一种变步长光伏最大功率跟踪硬件系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及光伏发电技术领域，特别是涉及变步长光伏最大功率跟踪硬件系 统。
【背景技术】
[0002] 太阳能光伏发电是太阳能利用的一种重要形式，是采用太阳电池将光能转换成电 能的发电方式，而且随着技术不断进步，光伏电池是最具发展前景的发电技术之一。太阳电 池的基本原理为半导体的光伏效应，即在太阳光照射下产生光电压现象。1954年美国贝尔 实验室首次实用新型了以PN结为基本结构的具有使用价值的晶体硅太阳电池，从此太阳能 电池首先在太空技术中得到广泛应用，现在开始逐步在地面得到推广应用。太阳能光伏发 电由于不受能源资源、原材料和应用环境的限制，具有最广阔的发展前景，是各国最着力发 展的可再生能源技术之一，是未来世界和电力的主要来源。
[0003] 在光伏发电系统中，光伏电池的利用率除了与光伏电池的内部特性有关外，还受 使用环境如光照强度、负载和温度等因素的影响。在不同的外界条件下，光伏电池可运行在 不同且唯一的最大功率点(Maximum Power Point，MPP)上。为了尽可能地提高光伏发电的 能量转换效率，使光伏电池在应用环境不断变化的情况下，一直保持最大功率输出，光伏发 电系统MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率跟踪)技术应运而生。通过最大功 率跟踪，可以实现光伏电池输出功率最大化，极大提高光伏电池的利用效率。因此，针对于 光伏最大功率跟踪控制技术的研究已成为光伏发电领域的热点之一。
[0004] 寻找一种新型最大功率跟踪系统及方法，使其同时满足最大功率点跟踪时的快速 性和准确性要求，并且满足光照或者温度条件剧烈变化时的跟踪要求，是现代光伏发展要 求对最大功率跟踪控制方法的要求。经对现有技术文献的检索发现，（一种新型的最大功率 跟踪算法及其硬件实现，中国专利号：CN201410504089.5)提出了一种最大功率跟踪方法， 它通过采样测量当前太阳能电池板开路电压和蓄电池电压，在不同的情况下输出不同曲 线，通过比较电流采样单元实时采样输出电流，获得太阳能电池板最大功率点，且不受光 照、温度、阴影遮挡等环境因素限制。但是采样过程复杂，不便于应用于各种环境中。为了提 尚最大功率跟踪方法进彳丁最大功率点跟踪时的快速性和准确性，本实用新型在传统定步长 最大功率跟踪方法的基础上提出了变步长最大功率跟踪方法。同时，我们引入了确保最大 功率跟踪方法收敛性的可变比例系数，能随着跟踪过程而改变，这个比例系数的选择确保 了系统能取得良好的动态响应和稳定性能。本实用新型能快速、准确地跟踪系统变化，快速 到达新的稳态工作点，具有较好动态响应特性。在光伏发电系统的设计中，具有重要的理论 意义和实用价值。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的是针对光伏发电系统，提出了一种基于电导增量法 (Incremental Conductance，INC)的新型变步长最大功率跟踪硬件系统。
[0006] 本实用新型的变步长光伏最大功率跟踪硬件系统由光伏阵列、检测装置、升压电 路、DSP控制器、负载组成，检测装置包括电流互感器和电压互感器。升压电路输入端与光伏 阵列连接，输出端与负载连接，检测装置装载在光伏阵列的输出端，将电流电压检测结果传 递给DSP控制器，DSP控制器根据检测结果控制升压电路的工作，实现光伏系统最大功率跟 踪控制。
[0007] 传统的INC方法通常采用一个固定的迭代步长来进行最大功率点跟踪。然而这种 定步长的电导增量法存在明显缺陷:若步长较小，会使光伏电池较长时间滞留在低功率输 出区域;若步长过大，又会加剧系统震荡。传统的INC方法只能兼顾二者要求，在动态响应性 能和最大功率跟踪稳态震荡中取得一个折中效果。为了提高电导增量法进行最大功率点跟 踪时的快速性和准确性，在INC方法的基础上提出了变步长的方案。
[0008] 与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和技术效果:本实用新型结构简单，容 易实现，通过检测装置（电流互感器和电压互感器）、升压电路，在远离最大功率点区域，利 用DSP控制器跟踪的步长适度变大，以提高最大功率跟踪速度;而在最大功率点附近区域， 系统跟踪的步长适当变小，以提尚最大功率跟踪精度。
【附图说明】
[0009] 图1是光伏最大功率跟踪硬件系统框图。
[0010] 图2是实例中光伏系统P-V特性曲线以及阈值函数(C)曲线图。
[0011] 图3是实例中变步长INC方法控制流程图。
[0012] 图4是实例中变步长INC方法的步长大小变化图。
[0013] 图5是实例中光伏输出电压变化图。
[0014] 图6是实例中光伏输出功率变化图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步详细的说明，需指出的是，以下若 有涉及软件程序部分，均是本领域技术人员可参照现有技术编程实现的。
[0016] 图1是新型光伏最大功率跟踪硬件系统框图，由光伏列阵、升压电路、DSP(digital signal processing)控制器、负载组成。通过采样光伏电池输出电压、输出电流进入DSP控 制器，DSP控制器输出点空比信号，从而实现光伏系统最大功率跟踪控制。
[0017] 本实用新型关键在于硬件结构的设计，以下作为实例，结合内置在DSP中的程序， 对具体过程进行说明。
[0018] 图2是光伏系统P-V特性曲线以及阈值函数(C)曲线图，如图所示，INC算法运行模 式根据左分割点(LDP)和右分割点(RDP)而改变。该阈值函数曲线的左分隔点对应于最大功 率点左侧电压值(Vd，右分割点对应于最大功率点右侧电压值(V 2)。当光伏阵列工作在LDP 和RDP之间时，INC运行在变步长模式。否则，它工作在定步长模式。这