[发明专利]一种带饱和限制的自适应变步长的最大功率点跟踪方法

摘要

本发明公开了一种带饱和限制的自适应变步长的最大功率点跟踪方法，步骤一，建立光伏电池模型；步骤二，建立升压电路模型；步骤三，搜索最大功率点；步骤四，采用基于锯齿波载波的脉冲宽度调制，将D转换成PWM信号，通过PWM信号控制升压电路中的三极管。本发明采用基于锯齿波载波的PWM信号来直接控制升压电路的占空比，以跟踪最大功率点，跟踪效率高，当系统环境发生突变时，控制算法能可靠工作，快速跟踪到光伏系统的最大功率点；能够根据功率点所处的位置自适应变步长，使得系统在远离MPP时用较大步长快速跟踪，在MPP附近减小占空比步长避免震荡，加入饱和限制可以避免可能出现的梯度值过大导致步长过大后跟踪失效的问题。

主权项

一种带饱和限制的自适应变步长的最大功率点跟踪方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一，建立光伏电池模型；光伏电池模型为，$I=I_{sc\_new}-C_1{I}_{sc}\[\exp \left(\frac{U}{C_2{U}_{oc\_new}}\right)-1\]$其中，I为光伏电池的瞬时输出电流；U为光伏电池的瞬时输出电压；参数$C_1=(1-\frac{I_{m\_new}}{I_{sc\_new}})\exp (-\frac{U_{m\_new}}{C_2{U}_{oc\_new}});$参数$C_2=(\frac{U_{m\_new}}{U_{sc\_new}}-1)/\ln (1-\frac{I_{m\_new}}{I_{Sc\_new}});$U_{oc_new}＝U_oc(1‑cT_new)ln(e+bG_new)；$I_{sc\_new}=I_{sc}\frac{G}{G_{ref}}(1+{\mathrm{aT}}_{new});$U_{m_new}＝U_m(1‑cT_new)ln(e+bG_new)；$I_{m\_new}=I_m\frac{G}{G_{ref}}\left(1+{\mathrm{aT}}_{new}\right);$T_new＝T‑T_ref；$G_{new}=\frac{G}{G_{ref}}-1;$U_{oc_new}、I_{sc_new}、U_{m_new}、I_{m_new}、T_new、T、G_new、G分别代表光伏电池在非标准工作状态下的开路电压、短路电流、最大功率点电压、最大功率点电流，环境温度与标准环境温度差、环境温度、光照强度与标准光照强度差、光照强度；I_sc、U_oc、I_m、U_m、T_ref、G_ref分别代表光伏电池在标准工作状态下的短路电流、开路电压、最大功率点电流、最大功率点电压、环境温度、光照强度；a、b、c为参数，是根据公开发表的参考文献得到的工程经验值，代表温差和光照强度差对光伏输出电压电流的影响；步骤二，建立升压电路模型；升压电路模型为，U＝(1‑D)u_dc其中，D为升压电路中三极管的占空比，0≤D≤1；u_dc为升压电路瞬时输出电压；步骤三，搜索最大功率点；搜索策略为：当位于最大功率点左方，采用带饱和限制的自适应最优梯度法计算占空比步长，根据占空比步长调整D，即减小D；ΔI是两步间的电流差，ΔU是两步间的电压差；当位于最大功率点；当位于最大功率点右方，采用带饱和限制的自适应最优梯度法计算占空比步长，根据占空比步长调整D，即增大D；所述带饱和限制的自适应最优梯度法是以P‑U最优梯度的线性比例函数作为自适应变步长大小，具体计算公式为，$D_k=D_{k-1}\±\mathrm{\λ}\×\left|\frac{\mathrm{\Δ}P}{\mathrm{\Δ}U}\right|$其中，λ为自适应系数，为正常数；ΔP为两步之间的功率差；D_k为第k次调整后的步长；D_k‑1为第k‑1次调整后的步长；当大于定义的阈值时，用定义的饱和值代替步骤四，采用基于锯齿波载波的脉冲宽度调制，将D转换成PWM信号，通过PWM信号控制升压电路中的三极管。