专利名称：一种自适应扰动频率和步长的最大功率点跟踪方法
一种自适应扰动频率和步长的最大功率点跟踪方法技术领域
本发明属新能源技术领域，涉及的是一种太阳能光伏电池的最大功率点跟踪方法，特别涉及一种自适应扰动频率和步长的最大功率点跟踪方法，即MPPT (Maximum Power Point Tracking)方法。
背景技术：
世界范围内的能源危机和环境问题，使得太阳能光伏发电技术成为各国关注和研究的热点。
太阳能光伏电池是光伏发电系统的核心和关键部件，在特定光照和温度条件下的太阳能光伏电池输出电压uPV和输出功率？1^的典型关系曲线如附
图1所示。根据附图1可知，相同的外部环境条件下，光伏电池输出功率与输出电压具有对应关系，为了最大程度发挥光伏电池的效用，最大程度提高光伏电池的发电量，增加光伏电池的产能，需要调整光伏电池输出端电压，使光伏电池的输出功率时刻保持在最大功率点(附图1中的M点)，即需要采用最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)技术。
目前常用的几种MPPT方法主要有恒定电压法、电导增量法、扰动观察法等。扰动观察法是每隔一定的时间改变光伏阵列的输出电压，实时观察比较改变前后两点的输出功率值以改变调节电压的方向，最终稳定在最大功率点附近，由于扰动观察法算法简单、实现方便而广泛应用。扰动观察法实现MPPT时，扰动步长和扰动频率的选取极为关键，常规的扰动观察法采用固定的扰动步长和扰动频率，若步长过小，则使光伏电池长时间滞留在低功率输出去，若步长过大，又会使系统振荡加剧，特别是会增大稳态时的功率损失。这是由于 光伏电池的输出电压要一直在最大功率点附近扰动，步长越大，扰动时偏离真正的最大功率点越远，引起的功率损失也会越大。为了解决该问题，研究工作者通常从改变扰动步长的角度来改善MPPT跟踪的精度和快速性，但很少从改变扰动频率的角度提出该问题的解决对策。
注意到，在基于扰动观察法的MPPT方法中，最关键问题是施加扰动后功率变化方向的准确获取，同时下一次扰动的施加需要在本次扰动达到稳态后再进行，否则会产生扰动方向的误判断。为了保证光伏电池的输出电压已经达到稳态后再施加下一次扰动，通常的做法是选取相对较长的MPPT周期，保证在一个MPPT周期结束时，输出电压已经达到稳态。然而对应不同的扰动步长，输出电压达到稳定的时间并不一样，因此，固定MPPT周期的方式无法使变扰动步长MPPT跟踪效果达到最优。发明内容
本发明针对现有MPPT方法所存在的不足，提出一种自适应扰动频率和步长的最大功率点跟踪方法，能够克服常规扰动观察法、变步长扰动观察法的缺点，使光伏电池快速、稳定的跟踪到最大功率点。
为了达到上述目的和效果，本发明所提供的自适应扰动频率和步长的最大功率点跟踪方法采取以下步骤
(I)检测太阳能电池的输出电压uPV，电流iPV ；
(2)判断输入电压计数值Nuk是否大于输入电压计数值基准Nuk κ ；
若Nuk ( Nuo,则转入步骤⑶；
若Nuk > Nuo,则转入步骤(4)；
(3)判断太阳能电池输出电压Upv与当前MPPT周期的光伏电池输出电压参考值 u(k)的误差绝对值是否小于设定的电压误差参考值Auk;
若I Upv-U (k) I < Δ Ue,贝丨J Nuk 增 I,结束；
若I Upv-U (k) I ≤ Δ uE,则 Nik 置为 0，结束；
(4)根据光伏电池的输出电压uPV、电流iPV计算光伏电池的输出功率Ppv
Ppy Upyipy
同时使功率计算计数值Np增1，然后计算光伏电池的当前输出功率pPV与上一 MPPT 周期光伏电池平均输出功率P (k-ι)的差值，并将该功率差值加入功率差值累加值Λρ:
Δ P = Δ p+ppv-p (k~l)
(5)判断功率差值累加值的绝对值I Λρ|是否大于功率差值参考值Λ Pk
若I Λρ| > Λ Pk，则转入步骤(6)；
若I Λρ|≤ΛΡΚ，则退出；
(6)判断功率差值累加值Λ P的符号
若Λρ > 0，则继续判断当前光伏电池输出电压参考值u (k)与上一个MPPT周期的光伏电池电压参考值u (k-Ι)的关系若u(k) >u(k-l)，则转入步骤(7)，否则转入步骤 ⑶；
若Λρ≤0，则继续判断当前光伏电池输出电压参考值u (k)与上一个MPPT周期的光伏电池电压参考值u (k-Ι)的关系若u(k) >u(k-l)，则转入步骤(8)，否则转入步骤 (7)；
(7)增加光伏电池输出电压参考值，即使得下一个MPPT周期内光伏电池输出电压参考值u(k+l) =u(k) + Au，其中Λ u为光伏电池输出电压扰动步长，然后转入步骤(9)；
(8)减小光伏电池输出电压参考值,即使得下一个MPPT周期内光伏电池输出电压参考值u(k+l) =u(k)_Au，其中Au为光伏电池输出电压扰动步长，然后转入步骤(9)；
(9)按照下式改变功率差值参考值ΛΡΚ，再将输入电压计数值Nik置为0，功率差值累加值Λ P置为0，功率计算计数值Np置为O :
权利要求
1.一种自适应扰动频率和步长的最大功率点跟踪方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤(1)检测太阳能电池的输出电压Upv，电流iPV；(2)判断输入电压计数值Nuk是否大于输入电压计数值基准Nraui；若K Nik k,则转入步骤(3);若Nm> Nik k,则转入步骤⑷；(3)判断太阳能电池输出电压uPV与当前MPPT周期的光伏电池输出电压参考值u(k)的误差绝对值是否小于设定的电压误差参考值Auk;若 I Upv-U (k) I < Δ Ue,则 Nuk 增 I，结束；若I Upv-U (k) I≥Δ uE,则Nuk置为0，结束；(4)根据光伏电池的输出电压uPV、电流iPV计算光伏电池的输出功率PpvPpV — Upylpy同时使功率计算计数值Np增1，然后计算光伏电池的当前输出功率pPV与上一 MPPT周期光伏电池平均输出功率P(k-Ι)的差值，并将该功率差值加入功率差值累加值Λρ:Δρ = Δρ+ρρν-Ρ (k-1)(5)判断功率差值累加值的绝对值IΛρ|是否大于功率差值参考值ΛPk:若I Λρ| > Λ Ρκ，则转入步骤(6)；若I Λρ| ( ΛΡΚ，则退出；(6)判断功率差值累加值ΛP的符号若Λρ>0，则继续判断当前光伏电池输出电压参考值u(k)与上一个MPPT周期的光伏电池电压参考值u (k-Ι)的关系若u(k) > u (k-1)，则转入步骤(7)，否则转入步骤(8)； 若Λρ<0，则继续判断当前光伏电池输出电压参考值u(k)与上一个MPPT周期的光伏电池电压参考值u (k-Ι)的关系若u(k) > u (k-1)，则转入步骤(8)，否则转入步骤(7)；(7)增加光伏电池输出电压参考值，即使得下一个MPPT周期内光伏电池输出电压参考值u(k+l) =u(k) + Au，其中Au为光伏电池输出电压扰动步长，然后转入步骤(9)；(8)减小光伏电池输出电压参考值，即使得下一个MPPT周期内光伏电池输出电压参考值u(k+l) =u(k)-Au，其中Au为光伏电池输出电压扰动步长，然后转入步骤(9)；(9)按照下式改变功率差值参考值ΛΡΚ，然后再将输入电压计数值Nik置为0，功率差值累加值Λ P置为0，功率计算计数值Np置为O :
2.根据权利要求1所述的一种自适应扰动频率和步长的最大功率点跟踪方法，其特征在于，所述步骤(7)和步骤⑶中，光伏电池输出电压扰动步长Au根据下式计算
全文摘要
本发明公开了一种自适应扰动频率和步长的最大功率点跟踪(MaximumPower Point Tracking，MPPT)方法，特别涉及太阳能光伏电池的最大功率点跟踪方法，属新能源技术领域。所述MPPT方法是采用如下控制方法每次扰动(改变光伏电池输出电压参考值)后，在判断光伏电池输出电压进入稳态后再开始计算扰动前后功率的差值，保证功率变化方向判断的准确性；通过对功率差值进行累加，准确获得每次扰动过后功率的变化方向；根据功率差值累加到参考值的时间，实时调整扰动步长，根据光伏电池输出功率的大小，实时调整功率累加值的参考值，可以实现快速、精确跟踪到最大功率点，且在最大功率点附近扰动频率和扰动步长最小，有效避免扰动引起的功率损失，实现光伏电池输出功率的最大化。
文档编号G05F1/67GK103019294SQ20111030057
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者吴红飞, 常东升, 邢岩, 高峰 申请人:上海康威特吉能源技术有限公司