[发明专利]一种基于函数模型的光伏发电系统最大功率点跟踪方法

说明书

技术领域

本发明是将数学领域中常见的反正切函数和二维高斯函数运用到光伏发电系统最大功率点跟踪技术中，解决光伏发电系统最大功率点跟踪的问题，属于光伏发电技术领域。

背景技术

随着世界各国经济的飞速发展，能源问题成为制约经济可持续发展的主要因素之一。太阳能作为一种新的绿色能源受到广泛的关注，为了最大限度的利用太阳能，太阳能光伏发电技术应运而生，其中最重要的一种技术就是最大功率点跟踪技术。根据算法类型的不同，主流的技术分为传统算法和生物智能算法。

其中，传统算法主要有扰动观察法和爬山法等，其本质是利用扰动不断搜索当前时刻最大功率点，但是传统算法存在扰动方向误判从而导致跟踪效率低的问题。生物智能算法包括粒子群算法、狼群算法等，该类算法模拟自然界生物的生活习性进行光伏发电系统最大功率点全局寻优，找到当前时刻的最大功率。生物智能算法往往计算量复杂，需要比较快速的处理器对算法进行处理，不利于工业应用推广。虽然智能算法是目前较为新兴的算法，但是工业应用上还是主要应用传统算法进行最大功率点跟踪。

因此，现有技术中亟需一种高速有效，且对其他传统算法有参考意义的最大功率点跟踪方法。

发明内容

本发明的目的是：为了解决传统最大功率点跟踪算法中在外界环境变化时导致误判的问题，而提出一种基于函数模型的光伏发电系统最大功率点跟踪方法，并确定了一种较为通用的扰动方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于函数模型的光伏发电系统最大功率点跟踪方法，其特征在于：光伏发电系统以Boost电路为主电路，根据光伏发电功率与占空比以及功率与电压的关系，即P-D、P-U关系曲线，在曲线斜率为0，即dP/dD＝0、dP/dU＝0时，此时达到最大功率点处；所述跟踪方法首先检测光伏阵列的输出电压和电流，然后根据误差和误差变化率来确定占空比扰动步长函数，进而确定下一时刻的占空比扰动步长值，占空比扰动步长函数由二维高斯函数和反正切函数构成；方法每运行一次后延时Tms，直到确定最大功率点处的占空比值；所述的基于函数模型的光伏发电系统最大功率点跟踪方法包含如下步骤：

步骤1：检测k时刻的电压U_(k)、电流I_(k)，根据P_(k)＝U_(k)I_(k)计算当前时刻功率值；

步骤2：定义占空比扰动步长函数是关于误差E_(k)和误差变化率△E_(k)的函数，即：

其中k时刻误差P_(k-1)、U_(k-1)分别是k-1时刻的功率和电压值，误差变化率ΔE(k)＝E(k)-E(k-1)，E_(k-1)为k-1时刻的误差，△D_max是占空比最大扰动步长，α、β、γ是常数，a、b、c可由以下式子确定：

式中σ_E、k、θ均为常数，根据试错法确定具体值；

根据k时刻的电压和电流值以及计算出的功率值可以得出此时的误差和误差变化率；

步骤3：由公式(1)确定k时刻占空比扰动步长△D之后，可得出k+1时刻的占空比D_(k+1)，即：

D_(k+1)＝D_(k)±△D (2)

其中D_(k)是第k时刻的占空比值；

步骤4：根据公式(1)确定的占空比扰动步长，计算扰动周期T，设定扰动周期T是关于占空比扰动步长绝对值|△D|的线性函数，T＝f(|△D|)＝m×|△D|+n，其中m和n都是常数，由线性拟合的方法确定具体值；

步骤5：根据功率和占空比以及功率和电压的关系确定最大功率点处的占空比，从而跟踪到最大功率。

本发明的有益效果是：本发明的基于函数模型的光伏发电系统最大功率点跟踪方法，引入常见的二维高斯函数和反正切函数来确定占空比扰动步长，以一种较为简单的参数可调的普通数学公式解决了传统算法在扰动步长固定时跟踪速度慢的问题，并且经过多次仿真实验证明了本发明的可用性和有效性，能够更加快速有效地进行最大功率点跟踪。

附图说明

图1是占空比扰动步长函数图像。

图2是本发明的基于函数模型的光伏发电系统最大功率点跟踪方法框架流程图。

具体实施方式