一种适用于光伏电池的MPPT控制方法技术

本发明专利技术涉及一种适用于光伏电池的MPPT控制方法，使用双直线近似法和小步长扰动观察法相结合进行光伏电池的MPPT跟踪，先根据光伏电池等效模型建立两条最大功率点电压和环境温度、日照强度之间的近似直线，然后根据采集的环境温度、日照强度和两条近似直线确定最大功率点电压，再由光伏电池实际输出电压和最大功率点电压差值通过PI调节后生成驱动开关器件的PWM脉冲信号，把光伏电池调整到最大功率点附近，最后通过小步长的扰动观察法精确跟踪最大功率点。本发明专利技术具有快速、高效、控制准确的优势，同时算法简单、对控制器要求低，工程实现方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能光伏发电
，尤其是涉及一种适用于光伏电池的MPPT 控制方法。
技术介绍
太阳能是干净、无污染、随处可得的能源，而且取之不尽、用之不竭。在化石能源 逐渐短缺的今日，太阳能成为当今世界各国极力发展的新能源之一。但太阳能光伏电池是 一种极不稳定的电源，光电转换效率低是制约其发展的重要因素。最大功率点跟踪（Maxim Power Point Tracking，MPPT)技术的提出，使太阳能光伏电池的光电转换效率得到极大提 尚。 常规的固定电压法原理简单、易于实现，但控制精度比较低；扰动观察法具有振荡 幅度大或者跟踪速度慢的缺点；电导增量法则对硬件要求高，需要高速A/D采样；模糊自适 应法和神经网络法等算法过于复杂，实际工程实现有难度；单纯的直线近似法本身过于依 赖光伏电池的等效模型，而部分直线近似法则忽略温度或日照强度对等效模型的影响，造 成算法精度不高。 因此现有的技术有待改进和发展。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提出一种具有工程实现可行性的MPPT控制方法， 能快速、高效、准确地跟踪光伏电池最大功率点，从而提高光伏电池的光电转换效率。 为解决上述的技术问题，本专利技术采取的技术方案如下： -种适用于光伏电池的MPPT控制方法，其特征在于：使用双直线近似法和小步长 扰动观察法相结合进行光伏电池的MPPT跟踪。先根据光伏电池等效模型建立两条最大功 率点电压和环境温度、日照强度之间的近似直线，然后根据采集的环境温度、日照强度和两 条近似直线确定最大功率点电压，再由光伏电池实际输出电压和最大功率点电压差值通过 PI调节后生成驱动开关器件的PWM脉冲信号，把光伏电池调整到最大功率点附近，最后通 过小步长的扰动观察法精确跟踪最大功率点。 进一步地，包括以下步骤： (1)、根据实际使用光伏电池的等效模型，建立最大功率点电压和日照强度之间的 近似直线t _ (S1)，以及最大功率点电压和温度之间的近似直线V_ (T)。 ⑵、实时采集光伏电池输出电压V、输出电流I，以及环境温度T、日照强度Sp (3)、根据日照强度S1和直线t _ (S1)确定最大功率点电压t _。 (4)、根据温度T、最大功率点电压…_和直线￥_(1〇确定最大功率点电压乂_。 (5)、由电压V和最大功率点电压Vmpp的差值生成驱动开关器件的PffM脉冲信号， 直至 V = Vmpp。 (6)、小步长的调节光伏电池输出电压V，使光伏电池输出功率达到最大功率点。 (7)、计算环境温度T、日照强度S1的变化量，若变化量过大，即返回步骤（3)，重新 确定最大功率点电压t _和V _。 进一步地，近似直线t ^pp(S1)的形式为V _= IcslSJb,其中系数ksl和b由光 伏电池的等效模型来确定。 进一步地，近似直线V_(T)的形式为V_= t _+kT(25-T)，其中系数kT由光伏 电池的等效模型来确定，并且跟日照强度有关。 所述的系数kT，1^的形式为k T= kS ;，其中系数k由光伏电池的等效模型来确定。 进一步地，光伏电池输出电压V和最大功率点电SVnipp的差值通过PI调节后生成 驱动开关器件的PWM脉冲信号，使得光伏电池输出电压V达到V nipp的时间很短，能达到30ms 以内。 进一步地，扰动观察法调节光伏电池输出电压V的步长比较小，不超过0.1 V。 进一步地，进入小步长扰动观察法步骤后，要同时监测环境温度T、日照强度S1，若 两者变化量过大，要重新通过双直线近似法估算最大功率点电压v_。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果： (1)双直线近似法能准确跟踪光伏电池最大功率点跟随环境温度、日照强度的变 化，并快速地把光伏电池输出功率调整到最大功率点附近，克服了一般算法的跟踪速度慢、 适应环境变化性差的缺陷。 (2)小步长扰动观察法的使用避免了常规扰动观察法振荡幅度大的缺陷，也克服 了单纯直线近似法过于依赖光伏电池等效模型的弱点。 (3)本算法快速、高效、控制准确，工程可实现性强，对控制器要求低。【附图说明】 图1本专利技术的软件流程图 图2 T = 25 °C时，Vnipp-S1特性曲线和近似直线 图3 S1= 100mW/cm 2时，V ^pp-T特性曲线和近似直线 图 4 Si= 20mW/cm 2、40mW/cm2、60mW/cm2、80mW/cm2、100mW/cm 2时，V mpp_T 特性曲线 图5本专利技术实现的硬件系统框图【具体实施方式】 下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术进行详细说明。 图1所示为本专利技术一个优选实施例，包括如下实现步骤： 步骤S1、根据实际使用光伏电池的等效模型，建立最大功率点电压和日照强度S1 之间的近似直线V _ (S1)，以及最大功率点电压和温度T之间的近似直线V_ (T)。 推论过程如下： 光伏电池等效模型的数学表达式如下： 公式中，I、V分别是光伏电池输出电流和电压；Iph是光伏电池产生的电流；I sat是 反向饱和电流；q是一个电子的电荷量；k是玻尔兹曼常数；T是光伏电池的温度；A是光伏 电池的理想因数；I ssci是标准条件下的短路电流；K i是光伏电池的短路电流温度系数；1\是 光伏电池的参考温度A1是日照强度；1"是光伏电池在温度T 1J寸的反向饱和电流；E&ρ是半 导体材料跨越能带间隙时的能量。 光伏电池输出功率P = VI，4「求得最大功率点电压V_: 可知，温度T和日照强度变化直接影响到V_的数值，而￥_直接决定了光伏 电池的最大功率点。V nipp的求解可通过牛顿迭代法来完成。 图2是典型光伏电池 Solarex MSX60 60W在T为25°C，S1U 20mW/cm2变化到 100mW/cm2时八_和S i之间的关系曲线，以及用V _当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于光伏电池的MPPT控制方法，其特征在于：使用双直线近似法和小步长扰动观察法相结合进行光伏电池的MPPT跟踪；先根据光伏电池等效模型建立两条最大功率点电压和环境温度、日照强度之间的近似直线，然后根据采集的环境温度、日照强度和两条近似直线确定最大功率点电压，再由光伏电池实际输出电压和最大功率点电压差值通过PI调节后生成驱动开关器件的PWM脉冲信号，把光伏电池调整到最大功率点附近，最后通过小步长的扰动观察法精确跟踪最大功率点。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪石农，陈其工，高文根，娄柯，葛愿，张艳，刘世林，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34