遠(yuǎn)小于ニ極管正向?qū)娮?，則太陽能電池板的I-V方程可表示為。is = Isc (I - Cl {exp[esP( C2*Voc ) ] - I}) (2)
其中C1、C2為待求的系數(shù)。則系統(tǒng)根據(jù)上式求得P值，則確定了系統(tǒng)辨識模型的光伏曲線，從該光伏曲線得出和的值。該光伏曲線的推導(dǎo)及求值為公知技術(shù)，可查閱相關(guān)資料獲得，這里不再贅述。一種基于上述算法的太陽能LED路燈系統(tǒng)，包括路燈外殼和電路部分，該電路部分包括太陽能電池板、太陽能逆變模塊、變壓器及隔離電路、DSP數(shù)據(jù)處理及控制模塊、數(shù)據(jù)采集及檢測電路和溫度傳感器，所述太陽能電池板的輸出端電性連接于所述太陽能逆變模塊的輸入端和數(shù)據(jù)采集及檢測電路的輸入端，所述太陽能逆變模塊的輸出端電性連接于所述變壓器及隔離電路的輸入端，所述變壓器及隔離電路的輸出端接于電網(wǎng)，所述溫度傳感器的輸出端電性連接于所述數(shù)據(jù)采集及檢測電路的輸入端，所述數(shù)據(jù)采集及檢測電路的輸出端電性連接于所述DSP數(shù)據(jù)處理及控制模塊的輸入端，所述DSP數(shù)據(jù)處理及控制模塊的輸出端電性連接于太陽能逆變模塊的輸入端；所述溫度傳感器測量得到當(dāng)前的環(huán)境溫度
T ;所述DSP數(shù)據(jù)處理及控制模塊包含
實(shí)現(xiàn)根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境溫度T及開路電壓Voc設(shè)定太陽能LED路燈系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟
蹤啟動范圍為匕in到匕的裝置；
實(shí)現(xiàn)測量太陽能電池板的輸出電壓‘和輸出電流/1的裝置；
實(shí)現(xiàn)判斷太陽能電池板的輸出電壓『な是否滿足にM匕《及確定^ 值的裝
置；
實(shí)現(xiàn)判斷該F 對應(yīng)的功率值在ー個時間周期Tl內(nèi)是否位于最大功率點(diǎn)的裝置；
實(shí)現(xiàn)判斷該Fmr對應(yīng)的功率值在ー個時間周期T2內(nèi)是否位于最大功率點(diǎn)的裝置； 實(shí)現(xiàn)間隔時間周期T3再次查詢該是否仍位于最大功率點(diǎn)的裝置；
實(shí)現(xiàn)計(jì)算最大功率點(diǎn)時的PI控制器的參考電壓^t的裝置；
以及對參考電壓Kef與Kw進(jìn)行PI調(diào)節(jié)以使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處的PI控制
器；
其中，Τ2>Τ1，Τ3ΧΓ2。優(yōu)選的，Tl=IOOms, T2=500ms, T3=1000ms。本發(fā)明太陽能LED路燈系統(tǒng)采用了改進(jìn)的MPPT算法對太陽能LED路燈系統(tǒng)的電カ控制部分進(jìn)行優(yōu)化，通過實(shí)時追蹤太陽能電池板發(fā)電電壓的最高的電壓電流值，并結(jié)合外界環(huán)境的溫度，使得系統(tǒng)工作在最高功率點(diǎn)附近，從而達(dá)到系統(tǒng)的最高效率。該改進(jìn)的MPPT算法基于改進(jìn)的恒壓設(shè)定的變步長擾動觀察法，不僅能夠在外部環(huán)境變化不大的情況下快速、精確、穩(wěn)定的追蹤到最大功率點(diǎn)，還能在溫度及光照強(qiáng)度變化較大的情況下克服誤判及震蕩現(xiàn)象，提高整個系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性，并且對傳感器的精度及處理器運(yùn)算能力沒有特殊要求。


圖I是太陽能電池板的光伏特性曲線；
圖2是本發(fā)明的MPPT算法中的系統(tǒng)辨識模型的曲線；
圖3是本發(fā)明的MPPT算法中的尋找最大功率點(diǎn)的流程 圖4是本發(fā)明太陽能LED路燈系統(tǒng)的模塊示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)ー步說明。本發(fā)明是在傳統(tǒng)的擾動觀察法的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，結(jié)合恒壓跟蹤法和最優(yōu)梯度算法所得出的一種高效率、高穩(wěn)定性的最大功率點(diǎn)跟蹤法，其在逆變器正常運(yùn)行后，分別測量系統(tǒng)中太陽能電池板的輸出電壓和輸出電流hu ;而目前現(xiàn)有的MPPT算法中，基本上 只考慮了光照強(qiáng)度對系統(tǒng)的影響，常常忽略了溫度對光伏特性曲線的影響，而太陽能電池板的實(shí)際使用環(huán)境的溫度變化往往較快，對系統(tǒng)有著比較大的影響，特性曲線如圖I所示。因此本發(fā)明提出一種改進(jìn)的MPPT算法，應(yīng)用于太陽能LED路燈系統(tǒng)，具有以下步驟
步驟I :根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境溫度T及開路電壓Voc設(shè)定太陽能LED路燈系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤啟動范圍為到匕 ,該啟動范圍包含此時太陽能電池板的最大功率點(diǎn)的電壓理論值Vmppt,該啟動范圍越小,系統(tǒng)越能快速跟蹤到最大功率點(diǎn)；
步驟2 :測量獲得太陽能電池板的當(dāng)前輸出電壓和輸出電流/-;
步驟3 :判斷太陽能電池板的輸出電壓Fa-是否滿足，如果滿足則則
令I(lǐng),m = dax + fmift ) /2，即最大功率點(diǎn)從fLit到匕 Λ的中點(diǎn)開始尋找；
步驟4:判斷該Fffif對應(yīng)的功率值在ー個時間周期Tl內(nèi)是否位于最大功率點(diǎn)，具體包
括
步驟41 :首先測量獲得前一時刻的第k個周期時太陽能電池板輸出的直流電壓RA)和直流電流At)，以及處于當(dāng)前時刻的第k+Ι個周期時太陽能電池板輸出的直流電壓叩:+1)和直流電流取+1)；
步驟42 :根據(jù)功率計(jì)算公式/5 = 分別計(jì)算得到第k個周期的直流輸出功率PQ亡} = V(k)■ IΦ)和第k+Ι個周期的直流輸出功率P(.t+1) = F(i+1)'/(A:+1)；
步驟43 :根據(jù)巧:句和的差值來判斷最大功率點(diǎn)是在當(dāng)前周期之前還是之后，具體過程是根據(jù)公式=計(jì)算前后周期的功率差值，A :如果ΔΡ( ) > O
:同時判斷輸出電壓差=是否大于零，Al :如果MD >0 ,則將此時輸
出電壓れた+1)為前一時刻輸出電壓F(A)加上一個變量C(即擾動量)，即^X^+1) =Pr(A) +C ；A2 :如果<0 ,則將此時輸出電壓F(t+1)為前ー時刻輸出電壓「(*)減去ー個變量C,即rCfc+1) = F(k) -c ;則B :如果ΔΡ( ) <0 :同時判斷輸出電壓差M取)=F(ArH)-F⑷是否大于零，BI :如果ΔΓ( )>0 ,則將此時輸出電壓為前一時刻輸出電壓減去一個變量C，即F(t+1) = V(Jc) -c ；B2 :如果Δ7( ) <0 ,則 FOt+1) = V(Jc) +C ;其中 O. 2V〈C〈5V。優(yōu)選的，所述時間周期Tl為100ms。上述C的值具體是根據(jù)當(dāng)前時刻的電壓值K(た+〗)與太陽能電池板的開路電壓Voc比較計(jì)算獲得如果 0〈 V(k+T)〈O. 74 X Vmppt ;則 C=5V ；
如果 O. 75 X Vmpptく F(た+1)〈O. 78 X Vmppt ;貝丨J C=2V ；
如果 O. 79XVmppt< (た+1)〈O. 81 X Vmppt，則 C=O. 2V ；
如果 O. 82XVmppt< Jr(先+1)〈O. 85XVmppt，則 C=2V ；
如果 O. 86XVmppt< 叩+1)〈lXVmppt，則 C=5V ；
其中，Vmppt是最大功率點(diǎn)電壓理論值，Vmppt=O. 8XVoc。 C作為系統(tǒng)擾動量，其根據(jù)光伏曲線斜率的變化而變化。當(dāng)斜率-l〈dU/dI〈0吋，該點(diǎn)在最大功率點(diǎn)右側(cè)，并且隨著斜率值越接近O時，擾動量C逐漸縮小。當(dāng)斜率l>du/dl>0吋，該點(diǎn)在最大功率點(diǎn)左側(cè)，并且隨著斜率值越接近O吋，擾動量C逐漸縮小。擾動量C隨著跟蹤點(diǎn)在光伏曲線的不同位置情況而改變，避免了在跟蹤點(diǎn)接近最大功率點(diǎn)時擾動量太大導(dǎo)致系統(tǒng)震蕩。步驟5 :判斷該在一個時間周期T2內(nèi)是否位于最大功率點(diǎn)，Τ2ΧΓ1，優(yōu)選的，所述時間周期T2為500ms，判斷方法同步驟4，如果檢測到電壓停止擾動，將系統(tǒng)視為運(yùn)行在最大功率點(diǎn)，計(jì)算獲得PI控制器的參考電壓Csi，并將該參考電壓Kef值與匕^進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處；否則繼續(xù)増加擾動量C，直至找到最大功率點(diǎn)；其中Kit是太陽能電池板輸出電壓的實(shí)時動態(tài)值，系統(tǒng)根據(jù)該數(shù)值作為參考電壓，通過PI調(diào)節(jié)
器調(diào)節(jié)當(dāng)前的太陽能輸出電壓；具體的，使用在控制系統(tǒng)中，運(yùn)用于PI控制器，以保持
最大功率點(diǎn)電壓的穩(wěn)定控制，也就是說，系統(tǒng)根據(jù)所得到得來保持最大功率點(diǎn)的穩(wěn)定，避免使系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩的情況，導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定；
步驟6 :間隔一段時間，増加擾動量C，查詢該^是否仍位于最大功率點(diǎn)，如果不再位于最大功率點(diǎn)，則返回步驟2繼續(xù)尋找最大功率點(diǎn)。上述步驟中，當(dāng)前輸出電壓V (k+Ι)保持6秒穩(wěn)定在+0. 25V和-O. 25V的變化幅度范圍內(nèi)，即表示電壓最終在v(k+l) ±0. 25V范圍穩(wěn)定跳變6秒，則認(rèn)為尋找到最大功率點(diǎn)。進(jìn)ー步的，步驟I中，所述當(dāng)前的環(huán)境溫度T是由溫度傳感器檢測得到，所述開路
電壓VOC是當(dāng)太陽能電池板沒有接任何負(fù)載時，其正負(fù)兩端之間的電壓值，Kin
的值是根據(jù)太陽能電池板的系統(tǒng)辨識模型的曲線來確定的；系統(tǒng)辨識模型建模
如下過程
首先建立模型.,I =Ig XId {exp [ {q/AKT) X (Vo + IoRs ) ] ~l}~CVo + Ioffs) /TPsh,
式中I是電池輸出電流；Ig是光生電流；Id是ニ極管飽和電流；q是電荷電量，q=lX10_19庫侖；A是ニ極管因子；K是波爾茲曼常數(shù)，K=1138 X 10_23 J/K ;Τ是當(dāng)前環(huán)境溫度，其使用開氏溫度表不;Vo是電池的輸出電壓；Io是電池的輸出電流；Rs為等效串聯(lián)電阻；Rsh是等效并聯(lián)電阻；廠商提供的太陽能電池板均有提供上述參數(shù)。然后對上述模型做如下定義令is、es分別為太陽能電池板的輸出電流和輸出電壓，則
(I)開路狀態(tài)下，is = O，es = Voc ;(2)最大功率點(diǎn)處，is = Im，es = Vm ；
并且設(shè)定Ig = Isc，Isc是短路電流，因?yàn)樵谕ǔＧ闆r下，Rs遠(yuǎn)小于ニ極管正向?qū)娮瑁瑒t太陽能電池板的I-V方程可表示為。is = Isc (I - Cl {exp[esP( C2*Voc ) ] - I}) (2)
其中C1、C2為待求的系數(shù)。則系統(tǒng)根據(jù)上式求得P值，則確定了系統(tǒng)辨識模型的光伏曲線，從該光伏曲線得出F2lil和匕》^的值。該光伏曲線的推導(dǎo)及求值為公知技術(shù)，可查閱相關(guān)資料獲得，這里不再贅述。本發(fā)明基于上述算法的太陽能LED路燈系統(tǒng)，包括路燈外殼和電路部分，該電路部分包括太陽能電池板、太陽能逆變模塊、變壓器及隔離電路、DSP數(shù)據(jù)處理及控制模塊、數(shù)據(jù)采集及檢測電路和溫度傳感器，所述太陽能電池板的輸出端電性連接于所述太陽能逆變模塊的輸入端和數(shù)據(jù)采集及檢測電路的輸入端，所述太陽能逆變模塊的輸出端電性連接于所述變壓器及隔離電路的輸入端，所述變壓器及隔離電路的輸出端接于電網(wǎng)，所述溫度傳感器的輸出端電性連接于所述數(shù)據(jù)采集及檢測電路的輸入端，所述數(shù)據(jù)采集及檢測電路的輸出端電性連接于所述DSP數(shù)據(jù)處理及控制模塊的輸入端，所述DSP數(shù)據(jù)處理及控制模塊的輸出端電性連接于太陽能逆變模塊的輸入端；所述溫度傳感器測量得到當(dāng)前的環(huán)境溫度T ;所述DSP數(shù)據(jù)處理及控制模塊包含
實(shí)現(xiàn)根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境溫度T及開路電壓Voc設(shè)定太陽能LED路燈系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟
蹤啟動范圍為Ctia到I 的裝置；
實(shí)現(xiàn)測量太陽能電池板的輸出電壓 和輸出電流4的裝置；
實(shí)現(xiàn)判斷太陽能電池板的輸出電壓ろSr是否滿足匕toぢV棚< 及確定『な值的裝
置；
實(shí)現(xiàn)判斷該F 對應(yīng)的功率值在ー個時間周期Tl內(nèi)是否位于最大功率點(diǎn)的裝置；
實(shí)現(xiàn)判斷該F 對應(yīng)的功率值在ー個時間周期T2內(nèi)是否位于最大功率點(diǎn)的裝置； 實(shí)現(xiàn)間隔時間周期T3再次查詢該是否仍位于最大功率點(diǎn)的裝置；
實(shí)現(xiàn)計(jì)算最大功率點(diǎn)時的PI控制器的參考電壓Cii的裝置；
以及對參考電壓Kif與4進(jìn)行PI調(diào)節(jié)以使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處的PI控制
器；
其中，Τ2>Τ1，Τ3ΧΓ2。優(yōu)選的，Tl=IOOms, T2=500ms, T3=1000ms。盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié)上可以對 本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)的MPPT算法，應(yīng)用于太陽能LED路燈系統(tǒng)，其特征在于具有以下步驟 步驟I :根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境溫度T及開路電壓Voc設(shè)定太陽能LED路燈系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤啟動范圍為匕*!到匕5>5 ,該啟動范圍包含此時太陽能電池板的最大功率點(diǎn)的電壓理論值Vmppt,該啟動范圍越小,系統(tǒng)越能快速跟蹤到最大功率點(diǎn)； 步驟2 :測量獲得太陽能電池板的輸出電壓Fisr和輸出電流Zjw ; 步驟3 :判斷太陽能電池板的輸出電壓Fw是否滿足匕，如果滿足則則令& = d + ^mki ) /2,即最大功率點(diǎn)從匕 到匕iTL的中點(diǎn)開始尋找； 步驟4 :判斷該對應(yīng)的功率值在一個時間周期Tl內(nèi)是否位于最大功率點(diǎn)； 步驟5 :判斷該^對應(yīng)的功率值在一個時間周期T2內(nèi)是否位于最大功率點(diǎn)，T2>T1 ；如果檢測到電壓停止擾動，將系統(tǒng)視為運(yùn)行在最大功率點(diǎn)，計(jì)算獲得PI控制器的參考電壓，并將該參考電壓值與&進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處；否則繼續(xù)尋找最大功率點(diǎn)； 步驟6 :間隔一個時間周期T3，T3>T2，增加擾動量C，查詢該是否仍位于最大功率點(diǎn)，如果不再位于最大功率點(diǎn)，則返回步驟2繼續(xù)跟蹤最大功率點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MPPT算法，其特征在于步驟4判斷該^對應(yīng)的功率值在較短的時間范圍內(nèi)是否位于最大功率點(diǎn)，具體包括 步驟41 :首先測量獲得前一時刻的第k個周期時太陽能電池板輸出的直流電壓P(句和直流電流八幻，以及處于當(dāng)前時刻的第k+1個周期時太陽能電池板輸出的直流電壓Fp:+1)和直流電流/沐+1)； 步驟42 :根據(jù)功率計(jì)算公式P = F /分別計(jì)算得到第k個周期的直流輸出功率m = ■■和第k+1個周期的直流輸出功率八i + 1) = r(k+V)-l(k+T), 步驟43 :根據(jù)P(i)和P沐+1)的差值來判斷最大功率點(diǎn)是在當(dāng)前周期之前還是之后，具體過程是根據(jù)公式AP( ) = P(k + r)-P(k)計(jì)算前后周期的功率差值 A :如果APW > 0 :同時判斷輸出電壓差F(i)是否大于零 Al :如果,則將此時輸出電壓F(i+1)為前一時刻輸出電壓F(Ar)加上一個變量 C，即= F(k) +C； A2 :如果Af^) <0 ,fj^(*+l) = F(k) -c ； B :如果AP⑷<0 :同時判斷輸出電壓差A(yù)F⑷= F(Kl)-F(i)是否大于零， BI :如果>0 ,則將此時輸出電壓FOt+1)為前一時刻輸出電壓7(句加上一個變量 c,即「認(rèn)+1) = V(je) -C ；B2 :如果 Ar,⑷ <0 ,則 r,(無+1) = F(k) +C ； 其中 0. 2V<C<5Vo
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MPPT算法，其特征在于C的值具體是根據(jù)當(dāng)前時刻的電壓值F認(rèn)+1)與太陽能電池板的開路電壓Voc比較計(jì)算獲得如果 0〈「狄+1)〈O. 74 X Vmppt ;則 C=5V ；如果 0. 75 X Vmppt < ^+1)〈O. 78 X Vmppt ;貝丨J C=2V ；如果 0. 79XVmppt< F(免+1)〈O. 81 XVmppt,則 C=O. 2V ；如果 0. 82 X Vmppt < 叩+1)〈O. 85 X Vmppt，則 C=2V ；如果 0. 86XVmppt<『,(無+1)〈I XVmpptJlJ C=5V ； 其中，Vmppt是最大功率點(diǎn)的電壓理論值，Vmppt=O. 8XVoc。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MPPT算法，其特征在于步驟I中根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境溫度T及開路電壓Voc設(shè)定太陽能LED路燈系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤啟動范圍為到,所述當(dāng)前的環(huán)境溫度T是由溫度傳感器檢測得到，所述開路電壓Voc是當(dāng)太陽能電池板沒有接任何負(fù)載時，其正負(fù)兩端之間的電壓值，且匕ia <Voc< ^max。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MPPT算法，其特征在于Tl=100ms，T2=500ms,T3=1000ms。
6.一種基于上述MPPT算法的太陽能LED路燈系統(tǒng)，包括路燈外殼和電路部分，其特征在于該電路部分包括太陽能電池板、太陽能逆變模塊、變壓器及隔離電路、DSP數(shù)據(jù)處理及控制模塊、數(shù)據(jù)采集及檢測電路和溫度傳感器，所述太陽能電池板的輸出端電性連接于所述太陽能逆變模塊的輸入端和數(shù)據(jù)采集及檢測電路的輸入端，所述太陽能逆變模塊的輸出端電性連接于所述變壓器及隔離電路的輸入端，所述變壓器及隔離電路的輸出端接于電網(wǎng)，所述溫度傳感器的輸出端電性連接于所述數(shù)據(jù)采集及檢測電路的輸入端，所述數(shù)據(jù)采集及檢測電路的輸出端電性連接于所述DSP數(shù)據(jù)處理及控制模塊的輸入端，所述DSP數(shù)據(jù)處理及控制模塊的輸出端電性連接于太陽能逆變模塊的輸入端；所述溫度傳感器測量得到當(dāng)前的環(huán)境溫度T ;所述DSP數(shù)據(jù)處理及控制模塊包含 實(shí)現(xiàn)根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境溫度T及開路電壓Voc設(shè)定太陽能LED路燈系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤啟動范圍為Kdn到fLx的裝置； 實(shí)現(xiàn)測量太陽能電池板的輸出電壓和輸出電流4#的裝置； 實(shí)現(xiàn)判斷太陽能電池板的輸出電壓&是否滿足匕h S V辦< Fffiax及確定^值的裝置； 實(shí)現(xiàn)判斷該「》對應(yīng)的功率值在一個時間周期Tl內(nèi)是否位于最大功率點(diǎn)的裝置； 實(shí)現(xiàn)判斷該^對應(yīng)的功率值在一個時間周期T2內(nèi)是否位于最大功率點(diǎn)的裝置； 實(shí)現(xiàn)間隔時間周期T3再次查詢該Srw是否仍位于最大功率點(diǎn)的裝置； 實(shí)現(xiàn)計(jì)算最大功率點(diǎn)時的PI控制器的參考電壓的裝置； 以及對參考電壓與Fm進(jìn)行PI調(diào)節(jié)以使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處的PI控制器； 其中，T2>T1, T3>T2。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能LED路燈系統(tǒng)，其特征在于Tl=100ms，T2=500ms，T3=1000mso
全文摘要
本發(fā)明涉及太陽能LED路燈系統(tǒng)。本發(fā)明包括一種改進(jìn)的MPPT算法和基于該算法的太陽能LED路燈系統(tǒng)。其中一種改進(jìn)的MPPT算法，具有以下步驟步驟1根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境溫度T及開路電壓Voc設(shè)定最大功率點(diǎn)跟蹤啟動范圍為到；步驟2測量太陽能電池板的輸出電壓和輸出電流；步驟3判斷是否滿足，如果滿足則從到的中點(diǎn)開始尋找最大功率點(diǎn)；步驟4判斷該在一段較短時間內(nèi)是否位于最大功率點(diǎn)；步驟5判斷該在較長時間內(nèi)是否位于最大功率點(diǎn)；如果是則計(jì)算PI控制器的參考電壓，通過對和進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處；否則繼續(xù)尋找最大功率點(diǎn)；步驟6間隔較長時間再次查詢該是否仍位于最大功率點(diǎn)，如果不再位于，則返回步驟2繼續(xù)跟蹤最大功率點(diǎn)。
文檔編號H05B37/00GK102665314SQ20121015897
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者謝立寅 申請人:廈門華聯(lián)電子有限公司