[发明专利]太阳能光伏阵列变步长MPPT控制系统与方法

说明书

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，尤其涉及的是太阳能光伏阵列变步长MPPT控制系统与方法。本发明中的一种太阳能光伏阵列变步长MPPT控制系统，包括PV阵列，电压变换单元，电压检测电路，电流检测电路，DSP控制器，驱动电路，开关S1，开关管Q2和负载。本发明还提供了一种太阳能光伏阵列变步长MPPT控制方法，可以在较短时间内追踪到最大功率点，具有较好的稳定性和精度，并且追踪过程平稳迅速。

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，尤其涉及的是太阳能光伏阵列变步长MPPT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，可解决因常规能源枯竭而引发的能源危机，受到国内外的广泛关注。而光伏发电则是当前利用太阳能的主要形式之一。采用最大功率点跟踪技术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。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，例如，基于模糊算法的最大功率点跟踪控制策略，具有稳态精度高，鲁棒性强的特点，但该算法有效性依赖于设计者的经验；采用滑膜变结构控制提高系统的动态性能，但其参数设计较为复杂，实用性不高。基于此，本发明提供了太阳能光伏阵列变步长MPPT控制系统与方法，可以在较短时间内追踪到最大功率点，具有较好的稳定性和精度，并且追踪过程平稳迅速。

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不能兼顾的问题，提供了一种太阳能光伏阵列变步长MPPT控制系统与方法。

本发明提供了一种太阳能光伏阵列变步长MPPT控制系统，包括PV阵列，电压变换单元，电压检测电路，电流检测电路，DSP控制器，驱动电路，开关S1，开关管Q1、Q2和负载，所述开关管Q1、Q2的栅极分别连接DSP控制器，电压检测电路和电流检测电路分别连接DSP控制器，并分别将检测到的电压信号和电流信号发送给DSP控制器；DSP控制器通过发送控制信号PWM1、PWM2分别控制开关管Q1和Q2；DSP控制器通过驱动电路控制开关S1的开闭。

所述电压变换单元包括电感L1、开关管Q1、电容C1、C2以及二极管D1；PV阵列的正极与电感L1的一端连接，电感L1的另一端连接开关管Q1的漏极以及二极管D1的正极，二极管D1的负极连接负载，开关S1的一端连接开关管Q1的源极和负载，负载的两端分别连接电容C2的两端，开关S1的另一端连接开关管Q2的漏极和电容C1的一端，电容C1的另一端连接PV阵列的正极，开关管Q2的源极连接PV阵列的负极。

一种上述太阳能光伏阵列变步长MPPT控制系统的控制方法，其包括以下步骤：

(1)初始化精度参数ε，以及步长调整参数λ，令λ＝1，初始步长参数dU₀＞＞ε，此处dU₀可设置为0.005V，k为计数变量，令k＝0；

(2)通过DSP控制器控制驱动电路打开开关S1，测量开路电源U_oc，并将启动电压设置为U_st＝0.78U_oc；

(3)判断|dP|是否小于等于ε，如果是，则直接返回；如果否，则进一步判断dP/dU是否大于0，如果dP/dU大于0，则令扰动方向参数Flag＝-1，然后执行步骤(4)；如果dP/dU不大于0，则进一步判断|dP|是否大于等于功率变化阈值参数α，用于判断环境参数是否发生了突变，如果|dP|大于等于α，则表明环境参数发生了突变，令k＝0，然后执行步骤(4)；如果|dP|不大于等于α，则表明环境参数未发生突变，令扰动方向参数Flag＝-1，然后执行步骤(4)；其中，dP、dU分别为功率、电压变化量；