[发明专利]太阳能最大功率点追踪所用模糊控制器及方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池的最大功率点跟踪方法，特别设计一种基于模糊控制的太阳能电池的最大功率点跟踪方法（MPPT）。

背景技术

随着经济全球化进程的不断加速和工业经济的迅猛发展，世界范围内的能源短缺和环境污染已成为制约人类社会可持续发展的两大重要因素，大力发展可替代能源已成为当务之急，太阳能发电作为一种新的电能生产方式，有无污染、无噪音、可循环利用等优点，有广阔的发展空间和应用前景。

太阳能发电主要是利用太阳能电池组件以及太阳能逆变器来实现。由于太阳能电池组件独特的工作特性，其输出功率是所受日照强度、器件内部结温的非线性函数。在外部环境稳定的情况下，太阳能电池组件存在唯一的最大功率输出点，因此就需要我们在太阳能逆变器中使用一定的控制算法来实现最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT），不论外界条件如何变化，都要实时调整太阳能电池组件的工作电压使之工作在最大功率点附近。

目前已有的几种经典的最大功率点跟踪方法：一是恒电压跟踪法，这种方法是事先设定一个固定的最大功率点工作电压，当外界环境发生变化时，仍控制太阳能电池组件工作在这一电压处，这种方法跟踪精度差，也不能根据天气变化情况实时跟踪导致大量能量损失。二是扰动观测法，这种方法是以一定的步长扰动太阳能组件的输出电压，并根据扰动前后输出功率的大小来判断下一次扰动的方向，这种方法不能兼顾快速跟踪和减小稳态功率损失，并且可能造成直流母线电压崩溃。三是导纳增量法，该方法是通过判断dI/dV=-I/V是否成立确定太阳能电池组件是否工作在最大功率点处，这种方法跟踪的精度较高，能够有效减小稳态时能量的损失，但是这种方法的硬件成本较高，而且计算较为复杂。

发明内容

本发明针对背景技术中现有最大功率点跟踪方法应用中所存在的问题，提出了一种基于模糊控制的最大功率点跟踪方法以及最大功率点追踪所用模糊控制器，该方法以太阳能电池组件的工作特性为依据，结合模糊控制对于难以精确描述系统的优良控制效果的优点，能够达到快速跟踪、减小稳态能量损失、防止母线电压崩溃的效果。

本发明所述的应用于太阳能发电系统中基于模糊控制的最大功率点跟踪方法包括步骤：每间隔一中断周期对太阳能电池组件的输出电压以及输出电流进行采样得到采样电压以及采样电流；根据当前采样得到的采样电压以及采样电流计算太阳能电池组件当前的输出功率；根据当前的输出功率、采样电压以及采样电流计算模糊控制器的输入变量和输入变量的变化量；根据输入变量以及输入变量的变化量计算扰动的步长；在当前的参考电压的基础上相应的增加该步长。

本发明所述的一种太阳能最大功率点追踪所用模糊控制器，与太阳能发电系统连接，用于跟踪太阳能发电系统的最大功率点并对太阳能发电系统输出的电压进行调整，该太阳能发电系统包括太阳能电池组件，其特征在于，该太阳能最大功率点追踪所用模糊控制器包括：采样模块、计算模块、步长确定模块以及调整模块。采样模块用于每间隔一中断周期采样太阳能电池组件输出的电压以及电流从而产生多个采样电压以及多个采样电流。计算模块用于根据采样模块当前采样得到的采样电压以及采样电流计算太阳能电池组件当前的输出功率，并根据该输出功率、当前采样得到的采样电压以及采样电流计算模糊控制器的输入变量和输入变量的变化量。步长确定模块用于根据该输入变量以及输入变量的变化量确定扰动的步长。调整模块用于在当前参考电压的基础上相应的增加该步长。

本发明所述方法最大的优点在于：在不增加硬件成本的基础上，即能够实现快速跟踪，又能够减少稳态时功率损失，防止母线电压崩溃，增加系统的可靠性和稳定性。该方法以太阳能电池组件的工作特性为依据，根据外界天气变化情况对太阳能电池组件输出功率的影响，通过模糊控制算法实时计算扰动的方向以及步长，当天气变化剧烈，以较大的步长进行扰动实现快速跟踪；稳态时，以较小的步长进行扰动，使太阳能电池组件工作在最大功率点附近减小功率损失。

附图说明

图1是在光照强度相同温度不同条件下的功率-电压曲线图。

图2是在温度相同光照强度不同条件下的功率-电压曲线图。

图3是本发明较佳实施方式中太阳能最大功率点追踪所用模糊控制器的模块示意图。

图4是输入、输出变量的模糊化曲线示意图。

图5是模糊规则表的示意图。

图6是本发明较佳实施方式实施中最大功率点追踪方法的流程图。

具体实施方式