专利名称：基于分段模型的光伏阵列 mppt 控制器及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种MPPT控制器及控制方法，具体涉及光伏阵列MPPT控制器及控制方法。
背景技术：
光伏阵列最大功率点跟踪(MPPT, Maximum Power Point Tracking)控制器是光伏发电系统的重要组成部分，其作用是控制光伏阵列工作在最大功率输出状态，以保证光伏阵列的发电效率。实际运行的MPPT控制器一般多采用传统的爬山类控制方法，如扰动观察法、增量电导法等，也有一些MPPT控制器采用固定电压法，或者采用固定电压法和爬山类控制方法相结合的优化控制方法。其中，固定电压法的缺点在于不能将工作点非常精确地控制在最大功率点，而爬山类控制方法则是收敛速度不够快，两者结合后可以快速将工作点控制在最大功率点。但是这些传统的控制方法都有一个前提是光伏阵列输出的功率-电·压(P-V)特性曲线只有一个极大值，而不考虑多个局部极值的状况，因此光伏阵列的工作点很可能收敛于某一个局部极值而不是全局最大值。但是目前几乎所有的光伏阵列都是光伏模块串并联(SP)结构，在局部阴影条件下，光伏阵列输出P-V特性曲线呈现多个局部极值的特点，使得传统的MPPT控制器效果不能达到最优控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于分段模型的光伏阵列MPPT控制器及控制方法，以解决现有光伏阵列MPPT控制器及控制方法不能实现最优控制的问题。为了实现上述目的，本发明提供了一种基于分段模型的光伏阵列MPPT控制器及控制方法，其与一光伏发电系统连接，以使光伏发电系统工作在最大功率输出状态，该光伏发电系统包括一光伏阵列、一电压电流测量电路以及一 DC/DC转换电路,本发明的光伏阵列MPPT控制器包括一 DSP/MCU (Digital Signal Processing/Micro Control Unit,数字信号处理 /微控制单元)控制器，其与所述电压电流测量电路连接，并与所述DC/DC转换电路连接；一基于分段模型的控制模块，其运行于所述DSP/MCU控制器上；其中，该基于分段模型的控制模块根据光伏阵列中光伏模块的串联个数K确定K个粗扫描工作点，使该K个粗扫描工作点的电压分别为ο.#、O、Xl……、(尺一为光伏模块的开路电压；在该K个粗扫描工作点测量与该K个粗扫描工作点对应的K个恒流段Mtl段、M1段、M2段、M3段.......Mih段的电流值；估算各恒流段的功率的局部极值M0段功率的局部极值/^ =β· 02V^ · Γ
M1段功率的局部极值-ImM2段功率的局部极值=2·风f.严M3段功率的局部极值= ·严......Mk,段功率的局部极值=(K-I)C 严_1)其中Vmpp为最大功率点的电压，其为光伏阵列的固有属性，是已知值；取所有局部极值中的最大值点，对应的恒流段为全局最大功率点所在段；采用爬山类算法以一步长设定值Ad在该全局最大功率点所在段内搜索全局最大功率点，直至当前工作点的功率P(n+1)小于上一工作点的功率P(n)，令Ad = -Ad;·判断Ad是否小于'~*预设值Δ Dset，如果为是，则进灯下'~■步；如果为否，则令Ad=Δ d/2返回上一步；基于分段模型的控制模块还在当前工作点和上一工作点的电流的变化满足下述关系时重新开始粗扫描7凡 M-"丨卜1] > Al
I1 , [n - 11 Shl其中IPV[n]表示当前工作点的电流值，IPV[n_l]表示上一工作点的电流值；Λ Iset表示电流变化设定值。本发明的基于分段模型的光伏阵列MPPT控制方法包括下列步骤( I)根据光伏阵列中光伏模块的串联个数K确定K个粗扫描工作点，使该K个粗
扫描工作点的电压分别为0.3=、3fc……、(欠一为光伏模块的开路电压；(2)在该K个粗扫描工作点测量与该K个粗扫描工作点对应的K个恒流段M0段、M1 段、M2 段、M3 段......、Mim 段的电流值产0、Im、Im2、Im ......Im^ ；(3)估算各恒流段的功率的局部极值M0段功率的局部极值C =β··二 严M1段功率的局部极值风f ·产1M2段功率的局部极值M3段功率的局部极值......Mh 段功率的局部极值=(K-I)-β^·ΙΜ(ΚΛ)其中夕=VmpJ，Vmpp为最大功率点的电压；(4)取所有局部极值中的最大值点，对应的恒流段为全局最大功率点所在段；(5)采用爬山类算法以一步长设定值Ad在该全局最大功率点所在段内搜索全局最大功率点，直至当前工作点的功率P(n+1)小于上一工作点的功率P(n)，则令Ad=-Δ d ；(6)判断Λ d是否小于'~*预设值Δ Dset，如果为是，则进入步骤(7);如果为否，则令Ad= Ad/2返回步骤(5);(7)判断当前工作点和上一工作点的电流的变化是否满足下述关系
权利要求
1.一种基于分段模型的光伏阵列MPPT控制器，其与一光伏发电系统连接，以使光伏发电系统工作在最大功率输出状态，所述光伏发电系统包括一光伏阵列、一电压电流测量电路以及一 DC/DC转换电路，其特征在于，所述光伏阵列MPPT控制器包括 一DSP/MCU控制器，其与所述电压电流测量电路连接，并与所述DC/DC转换电路连接； 一基于分段模型的控制模块，其运行于所述DSP/MCU控制器上； 其中，所述基于分段模型的控制模块 根据光伏阵列中光伏模块的串联个数K确定K个粗扫描工作点，使该K个粗扫描工作点的电压分别为Q2if,……、(足一IlCfy为光伏模块的开路电压； 在该K个粗扫描工作点测量与该K个粗扫描工作点对应的K个恒流段Mtl段、M1段、M2段、13段.......Mih段的电流值； 估算各恒流段的功率的局部极值 M0段功率的局部极值C =β·^ο 严 M1段功率的局部极值《=风^-Im M2段功率的局部极值·产2 M3段功率的局部极值^=3.风f 严 Mk.段功率的局部极值 =(K-I). W ·ΙΜ Κ_ } 其中，Vmpp为最大功率点的电压； 取所有局部极值中的最大值点，对应的恒流段为全局最大功率点所在段； 采用爬山类算法以一步长设定值Ad在该全局最大功率点所在段内搜索全局最大功率点，直至当前工作点的功率P (η+1)小于上一工作点的功率P (η)，令Ad = -Ad; 判断Ad是否小于一预设值ΛDset，如果为是，则进行下一步；如果为否，则令Ad =Δ d/2返回上一步； 所述基于分段模型的控制模块还在当前工作点和上一工作点的电流的变化满足下述关系时重新开始粗扫描IΡ] [ τ\- Ipv[n - l]、 Μ 其中Ipv [η]表示当前工作点的电流值，Ipv [η-l]表示上一工作点的电流值；Λ Iset表示电流变化设定值。
2.一种基于分段模型的光伏阵列MPPT控制方法，其特征在于，包括下列步骤 (1)根据光伏阵列中光伏模块的串联个数K确定K个粗扫描工作点，使该K个粗扫描工作点的电压分别为Q2ff、X1c……、f尤一，tf为光伏模块的开路电压； (2)在该K个粗扫描工作点测量与该K个粗扫描工作点对应的K个恒流段Mtl段、M1段、M2 段、M3 段.......Mih 段的电流值产《 I ri2 ......Im^ ; (3)估算各恒流段的功率的局部极值M0段功率的局部极值C =^-0-2^-Zmo M1段功率的局部极值/^=风^ .严 M2段功率的局部极值C =2.把.Im2 M3段功率的局部极值 Mh段功率的局部极值C m严-1) 其中β=Κ」ν:，Vmpp为最大功率点的电压； (4)取所有局部极值中的最大值点，对应的恒流段为全局最大功率点所在段； (5)采用爬山类算法以一步长设定值Ad在该全局最大功率点所在段内搜索全局最大功率点，直至当前工作点的功率Ρ(η+1)小于上一工作点的功率Ρ(η)，则令Ad = -Ad; (6)判断Ad是否小于一预设值ADset，如果为是，则进入步骤(7);如果为否，则令Ad=Ad/2返回步骤(5); (7)判断当前工作点和上一工作点的电流的变化是否满足下述关系 若为否，则返回步骤(5);若为是，则返回步骤(2);其中IPV[n]表示当前工作点的电流值，Ipv[η-I]表示上一工作点的电流值；Δ Iset表示电流变化设定值。
3.如权利要求2所述的基于分段模型的光伏阵列MPPT控制方法，其特征在于，所述步骤(5)中的爬山类算法为扰动观察法或增量电导法。
全文摘要
本发明提供一种基于分段模型的光伏阵列MPPT控制器，其与一光伏发电系统连接，以使光伏发电系统工作在最大功率输出状态，该光伏发电系统包括一光伏阵列、一电压电流测量电路以及一DC/DC转换电路，光伏阵列MPPT控制器包括一DSP/MCU控制器，其与所述电压电流测量电路连接，并与所述DC/DC转换电路连接；一基于分段模型的控制模块，其运行于所述DSP/MCU控制器上。另外，本发明还提供了一种基于上述MPPT控制器的基于分段模型的光伏阵列MPPT控制方法。本发明使得光伏阵列的工作点精确地收敛于全局最大值，从而实现了最优控制。
文档编号H02N6/00GK102902298SQ20121033463
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月11日 优先权日2012年9月11日
发明者崔静, 于龙 申请人:山东鲁亿通智能电气股份有限公司