一种改进的光伏发电系统最大功率点跟踪方法技术方案

本发明专利技术公开了一种改进的光伏发电系统最大功率点跟踪方法，包括Boost电路，电压、电流采样电路，IR2110隔离驱动电路，数字信号处理器DSP；数字信号处理器DSP分别与电压、电流采样电路和IR2110隔离驱动电路连接，IR2110隔离驱动电路与Boost电路的功率开关管Q连接；数字信号处理器DSP根据实时采集的电压U(k)和电流I(k)，控制功率开关管的占空比调整，使光伏电池的输出达到最大功率点。本发明专利技术在开始时采用恒定电压法(CVT)快速追踪到光伏发电系统最大功率点附近，然后切换为修正变步长电导增量法，进一步跟踪到最大功率点，从而实现快速跟踪和高精度的运行，解决目前常规算法中存在的不足。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能发电最大功率点跟踪方法和装置，具体涉及恒定电压法以及修正的变步长电导增量法和装置。
技术介绍
全球范围内常规化石燃料的大量使用，已经对人类的生存环境造成严重的影响，因此寻找一种清洁、高效、可以长期使用的新能源代替化石能源成为当今社会越来越迫切的需要。太阳能作为一种清洁无污染的新能源，况且太阳能储量巨大，取之不尽用之不竭，越来越受到人们的关注。光伏发电是太阳能利用的一种重要形式，而且随着技术的不断进步，光伏发电有可能是最具发展前景的发电技术之一。光伏电池板作为光伏系统里很重要的组成部分，是整个系统能量的来源，但光伏电池易受外界温度、光照强度等环境因素的影响，使得其输出功率始终在发生变化，为了充分利用光伏电池板并使系统尽可能地稳定工作，光伏并网系统中最大功率点跟踪技术(MPPT)的加入便显得十分必要。目前，常用的MPPT方法有恒压法、扰动观察法、电导增量法等。但是这些常规的光伏电池的最大功率点跟踪方法在应用中存在一些问题，如检测精度低、响应速度慢，适应性差和跟踪效率低等。中国专利公告号：ZL201310663299.4，“一种光伏阵列最大功率点跟踪方法”提出了将恒压法和扰动观察法相结合的最大功率点跟踪方法，但在最大功率点出仍然会出现反复振荡。
技术实现思路
针对
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供了一种新的最大功率点跟踪方法，可以有效地解决现有最大功率点跟踪方法中的问题。一种基于恒定电压法和修正的变步长电导增量法相结合的最大功率点跟踪方法，相对于传统的方法，这种方法能同时有效提高MPPT的速度和准确性，并且当外界光照等条件剧烈变化时，此方法也能很好的快速进行跟踪，系统运行效果较好。此外，算法简单，可以很容易地在数字信号处理器中实现。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种改进的光伏发电系统最大功率点跟踪方法，包括以下步骤：第一步：搭建基于恒定电压法和修正的变步长电导增量法相结合的MPPT装置；第二步：在光伏发电系统开始时，初始化系统的参数，电压和电流采样电路开始工作，采样并保存光伏系统直流侧的开路电压Uoc并存储在数字信号处理器DSP中，然后设定恒定电压法的给定电压Uset；第三步：采样k时刻光伏电池输出的电压U(k)并判断其是否大于给定电压Uset，是则使功率开关管Q的占空比线性增加到接近最大功率点，待系统直流侧电压稳定在Uset附近时，恒定电压法阶段完成最大功率点跟踪，否则数字信号处理器DSP就切换到修正变步长电导增量法；第四步：通过电压和电流检测电路采样k时刻光伏电池的输出电压U(k)、输出电流I(k)，并分别计算输出电压变化量dU＝U(k)-U(k-1)，输出电流变化量dI＝I(k)-I(k-1)，功率变化量dP＝U(k)I(k)-U(k-1)I(k-1)，以及基于修正的变步长电导增量法的步长step＝N*|dP/dU|，N为比例因子；第五步：判断k时刻电压变化量dU是否等于0，是则跳转第六步，否则跳转第八步；第六步：判断k时刻电流变化量dI是否等于0，是则k时刻功率开关管Q占空比D(k)＝D(k-1)，则转第七步；第七步：判断k时刻电流变化量dI是否大于0，是则输出k时刻功率开关管Q占空比D(k)＝D(k-1)-step，否则输出k时刻功率开关管Q占空比D(k)＝D(k-1)+step；第八步：判断电导I/U和电导增量dI/dU之和是否等于0，是则输出k时刻功率开关管Q占空比D(k)＝D(k-1)，否则转第九步；第九步：判断电导I/U和电导增量dI/dU之和是否大于0，是则输出k时刻功率开关管Q占空比D(k)＝D(k-1)-step，否则输出k时刻功率开关管Q占空比D(k)＝D(k-1)+step；第十步：最后更新U(k-1)＝U(k)，I(k-1)＝I(k)。进一步，所述第一步中，MPPT装置包括：Boost电路，电压、电流采样电路，IR2110隔离驱动电路，数字信号处理器DSP；电压、电流采样电路中，电压采样电路与光伏电池并联以采集实时电压U(k)；电流采样电路与光伏电池串联以采集实时电流I(k)；数字信号处理器DSP分别与电压、电流采样电路和IR2110隔离驱动电路连接，IR2110隔离驱动电路与Boost电路的功率开关管Q连接；数字信号处理器DSP根据实时采集的电压U(k)和电流I(k)，控制功率开关管的占空比调整，使光伏电池的输出达到最大功率点。进一步，所述第一步中，将恒定电压法和修正的变步长电导增量法相结合，在远离最大功率点时，采用步长较大的恒定电压法以提高跟踪速度，在最大功率点附近时采用修正的变步长电导增量法以提高跟踪精度，从而实现光伏发电系统的最大功率点跟踪。进一步，所述第一步中，数字信号处理器DSP型号为TMS320F28335，隔离驱动电路采用IR2110芯片。进一步，所述第二步中，设定恒定电压法的给定电压为Uset＝0.78Uoc。进一步，所述第四步中，修正的变步长电导增量法的步长step＝N*|dP/dU|中比例因子N的确定方法为：比例因子的关系式：N＜ΔDmax/(|dP/dU|fix，step＝ΔDmax)，如满足关系式，相比于小的N值，大的N值具有更快的动态响应速度；如不满足关系式，修正变步长电导增量法将以先前设定的上限ΔDmax进行工作。与常规最大功率点跟踪方法相比本专利技术具有以下优点：本专利技术基于符合控制思想，将恒定电压法与修正的变步长电导增量法结合进行分段控制。电压采样电路采集实时电压U(k)，数字信号处理器DSP快速调节功率开关管Q的占空比，采用步长较大的恒定电压法以提高跟踪速度，待系统直流侧电压稳定在Uset附近时，恒定电压法阶段完成最大功率点跟踪；在最大功率点附近时采用修正的变步长电导增量法以提高跟踪精度，确保系统在最大功率点处近乎无振荡运行，从而实现光伏发电系统的最大功率点跟踪。本专利技术电路元件少、功耗小，数字信号处理器DSP28335芯片具有150MHz的高速处理能力，运算精度高，稳定性强。适用于小功率场合的光伏发电系统，有利于光伏发电系统在工业、农业和家用方面的发展。附图说明图1：光伏发电系统前级DC/DC升压结构框图；图2：光伏电池输出功率及其斜率相对于电压的变化曲线；图3：恒定电压法和修正变步长电导增量法相结合的控制流程图。具体实施方式下面结合附图进一步说明本专利技术的具体实施方式。本专利技术的工作原理为：一种改进的光伏发电系统最大功率点跟踪方法，基于恒定电压法和修正的变步长电导增量法相结合的最大功率点跟踪方法。在开始时采用恒定电压法(CVT)快速追踪到光伏发电系统最大功率点附近，然后切换为修正变步长电导增量法，进一步跟踪到最大功率点，从而实现快速跟踪和高精度的运行，解决目前常规算法中存在的不足。光伏发电系统前级DC/DC升压电路如图1所示，光伏电池的正极与电感L1串联，电感L1通过二极管D与电容C2串联，最终回到光伏电池负极，电容C1与光伏电池并联，功率开关管Q的栅极与二极管D的正极连接，源极与光伏电池的负极连接，门极连接隔离驱动电路，隔离驱动电路与数字信号处理器DSP连接，数字信号处理器DSP与电压、电流采样电路连接。光伏电池输出功率及其斜率相对于电压的变化曲线如图2所示，存在唯一一个最大功率点。一种改进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进的光伏发电系统最大功率点跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：搭建基于恒定电压法和修正的变步长电导增量法相结合的MPPT装置；第二步：在光伏发电系统开始时，初始化系统的参数，电压和电流采样电路开始工作，采样并保存光伏系统直流侧的开路电压Uoc并存储在数字信号处理器DSP中，然后设定恒定电压法的给定电压Uset；第三步：采样k时刻光伏电池输出的电压U(k)并判断其是否大于给定电压Uset，是则使功率开关管Q的占空比线性增加到接近最大功率点，待系统直流侧电压稳定在Uset附近时，恒定电压法阶段完成最大功率点跟踪，否则数字信号处理器DSP就切换到修正变步长电导增量法；第四步：通过电压和电流检测电路采样k时刻光伏电池的输出电压U(k)、输出电流I(k)，并分别计算输出电压变化量dU＝U(k)‑U(k‑1)，输出电流变化量dI＝I(k)‑I(k‑1)，功率变化量dP＝U(k)I(k)‑U(k‑1)I(k‑1)，以及基于修正的变步长电导增量法的步长step＝N*|dP/dU|，N为比例因子；第五步：判断k时刻电压变化量dU是否等于0，是则跳转第六步，否则跳转第八步；第六步：判断k时刻电流变化量dI是否等于0，是则k时刻功率开关管Q占空比D(k)＝D(k‑1)，则转第七步；第七步：判断k时刻电流变化量dI是否大于0，是则输出k时刻功率开关管Q占空比D(k)＝D(k‑1)‑step，否则输出k时刻功率开关管Q占空比D(k)＝D(k‑1)+step；第八步：判断电导I/U和电导增量dI/dU之和是否等于0，是则输出k时刻功率开关管Q占空比D(k)＝D(k‑1)，否则转第九步；第九步：判断电导I/U和电导增量dI/dU之和是否大于0，是则输出k时刻功率开关管Q占空比D(k)＝D(k‑1)‑step，否则输出k时刻功率开关管Q占空比D(k)＝D(k‑1)+step；第十步：最后更新U(k‑1)＝U(k)，I(k‑1)＝I(k)。...

【技术特征摘要】
1.一种改进的光伏发电系统最大功率点跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：搭建基于恒定电压法和修正的变步长电导增量法相结合的MPPT装置；第二步：在光伏发电系统开始时，初始化系统的参数，电压和电流采样电路开始工作，采样并保存光伏系统直流侧的开路电压Uoc并存储在数字信号处理器DSP中，然后设定恒定电压法的给定电压Uset；第三步：采样k时刻光伏电池输出的电压U(k)并判断其是否大于给定电压Uset，是则使功率开关管Q的占空比线性增加到接近最大功率点，待系统直流侧电压稳定在Uset附近时，恒定电压法阶段完成最大功率点跟踪，否则数字信号处理器DSP就切换到修正变步长电导增量法；第四步：通过电压和电流检测电路采样k时刻光伏电池的输出电压U(k)、输出电流I(k)，并分别计算输出电压变化量dU＝U(k)-U(k-1)，输出电流变化量dI＝I(k)-I(k-1)，功率变化量dP＝U(k)I(k)-U(k-1)I(k-1)，以及基于修正的变步长电导增量法的步长step＝N*|dP/dU|，N为比例因子；第五步：判断k时刻电压变化量dU是否等于0，是则跳转第六步，否则跳转第八步；第六步：判断k时刻电流变化量dI是否等于0，是则k时刻功率开关管Q占空比D(k)＝D(k-1)，则转第七步；第七步：判断k时刻电流变化量dI是否大于0，是则输出k时刻功率开关管Q占空比D(k)＝D(k-1)-step，否则输出k时刻功率开关管Q占空比D(k)＝D(k-1)+step；第八步：判断电导I/U和电导增量dI/dU之和是否等于0，是则输出k时刻功率开关管Q占空比D(k)＝D(k-1)，否则转第九步；第九步：判断电导I/U和电导增量dI/dU之和是否大于0，是则输出k时刻功率开关管Q占空比D(k)＝D(k-1)-step，否则输出k时刻功率开关管Q占空比D(k)＝D(k-1)+step；第十步：最后...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘星桥，张宗龙，丁网芳，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32