[发明专利]一种基于Buck类变换器的新型MPPT控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于Buck类变换器的最大功率点跟踪方法，属于新能源技术领域，特别是太阳能发电技术领域。

背景技术

光伏发电系统由光伏电池、光伏充电器、蓄电池等部分组成，其中光伏电池是光伏发电系统中的核心器件。由光伏电池输出特性分析可知，光伏电池的输出是一种非线性的直流电源，它的I-V曲线是非线性的，并且会随着外界自然条件(温度、光照强度)的变化而变化。当光伏电池的工作电压发生改变时，其输出功率也变化。若要提高光伏发电系统的能量转换效率，就必须掌握这个非线性电源的特性，当温度和光照强度一定的情况下，光伏电池存在最大功率输出点，寻找光伏电池的最大功率点，最大限度输出功率，就必须采用最大功率点跟踪(MPPT)技术。

目前研究和应用较多的最大功率点跟踪算法有扰动观测法(Perturb&Observe，P&O)和电导增量法(Incremental Conductance，INC)。这两种方法都存在自己的缺点：采用扰动观测法达到最大功率点处后扰动不会停止，因此存在振荡现象，同时跟踪步长不能兼顾速度和精度，光照发生变化时可能发生误判断；电导增量法存在速度和精度的矛盾，算法对采样硬件电路要求较高。这两种方法都需要电流采样电路，增加了系统的成本和算法的复杂程度。

在光伏电池串联输出，或者用电器需要低压大电流的应用场合，需要应用Buck类变换器对光伏电池的输出进行变换，Buck类变换器主要有非隔离Buck电路、隔离Buck电路以及桥式电路等。利用Buck类变换器电压增益与占空比的关系，我们提出了一种新型的MPPT技术，该技术可以省略电流采样电路，降低成本，并提高了系统反应速度和稳定性。

发明内容

本发明在传统的最大功率点跟踪算法的基础上，结合Buck类变换器电压增益与占空比的关系，提出一种基于Buck类变换器的新型MPPT控制方法，该方法只需要对Buck类变换器输入电压进行采样，省去了电流采样电路，采样电路简单，该方法跟踪速度快、稳定性高、可靠性强、经济性好。

本发明提出的基于Buck类变换器拓扑的新型MPPT控制方法，该技术方法的控制步骤为：

步骤1：采样前后两次Buck类变换器输入端电压计算其差值Δv_p。

步骤2：计算Q＝ΔD*v_p(k)+D(k)*Δv_p的值。

步骤3：根据Q的值来确定占空比的变化方向，当Q＞0时，占空比增加Δd；当Q＜0时，占空比减小Δd。

附图说明

图1是本发明的算法流程图。

图2是光伏电池输出特性曲线。

图3是本发明所述的无电流传感器的系统控制结构图。

图1中v_p(k)、D(k)分别是当前采样时刻Buck类变换器的输入电压、占空比，v_p(k-1)、D(k-1)分别是前一个采样时刻Buck类变换器的输入电压，占空比，D(k+1)是更新后的占空比；图2中P_pv、V_pv分别是光伏电池的输出功率和输出电压，MPP是最大功率点，P_m、V_m分别是最大功率点处光伏电池的输出功率和输出电压。图3中PV是光伏电池，v_p是Buck类变换器的输入电压。

具体实施方式

Buck类变换器的输出功率：

P_o为Buck类变换器的输出功率，V_o为Buck类变换器的输出电压，R为输出侧负载。当系统达到最大功率点时。根据图2可知dP_pv/dV_pv＝0，可以推导出在Buck类变换器输出侧也有dP_o/dV_o＝0。即在最大功率点(MPP)处输出功率的变化率趋于0。对式dP_o/dV_o＝0进行变换，两边同乘以(dV_o/dt)，便可得到式(2)。

将式(1)和式(2)进行联立，可解得

由于在最大功率点处R和V_o都不等于0，因此式(3)便可以化简为

非隔离Buck变换器的电压增益为：

隔离Buck变换器的电压增益为：