[发明专利]一种太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏系统中的太阳能电池最大功率点跟踪控制技术领域，尤其涉及的是一种太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制系统与方法。

背景技术

能源供求问题越来越严重，为了使地球环境得到改善，人们越来越重视新能源的开发和利用，尤其是可再生能源的利用。太阳能作为一种新型绿色能源，光伏发电则是当前利用太阳能的主要形式之一。光伏电池的输出特性具有较强非线性特征，它的输出功率不仅与光伏电池内部特性有关，还受到外界环境条件(光照、温度)的影响，采用最大功率点跟踪技术(Maximum power point track,MPPT)可有效提升光伏系统的能量转换效率。常用MPPT方法中开路电压系数法和短路电流系数法，控制简单易于实现，但需要周期性的断开或短路光伏电池，导致较多功率损失，且其工作点并不是真正的最大功率点。扰动观察法通过对光伏板的输出电压施加扰动，检测输出功率的变化来跟踪最大功率。对定步长扰动观察法，大步长可提升跟踪速度，但最大功率点附近功率振荡大，能量损失严重；小步长可减少能量损失，提高稳态精度，但会降低跟踪速度。电导增量法通过比较光伏电池的电导增量和瞬间电导来改变系统的控制信号。除此之外，还有基于智能控制的MPPT方法，但其参数设计较为复杂，实用性不高。基于此，本发明提供了一种太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制系统与方法，同时兼顾了最大功率点跟踪的速度和稳态特性，降低了系统震荡，追踪时间短。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中定步长算法稳态性能和动态性能相互矛盾的问题，提供了一种太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制系统与方法。

一种太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制系统，包括PV阵列，电压变换单元，电压传感器，电流传感器，MPPT控制模块，PWM变换器，并网逆变器和交流电网，所述电压变换单元包括电容C1、电感L1、开关管Q1、二极管D1以及电容C2；电容C1的两端分别与PV阵列的正负极连接，电感L1的一端连接PV阵列的正极，另一端连接开关管Q1的漏极以及二极管D1的正极，开关管的源极接地，二极管D1的负极连接电容C2的一端，电容C2的另一端接地，PWM变换器的输出端连接开关管Q1的栅极；电压传感器和电流传感器连接MPPT控制模块，并分别将检测到的电压信号和电流信号发送给MPPT控制模块；MPPT控制模块连接PWM变换器，并将占空比信号发送给PWM变换器，电压变换单元通过并网逆变器连接交流电网。

一种上述太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制系统的控制方法，其包括以下步骤：

(1)令变量m、n的初始值为0，通过电压传感器和电流传感器分别检测出当前电压U_i和当前电流I_i，为保证精度，采样的频率为6kHz，并计算出当前功率P_i，令工作点功率P_L＝P_i；

(2)初始化步长修正值k，k可取值为4，令U_i＝U_i+(-1)^mk,U_i+1＝U_i+k,U_i-1＝U_i-k，U_i-1，U_i+1分别为i点左右两侧工作点的电压值；

(3)检测U_i,I_i,U_i+1,I_i+1,U_i-1,I_i-1,并计算出对应的P_i,P_i+1,P_i-1,将这些数据储存在储存器中，其中I_i-1、I_i+1分别为i点左右两侧工作点的电流值，P_i-1、P_i+1分别为i点左右两侧工作点的功率值；

(4)判断P_i+1是否大于等于P_i，如果是，则令n＝n+1，如果否，则令n＝n-1；

(5)判断P_i是否大于P_i-1，如果是，则令n＝n+1，如果否，则令n＝n-1；