专利名称：一种太阳能电池最大功率跟踪方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池控制技术领域，特别涉及一种将太阳能功率跟踪和控制器效率相结合的一种最大功率跟踪方法。
背景技术：
独立的太阳能发电系统一般由太阳能电池、控制器(充电器)、蓄电池、配电系统构成，目前，太阳能最大功率跟踪基本都是通过采样太阳能电池输出电压、电流，通过数据处理直接控制控制器的脉宽或者太阳能电池的电压、电流来实现太阳能的最大功率跟踪，但也有少数是采样太阳能电池的输入电压、电流，通过处理来控制控制器输出电流，实现最大功率跟踪。但是这些方案存在如下缺陷:1、太阳能电池输出控制实现太阳能最大功率跟踪，可以得到太阳能电池的最大功率，但并非是整个太阳能发电系统的最大功率，因为没有考虑控制器本身的效率的非线性问题；2、目前的太阳能控制器所采用的最大功率跟踪策略，没有和控制器本身的环路控制策略整合，对于后端蓄电池的充电管理相互矛盾，不能有效的实现电池科学的充电管理。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种太阳能电池最大功率跟踪方法。为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种太阳能电池最大功率跟踪方法，其包括如下步骤:S1:初始化系统，设定变量的初始值，所述变量包括输出电流大扰动量Λ I_big，输出电流小扰动量AI_small，功率稳定范围ε，电流误差极小值ε 1，电流误差极大值ε 2，跟踪方向DirFlag ；S2:在K时刻，检测控制器的输出电压Uk和控制器的输出电流Ικ，计算当前电流环路的误差值I_errorK = IrefK_IK,所述IrefK为输出电流给定值,计算当前的输出功率Pk =UkX Ik，输出功率差值ΔΡ = Pk-Pih ；S3:如果 I_errorK < ε I,则取 IrefK+1 = IrefK+Δ I_big,令 K = Κ+l,返回步骤S2,如果 ε1< I_errorK < ε 2,令 K = Κ+l,返回步骤 S2,如果 | I_errorK | > ε2,则系统输出的最大电流I_max的最接近的值I_maxl为I_maxl = Ijefp1,系统进入步骤S4 ；S4:输出电流给定值 IrefK = Iref^1+ Δ I_smal I XDirFlag ；S5:如果ΛΡ> 8，取0丨冲1&8=1，令!( = 1(+1，返回步骤54;如果八？<0且I ΔΡ| > ε ,取 DirFlag = -1,令 K = Κ+l,返回步骤 S4 ;如果 | ΔΡ| < ε ,取 DirFlag = O,退出。根据本发明的另一个实施方案，本发明的太阳能电池最大功率跟踪方法包括如下步骤:S1:初始化系统，设定变量的初始值，所述变量包括输出电压大扰动量AU_big，输出电压小扰动量AU_small，功率稳定范围ε，电压误差极小值ε 1，电压误差极大值ε 2，跟踪方向DirFlag ； S2:在K时刻，检测控制器的输出电压Uk和控制器的输出电流Ικ，计算当前电压环路的误差值U_errorK = Ur ef K_UK,所述Ur efK为输出电压给定值,计算当前的输出功率Pk =UkX Ik，输出功率差值ΔΡ = Pk-Pih ；S3:如果 U_errorK < ε I,则取 UrefK+1 = UrefK+Δ U_big,令 K = Κ+l,返回步骤S2，如果 ε1< U_errorK < ε 2，令 K = Κ+l，返回步骤 S2，如果 |U_errorK| > ε2，则系统输出的最大电压u_max的最接近的值U_maxl为U_maxl = ILrefp1,系统进入步骤S4 ；S4:输出电压给定值 UrefK = Urefli^+ Δ U_small XDirFlag ；S5:如果 ΛΡ> ε，取 DirFlag = 1，令 K = Κ+Ι，返回步骤 S4 ;如果 ΛΡ < O 且
IΔ P I > ε ,取 DirFlag = -1,令 K = Κ+l,返回步骤 S4 ;如果 I Δ P | < ε ,取 DirFlag = O,退出。本发明提出一种新的MPPT (Maximum Power Point Tracking,最大功率点跟踪)方法来实现太阳能光伏系统最优的能源利用率，并且此方法和控制器环路紧密的结合在一起，有效的管理了后端蓄电池的充电管理，同时也解决了目前最大功率跟踪方法如固定步长法、变步长扰动观察法的局部最大功率稳定问题，可以及时、快速的跟踪到系统级的最大功率点。
本发明出于太阳能电池、控制器、蓄电池组成的系统考虑而提出的一种能量利用最大化的方法。其结合太阳能电池的能量和控制器的转化效率，通过控制控制器的输出电流，即输出电流采用分段变步长法来寻找控制器输出功率的最大点，或者通过控制控制器的输出电压，即输出电压采用分段变步长法来寻找控制器输出功率的最大点，而非目前普遍采用的寻找太阳能电池输出的最大功率点，此方法考虑了控制器本身的转化效率，可以得到系统级的功率最大化，并且控制策略可以兼顾自身的环路控制、以及后端的电池充电管理。本方法从系统集成角度出发给出了一种全新的、更合理的最大功率跟踪方式，得到了系统层级上的最大功率点，并且控制思想整合了控制器的控制策略和后端电池管理，使整个控制框架更加的简练、高效、合理。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:图1是本发明第一优选实施方式的太阳能电池最大功率跟踪方法的流程图；图2是本发明第二优选实施方式的太阳能电池最大功率跟踪方法的流程图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。图1是本发明第一优选实施方式的太阳能电池最大功率跟踪方法的流程图。从图中可见，本发明太阳能电池最大功率跟踪方法包括如下步骤:第一步:初始化系统，设定变量的初始值，其中，变量包括输出电流大扰动量Λ 1_big，输出电流小扰动量AI_small，功率稳定范围ε，跟踪方向DirFlag，电流误差极小值ε I，电流误差极大值ε 2 ；第二步:在K时刻，检测控制器的输出电压Uk和控制器的输出电流Ik，计算当前电流环路的误差值I_errorK = IrefK_IK,所述IrefK为输出电流给定值,计算当前的输出功率Pk = Uk X I κ，用当前的输出功率Pk减去前一时刻的功率Pih，得出输出功率差值Λ P =Pk-Pk-1 ；第三步:如果I I_eir0rK < ε 1，说明电流环路是稳定的，电流基准还可以继续添力口，则给输出电流给定值IrefK增加一个输出电流大扰动量△ I_big作为第Κ+l时刻的电流给定值，系统返回第二步，如果ε1< |l_errorK| < ε 2,令K = Κ+l,系统返回第二步，如果|l_err0rK| > ε 2，说明电流环路不稳定了，光伏电池不能输出这么大的电流，即电流基准不可以继续添加,这个系统能输出的最大电流I_max在I_maxl = I_refK_!附近,系统进入第四步；第四步:对电流给定值IrefK增加一个输出电流小扰动量Δ I_small,即IrefK =Iref1^1+Δ I_smal I XDirFlag,进入第五步；第五步:如果ΛΡ > ε，说明输出功率是变大的，Κ+l时刻的电流给定值还可以增力口，跟踪方向不变，DirFlag = 1，令K = Κ+1，返回第四步；如果八？<0且|八？|> ε，说明输出功率是变小的，Κ+l时刻的电流给定值需要减小，跟踪方向需要反向改变，DirFlag=-1，令K = Κ+1，返回第四步；如果I ΛΡ| < ε，说明输出功率基本不变，Κ+l时刻的电流给定值也不需要改变，不需要继续跟踪，DirFlag = 0，程序退出，此电流给定值IrefK即是系统能输出的最大电流I_max。在本实施方式中， 每个时间间隔T，重新找寻一次最大电流点I_max，该时间间隔T的范围为I分钟-10分钟，在一种更加优选的实施方式中，时间间隔T为5分钟。在本实施方式中，K时刻与Κ+l时刻的时间间隔为50ms至200ms。如图1所示，当DirFlag = O时，程序可以不退出，而是每个时间间隔T，重新找寻一次最大电流点I_max，当不需要寻找最大功率时，退出程序。图2是本发明第二优选实施方式的太阳能电池最大功率跟踪方法的流程图。从图中可见，本发明太阳能电池最大功率跟踪方法包括如下步骤:第一步:初始化系统，设定变量的初始值，其中，变量包括输出电压大扰动量AU_big，输出电压小扰动量AU_small，功率稳定范围ε，跟踪方向DirFlag，电压误差极小值
ε 1，电压误差极大值ε 2 ；第二步:在K时刻，检测控制器的输出电压Uk和控制器的输出电流Ik，计算当前电压环路的误差值U_errorK = UrefK_IK,所述UrefK为输出电压给定值,计算当前的输出功率Pk = Uk X I κ，用当前的输出功率Pk减去前一时刻的功率Pih，得出输出功率差值Λ P =Pk-Pk-1 ；第三步:如果|U_eriOrK| < ε 1，说明电流环路是稳定的，电压基准还可以继续添力口，则给输出电压给定值UrefK增加一个输出电压大扰动量AU_big作为第Κ+l时刻的电压给定值，系统返回第二步，如果ε1< |U_errorK| < ε 2,令K = Κ+l,系统返回第二步，如果|U_eir0rK| > ε 2，说明电压环路不稳定了，光伏电池不能输出这么大的电压，即电压基准不可以继续添加，这个系统能输出的最大电压在Ujnaxl = K1附近，系统进入第四步；第四步:对电压给定值UrefK增加一个输出电压小扰动量AU_small,即UrefK =UreU Δ U_smal I XDirFlag,进入第五步；第五步:如果ΛΡ > ε，说明输出功率是变大的，Κ+l时刻的电压给定值还可以增力口，跟踪方向不变，DirFlag = 1，令K = Κ+1，返回第四步；如果八？<0且|八？|> ε，说明输出功率是变小的，Κ+l时刻的电压给定值需要减小，跟踪方向需要反向改变，DirFlag=-1，令K = Κ+1，返回第四步；如果I ΛΡ| < ε，说明输出功率基本不变，Κ+l时刻的电压给定值也不需要改变，不需要继续跟踪，DirFlag = 0，程序退出，此电压给定值UrefK即是系统能输出的最大电流U_max。在本实施方式中，每个时间间隔T，重新找寻一次最大电压点U_max，该时间间隔T的范围为I分钟-10分钟，在一种更加优选的实施方式中，时间间隔T为5分钟。在本实施方式中，K时刻与Κ+l时刻的时间间隔为50ms至200ms。如图1所示，当DirFlag = O时，程序可以不退出，而是每个时间间隔T，重新找寻一次最大电压点U_max，当不需要寻找最大功率时，退出程序。本发明通过调节控制器输出电流或者调节控制器输出电压来寻找太阳能电池最大功率的同时和控制器自身的环路控制相兼容，有效的结合了控制器的外特性和电池管理。本发明的控制可以通过微处理器DSP，MCU，专用模拟芯片实现的数字化电源控制模块来实现，具体硬件包括光伏电池、DC/DC控制器、蓄电池、配电系统、监控模块。本发明整合前端太阳能电池、后端蓄电池，通过数字控制芯片DSP，MCU，专用模拟芯片，实现了最大功率跟踪、环路控制、电池管理的科学的控制。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
权利要求
1.一种太阳能电池最大功率跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤: 51:初始化系统，设定变量的初始值，所述变量包括输出电流大扰动量Akbig，输出电流小扰动量AI_small，功率稳定范围ε，电流误差极小值ε I，电流误差极大值ε2，跟踪方向DirFlag ； 52:在K时刻，检测控制器的输出电压Uk和控制器的输出电流Ικ，计算当前电流环路的误差值I_errorK = IrefK_IK,所述IrefK为输出电流给定值,计算当前的输出功率Pk =UkX Ik，输出功率差值ΔΡ = Pk-Pih ；53:如果 I I_errorK| < ε 1，则取 IrefK+1 = IrefK+Δ I_big,令 K = K+1,返回步骤 S2,如果ε1< I_errorK < ε 2,令K = Κ+l,返回步骤S2,如果| I_errorK | > ε 2,则系统输出的最大电流I_max的最接近的值I_maxl为I_maxl = Ijef1^1,系统进入步骤S4 ； 54:输出电流给定值 IrefK = Iref^1+ Δ I_small XDirFlag ； 55:如果 ΛΡ > ε，取 DirFlag = 1，令 K = Κ+l，返回步骤 S4 ;如果 ΛΡ < O且 | Λ P>ε ,取 DirFlag = -1,令 K = Κ+l,返回步骤 S4 ;如果 I Δ P | < ε ,取 DirFlag = O,退出。
2.如权利要求1所述的太阳能电池最大功率跟踪方法，其特征在于，每个时间间隔Τ，重新找寻一次最大电流点I_max。
3.一种太阳能电池最大功率跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤: 51:初始化系统， 设定变量的初始值，所述变量包括输出电压大扰动量AU_big，输出电压小扰动量AU_small，功率稳定范围ε，电压误差极小值ε 1，电压误差极大值ε2，跟踪方向DirFlag ； 52:在K时刻，检测控制器的输出电压Uk和控制器的输出电流Ικ，计算当前电压环路的误差值U_errorK = UrefK_UK,所述UrefK为输出电压给定值，计算当前的输出功率Pk =UkX Ik，输出功率差值ΔΡ = Pk-Pih ； 53:如果 |U_errorK| < ε I,则取 UrefK+1 = UrefK+Δ U_big,令 K = Κ+l,返回步骤 S2,如果ε I < U_errorK < ε 2，令K = Κ+l，返回步骤S2，如果U_errorK > ε 2，则系统输出的最大电压U_max的最接近的值U_maxl为U_maxl = U_refK_1；系统进入步骤S4 ； 54:输出电压给定值 UrefK = Uref^1+ Δ U_smalI XDirFlag ； 55:如果 ΛΡ > ε，取 DirFlag = 1，令 K = Κ+l，返回步骤 S4 ;如果 ΛΡ < O 且 | ΔΡ>ε ,取 DirFlag = -1,令 K = Κ+l,返回步骤 S4 ;如果 I Δ P | < ε ,取 DirFlag = O,退出。
4.如权利要求3所述的太阳能电池最大功率跟踪方法，其特征在于，每个时间间隔Τ，重新找寻一次最大电压点U_max。
5.如权利要求2或4所述的太阳能电池最大功率跟踪方法，其特征在于，所述时间间隔T的范围为I分钟-10分钟。
6.如权利要求5所述的太阳能电池最大功率跟踪方法，其特征在于，所述时间间隔T为5分钟。
7.如权利要求1或2所述的太阳能电池最大功率跟踪方法，其特征在于，所述K时刻与K+1时刻的时间间隔为50ms至200ms。
全文摘要
本发明提出了一种太阳能电池最大功率跟踪方法，其包括如下步骤初始化系统，设定变量的初始值；在K时刻，检测输出电压UK，输出电流IK，计算电流环路的误差值I_errorK，输出功率PK，输出功率差值ΔP；然后根据最接近系统最大电流值的电流I_max1，得到使ΔP满足误差要求的输出电流给定值Iref(K)，此即系统能输出的最大电流I_max。发明的方法和控制器环路紧密的结合在一起，有效的管理了后端蓄电池的充电管理，可以及时、快速的跟踪到系统级的最大功率点。
文档编号G05F1/67GK103176500SQ20111044239
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者尚海波 申请人:比亚迪股份有限公司