[发明专利]一种光伏最大功率点跟踪控制系统及方法

说明书

本发明涉及一种光伏最大功率点跟踪控制系统及方法，该系统包括：光伏阵列模块，用于将太阳能转化为电能；单电流MPPT模块，用于利用单电流传感器的MPPT算法预测系统下一时刻的电流值，为模型预测控制模块提供外部电流的参考值和变化趋势；模型预测控制模块，用于根据boost变换器的状态空间方程计算下一时刻光伏电池的电流值，并与单电流MPPT算法预测的电流值进行比较得到评价函数J，以控制boost变换器的开关状态来输出最优占空比D，达到MPPT快速跟踪的目的；以及boost变换器，连接在光伏阵列与负载之间，接受所述模型预测控制模块的控制。该系统及方法有利于提高系统的响应速度及稳态性。

技术领域

本发明属于光伏发电技术领域，具体涉及一种光伏最大功率点跟踪控制系统及方法。

背景技术

近年来，光伏发电因其无污染、不受地域限制等优点备受关注。然而，光伏电池容易受到光强和温度的影响，利用率较低。需要对光伏发电系统进行最大功率点跟踪控制。

目前，有众多的最大功率点控制算法。开路电压法和短路电流法能够对最大功率点进行快速的跟踪，但是不适应对外界环境的变化；扰动观察法需要判断电压扰动前后系统输出功率的变化，只能在最大功率点附近振荡运行。电导增量法通过光伏阵列的P-V曲线来调整光伏阵列的工作点，需要较高精度的传感器。模糊算法对于光伏电池的非线性时变参数控制缺乏在线自学习能力；神经网络算法的训练是建立在已知的光伏阵列模型上进行设计，还存在着一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光伏最大功率点跟踪控制系统及方法，该系统及方法有利于提高系统的响应速度及稳态性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种光伏最大功率点跟踪控制系统，包括：

光伏阵列模块，用于将太阳能转化为电能；

单电流MPPT模块，用于利用单电流传感器的MPPT算法预测系统下一时刻的电流值，为模型预测控制模块提供外部电流的参考值和变化趋势；

模型预测控制模块，用于根据boost变换器的状态空间方程计算下一时刻光伏电池的电流值，并与单电流MPPT算法预测的电流值进行比较得到评价函数J，以控制boost变换器的开关状态来输出最优占空比D，达到MPPT快速跟踪的目的；以及

boost变换器，连接在光伏阵列与负载之间，接受所述模型预测控制模块的控制。

进一步地，所述单电流MPPT模块通过推导出的光伏阵列(1-D)i_PV-D曲线，根据d[(1-D)i_PV]和dD的值判断出光伏阵列工作点的位置，进而调整光伏阵列的工作点。

进一步地，所述单电流MPPT模块按如下方法实现：

设boost变换器的输入功率为P_PV，输入电压为v_PV，输入电流为i_PV，根据boost变换器的电压变换关系有：

P_PV＝v_PV×i_PV＝(1-D)v_c·i_PV (2)

变量f(k)定义为：f(k)＝(1-D(k))·i_PV(k) (3)

由于光伏系统的输出电压v_c保持恒定，由式(2)可知光伏电池的输出功率P_PV与(1-D)i_PV正比；因此通过调整boost变换器的占空比D即可获得光伏系统的最大功率；

当f(k)-f(k-1)＝0，i^*＝i_PV(k)；