一种光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明为一种光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制方法及系统。本方法根据光伏阵列的输出电压和电流得到开关控制信号的最大功率点跟踪控制方法具体为：步骤Ⅰ对电压、电流信号进行滑动平均滤波预处理，以减小采样测量干扰对最大功率点跟踪控制精度的影响，同时提高最大功率点的跟踪速度。步骤Ⅱ计算基于不完全偏微分的滑模函数S2的值，步骤Ⅲ对开关控制信号进行迟滞处理，根据S2的值与设定值δ关系，得到0或1的开关控制信号u。本系统单片机内存储基于不完全偏微分滑模面函数计算程序和迟滞处理程序，实现调整控制DC-DC变换电路的等效负载使之与光伏阵列内阻匹配，快速、精确跟踪光伏阵列的最大功率，结构简单，成本低，易于实现。
【专利说明】一种光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光伏阵列最大功率点跟踪技术，具体为一种光伏阵列最大功率点滑模 跟踪控制方法及系统。
【背景技术】
[0002] 光伏发电产业作为解决人类日益凸显的能源问题和环境问题的战略产业正在飞 速发展，进而推动太阳能光伏产业的高速发展。但目前太阳能光伏发电系统造价成本高，光 伏阵列的光电转换效率低，约18%，且其输出功率受光照、温度及负载等外界环境的影响， 性质不稳定，这些均阻碍光伏产业的发展。
[0003] 目前提高光伏发电效率的技术主要有三种：聚光技术、光强跟踪技术和最大功率 点跟踪（Maximum Power Point Tracking,MPPT)技术。MPPT是降低光伏发电的成本、提高 光伏阵列能量利用率的关键。经典的最大功率跟踪方法有恒压控制法（CVT)、扰动观察法 (P&0)、电导增量法（INC)、模糊逻辑控制（FLC)、神经元网络控制（NNC)等。还有出现了改 进的MPPT方法：如自适应变步长扰动观察法，模糊滑模控制法，改进的粒子群优化法等。
[0004] 光伏阵列的输出功率受温度、光照等外界环境及负载的影响，具有很强的输出 非线性。当光伏电池的外界环境和负载一定时，光伏电池输出功率存在唯一最大功率点 (Maximum Power Point, MPP)。只有当光伏阵列的负载等效电阻与光伏阵列的内阻匹配 时，光伏电池输出功率最大。光伏发电系统最大功率点跟踪（MPPT)控制是：监测光伏电 池板的输出电压、电流，据此通过 M0SFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET 金属氧化物半导体场效应管）/IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT绝缘栅双极型功率管）调整DC-DC变换电路中脉宽调制（PWM)波占空比， 调节光伏阵列等效负载电阻与光伏阵列内阻匹配，从而实现光伏阵列的输出功率在最大功 率点附近。
[0005] 滑模控制（sliding mode control, SMC)是一种非线性控制方法，对电力电子开关 变换器非线性特性有良好的适应性。与其它MPPT的控制算法相比，滑模结构用于MPPT的 控制，具有适应光伏阵列非线性特性的独特特性。
[0006] 光伏阵列（PV Photovoltaic阵列）输出功率为
[0007] Ppv = UpvIpv
[0008] 式中upv、ipv分别为光伏阵列端电压及其输出电流。
[0009] 当光伏阵列的外界环境和负载一定时,光伏阵列输出功率存在唯一最大功率点。 [0010] 在最大功率点左侧：/ c__wpi, > 〇 ; toon] 在最大功率点右侧：设％ / < 〇 ;
[0012] 在最大功率点处：/ =0。
[0013] 选择5 = 为滑模面，利用场效应管/绝缘栅双极晶体管（mosfet/ IGBT)的高频率切换使光伏阵列状态轨迹在滑模面》S = a^v/0Mpi =O附近切换，即光伏 阵列的输出功率在最大功率点附近波动。
[0014] 现有的滑模控制SMC跟踪光伏阵列最大功率点的方法如下：
[0015] 选取滑模面戈
【权利要求】
1. 一种光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制方法，包括有多块太阳能电池板的光伏阵 列经DC-DC降压变换电路连接负载，光伏阵列的输出端连接电压和电流采样电路，电压和 电流采样电路接入单片机，单片机存储有最大功率点跟踪控制方法的程序，单片机的信号 输出接入DC-DC降压变换电路；采样电路监测光伏阵列的输出电压和电流，单片机根据实 时电压电流信号其最大功率点跟踪控制方法的程序计算得到开关控制信号，送入DC-DC降 压变换电路，控制其中开关管的通断，调整脉宽调制波的占空比，控制DC-DC变换电路的等 效负载使之与光伏阵列内阻匹配，以跟踪控制光伏阵列的最大功率点；其特征在于根据光 伏阵列的输出电压和电流得到开关控制信号的最大功率点跟踪控制方法具体步骤如下： 步骤I、滑动平均滤波对电压、电流信号预处理 对采集到的电压、电流信号upv、ipv进行滑动平均滤波， 即：
其中，k是离散采样时间、为upv(k)第k次电压采样值、ipv(k)为第k次电流采样值电 流、&" (A-)、为采样电压、电流第k次滑动平均滤波后的输出值，N为每次求平均的 采样值个数； 步骤II、基于不完全偏微分的滑模面函数 基于不完全偏微分的滑模面函数为=Δ/; 用步骤I所得的&,、.(々）、^认）计算
a=?7 (Τ+Λt)，T为惯性系数，Λt为采样周期， 所得Λi'pv和厶u'pv值代入基于不完全偏微分的滑模面函数式，计算S2的值； 步骤III、迟滞处理开关控制信号 对开关控制信号进行迟滞处理，即得到开关控制信号u如下式：
式中：δ为迟滞量，〇· 0004 <δ< 〇· 〇〇〇6,S2是S2的导数。
2. 根据权利要求1所述的光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制方法，其特征在于： 所述步骤I中每次求平均的采样值个数N为6?10。
3. 根据权利要求1所述的光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制方法，其特征在于： 所述步骤II中，a= 0. 5?0. 9。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制方法、设计 的光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制系统，包括有多块太阳能电池板的光伏阵列，光伏阵 列经DC-DC降压变换电路连接负载，光伏阵列连接电压和电流采样电路，还有单片机；采样 电路所得的光伏阵列输出端电压和输出电流采样值接入单片机，单片机输出的开关控制信 号接入DC-DC降压变换电路；其特征在于： 所述单片机包括依次连接的A/D转换模块、滑动滤波模块以及滑模面函数计算和迟滞 处理模块;A/D转换模块对采集到的电压、电流模拟信号进行数模转换，得到数字信号接入 滑动滤波模块；滑动滤波模块对采集的电压、电流信号进行滑动平均滤波预处理；滑模面 函数计算和迟滞处理模块存储基于不完全偏微分滑模面函数计算程序和迟滞处理程序，根 据当前的电压电流信号计算得到当前基于不完全偏微分的滑模面函数值，经迟滞处理得到 当前的开关控制信号，开关控制信号送入DC-DC降压变换电路。
5. 根据权利要求4所述的光伏阵列最大功率点滑模跟踪控制系统，其特征在于： 所述单片机还有电流电压功率计算模块和显示驱动模块，显示驱动模块和显示屏接 口；滑动滤波模块的输出接入电流电压功率计算模块，计算光伏阵列输出电压、电流和功率 值，电压电流功率计算模块计算得到光伏阵列输出电压、电流和功率值，并将数据输出到显 示驱动模块，在显示屏接口所连接的显示屏上实时显示光伏阵列当前的输出电压、电流和 功率值。
【文档编号】G05F1/67GK104460819SQ201410814066
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月23日 优先权日:2014年12月23日
【发明者】党选举, 杨阳, 姜辉, 伍锡如, 张向文, 朱国魂, 李爽 申请人:桂林电子科技大学