一种太阳能光伏阵列最大功率点跟踪控制方法与流程

本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种对太阳能光伏阵列最大功率点跟踪的控制方法。

背景技术：

随着社会的发展以及人类人口数量的持续增加，人类对于能源的消耗也是越来越大，同时对于环境的影响也是越来越大。为了能源的持续利用和减少环境污染，近年来，光伏发电迎来了良好的发展机遇，光伏发电大规模的接入电网。

而光伏发电中，其使用的太阳能光伏阵列，其输出特性具有非线性特征，输出电压、电流和功率受光伏阵列温度和太阳能辐照强度、外界环境和负载的变化的影响。为了充分地利用太阳能光伏阵列发电，实时从光伏阵列获取最大的功率，提高光伏阵列的利用效率，需要对太阳能光伏阵列进行最大功率点跟踪控制。

其中最大功率点跟踪控制的方法很多，不同的应用方法在实际的使用过程中存在优缺点。例如，基于梯度的定步长和变步长相结合电导增量法因简单，有效和响应速度快，系统能快速跟踪外部环境的变化，稳定度较高而较为常用。

但是在一般情况下因控制作用较强，输出功率有所波动，目前采用的方法是远离最大功率点时采用较大定步长跟踪，提高系统的快速性。而在最大功率点附近时，采用变步长跟踪，提高系统的稳定性。

但是在太阳能辐照强度发生较快变化时，如果p-u曲线的斜率变化率在定步长过渡到变步长时是一个固定值，最大功率点跟踪的变步长的范围就会发生变化，光伏跟踪的速度和稳定性会受到影响。如果光伏阵列跟踪最大功率点速度较慢，不能跟踪到最大的功率点时就会造成发电量的损失；如果光伏阵列跟踪最大功率点稳定度降低，输出功率在最优工作点左右振荡，也会造成能量损耗并降低太阳能光伏阵列发电效率。

另外，因外部环境变化，例如：太阳被云彩遮住，导致p-u曲线斜率变化率骤变，采样过程产生白噪声、尖锐毛刺和纹波等会使系统程序产生误判，影响系统的稳定性，也使得光伏阵列输出的发电量减少。

因此，确有必要来开发出一种新型的太阳能光伏阵列最大功率点跟踪控制方法，来克服现有技术中的缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新型的太阳能光伏阵列最大功率点跟踪控制方法，其能够稳定、快速的对太阳能光伏阵列的最大功率点进行跟踪，从而提高太阳能光伏阵列发电量和输出电能质量。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种太阳能光伏阵列最大功率点跟踪控制方法，其包括以下步骤：

s1：采样太阳能光伏阵列输出的电压和电流；

s2：计算电压和电流分别与上个周期的偏差值以及功率值与上周期的功率偏差值；

s3：通过p-u曲线斜率变化率的绝对值跟当前辐照度下的光伏阵列输出功率与缩放系数k的比值进行大小比较，作为由定步长过渡到变步长的触发条件，其中当所述p-u曲线斜率变化率绝对值比所述输出功率与缩放系数k的比值大时，采用定步长跟踪以获得更快的动态响应速度；当所述p-u曲线斜率变化率绝对值比所述输出功率与缩放系数k的比值小时，采用变步长跟踪以提高系统的稳态精度。

进一步的，在不同实施方式中，其中s3步骤中，所述p-u曲线斜率是经过低通滤波器滤出因采样和环境变化产生的噪声、尖锐的毛刺和纹波后获得的。

进一步的，在不同实施方式中，其还包括步骤s4：

将电压偏差值的绝对值与第一预设正数比较，根据两者之间的比较结果，来确定所述光伏阵列功率输出与其最大功率点之间的关系。其中所述第一预设正数的数值，在一个实施方式中，其是一个较小的数值。

进一步的，在不同实施方式中，其中s4步骤中，当电压偏差值的绝对值大于所述第一预设正数时，再令p-u曲线斜率变化率为零，并推导出电导增量将其与当前周期的电导的负值比较，其中当两者相等时，说明光伏阵列功率输出在最大功率点处，需将光伏阵列的当前周期的输出电压赋值为上个周期的输出电压，不进行电压调节；当两者不等时，说明光伏阵列功率输出远离最大功率点处，需要进行电压调节。

进一步的，在不同实施方式中，其中s4步骤中，电导增量值小于当前周期的电导的负值时，光伏阵列输出电压超过最大功率点处输出踪电压，需将光伏阵列的当前周期的输出电压小于上个周期的输出，以此来跟踪最大功率点。

进一步的，在不同实施方式中，其中s4步骤中，电导增量值大于当前周期的电导的负值时，光伏阵列输出电压落后最大功率点处输出电压，需将光伏阵列的当前周期的输出电压大于上个周期的输出，以此来跟踪最大功率点。

进一步的，在不同实施方式中，其中s4步骤中，当电压偏差值的绝对值小于所述第一预设正数时，再将电流偏差值的绝对值与第二预设正数进行比较，当小于所述第二预设正数时，说明光伏阵列功率输出基本在最大功率点处，需将光伏阵列的当前周期的输出电压赋值为上个周期的输出电压，不进行电压调节；当电流偏差值的绝对值大于所述第二预设正数时，说明光伏阵列功率输出远离最大功率点处，需要进行电压调节。其中所述第二预设正数的数值，在一个实施方式中，其是一个较小的数值。

进一步的，在不同实施方式中，其中s4步骤中，当电流偏差值小于第二预设正数的取反值时，表示在电压无变化或者微弱变化时，电流在减小，光伏阵列输出电压超过了最大功率点处输出电压，需将光伏阵列的当前周期的输出电压小于上个周期的输出，以此来跟踪最大功率点。

进一步的，在不同实施方式中，其中s4步骤中，当电流偏差值大于第二预设正数时，表示在电压无变化或者微弱变化时，电流在增大，光伏阵列输出电压落后了最大功率点处输出电压，需将光伏阵列的当前周期的输出电压大于上个周期的输出，以此来跟踪最大功率点。

进一步的，在不同实施方式中，其还包括步骤s5：

将当前周期的电压、电流和p-u曲线滤波后的输出斜率变化率赋值给上个周期，为下个周期进行程序返回做准备。

相比于现有技术，本发明的优势在于，本发明涉及的一种太阳能光伏阵列最大功率点跟踪控制方法，其采用一阶低通滤波器滤除白噪声、毛刺和纹波，同时改进了跟踪最大功率点的触发条件和跟踪稳定性的方法，通过选取适当的参数，提高了最大功率点跟踪的速度和稳定性，从而提高太阳能光伏阵列发电量和输出电能质量。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式提供的一种太阳能光伏阵列最大功率点跟踪控制方法，其中涉及的不同辐照强度下光伏阵列的p-u特性曲线及变步长范围之间关系的示意图；

图2是本发明的又一个实施方式提供的一种太阳能光伏阵列最大功率点跟踪控制方法的流程图。

具体实施方式

以下结合较佳实施例及其附图对本发明涉及的一种太阳能光伏阵列最大功率点跟踪控制方法的技术方案作进一步非限制性的详细说明。

本发明的一个实施方式提供了一种太阳能光伏阵列最大功率点跟踪(mppt，maximumpowerpointtracking)控制方法，其为一种基于电导增量的mppt优化控制方法，其改进了光伏阵列跟踪的触发条件和跟踪的稳定性处理方法，包括如下步骤：

(1)使用电压和电流传感器采样太阳能光伏阵列输出的电压和电流。

(2)计算电压和电流分别与上个周期的偏差值以及功率值与上周期的功率偏差值。

(3)采用低通滤波器滤出因采样和环境变化产生的噪声、尖锐的毛刺和纹波。

(4)通过滤波后的p-u曲线斜率变化率的绝对值跟当前辐照度下的光伏阵列输出功率与缩放系数k的比值进行大小比较，作为由定步长过渡到变步长的触发条件，通过采用当前辐照度光伏阵列输出功率与缩放系数k的比值作为比较条件而不是一个固定的值，以此来保证不同的辐照强度下变步长的范围即接近最大功率处的范围基本相等即δt1＝δt2，保证了跟踪的速度，若斜率变化率是一个固定值则跟踪范围就会变为δt3，显然变步长跟踪范围变宽，跟踪速度就会降低，具体请参阅图1所示。

(5)当光伏阵列p-u曲线斜率变化率绝对值比较大时，采用定步长跟踪，说明光伏阵列运行点远离最大功率点，以定步长跟踪获得更快的动态响应速度，当斜率变化率绝对值比较小时，采用变步长跟踪，说明光伏阵列运行点在最大功率点附近，以变步长跟踪获得较小的稳态误差。

(6)将电压偏差值的绝对值与第一预设正数比较而不是与0比较，通过这种方式提高了跟踪的稳定性，当小于第一预设正数时，说明光伏阵列功率输出很有可能在最大功率点处，需进一步详细分析，当大于第一预设正数时，说明光伏阵列功率输出很有可能远离最大功率点处，需进一步详细分析。

(7)当电压偏差值的绝对值大于第一预设正数时，再令p-u曲线斜率变化率为零，并推导出电导增量将其与当前周期的电导的负值比较，其中当两者相等时，说明光伏阵列功率输出在最大功率点处，需将光伏阵列的当前周期的输出电压赋值为上个周期的输出电压，不进行电压调节；当两者不等时，说明光伏阵列功率输出远离最大功率点处，需要进行电压调节。

(8)当电导增量值小于当前周期的电导的负值时，光伏阵列输出电压超过最大功率点处输出踪电压，需将光伏阵列的当前周期的输出电压小于上个周期的输出，以此来跟踪最大功率点。

(9)当电导增量值大于当前周期的电导的负值时，光伏阵列输出电压落后最大功率点处输出电压，需将光伏阵列的当前周期的输出电压大于上个周期的输出，以此来跟踪最大功率点。

(10)当电压偏差值的绝对值小于指定的第一预设正数时，再将电流偏差值的绝对值与第二预设正数进行比较而不是与0比较，通过这种方式提高了跟踪的稳定性，当小于第二预设正数时，说明光伏阵列功率输出基本在最大功率点处，需将光伏阵列的当前周期的输出电压赋值为上个周期的输出电压，不进行电压调节；当电流偏差值的绝对值大于第二预设正数时，说明光伏阵列功率输出远离最大功率点处，需要进行电压调节。

(11)当电流偏差值小于第二预设正数的取反值时，说明在电压无变化或者微弱变化时，电流在减小，光伏阵列输出电压超过了最大功率点处输出电压，需将光伏阵列的当前周期的输出电压小于上个周期的输出，以此来跟踪最大功率点。

(12)当电流偏差值大于第二预设正数时，说明在电压无变化或者微弱变化时，电流在增大，光伏阵列输出电压落后了最大功率点处输出电压，需将光伏阵列的当前周期的输出电压大于上个周期的输出，以此来跟踪最大功率点。

(13)将当前周期的电压、电流和p-u曲线滤波后的输出斜率变化率赋值给上个周期，为下个周期进行程序返回做准备。

进一步的，请参阅图2所示，本发明的又一个实施方式提供了一种太阳能光伏阵列最大功率点跟踪(mppt，maximumpowerpointtracking)控制方法，包括以下步骤：

1：对太阳能光伏阵列输出电压u(k)和电流i(k)进行采样。

2：计算电压和电流与上个周期值的偏差值du、di以及功率值p(k)与上周期的功率p(k-1)的偏差值dp。

3：采用低通滤波器滤出因采样产生的噪声和环境变化带来的尖锐的毛刺和纹波，其中为本次采样值，为上次滤波输出值，a为滤波系数，其值通常远小于1，为本次滤波输出值。

4：通过p-u曲线滤波后的斜率变化率输出值的绝对值与当前辐照度输出功率p(k)与缩放系数k的比值即比较，作为定步长过渡到变步长的触发条件，通过功率p(k)值的变化和k的调节来保证不同的辐照强度下变步长的范围即接近最大功率处的范围基本相等。

5：当时，采用定步长δt＝δdmax跟踪，δdmax为最大跟踪步长，说明光伏阵列运行点远离最大功率点，以定步长跟踪获得更快的动态响应速度。

6：当时，采用变步长跟踪，l为调节系数，说明光伏阵列运行点在最大功率点附近，以变步长跟踪获得较小的稳态误差。

7：将电压偏差值的绝对值|du|与第一预设正数ε1比较，当|du|≤ε1时，说明光伏阵列功率输出很有可能在最大功率点处，需进行详细判断，当|du|＞ε1时，说明光伏阵列功率输出很有可能远离最大功率点处，需进行详细判断。

8：当|du|＞ε1时，再令p-u曲线斜率变化率即也即将当前电导增量值与进行比较，当时，说明光伏阵列功率输出在最大功率点处，当时，说明光伏阵列功率输出远离最大功率点处。

9：当|du|≤ε1时，将电流偏差值的绝对值|di|与第二预设正数ε2进行比较，当|di|≤ε2时，说明光伏阵列功率输出基本在最大功率点处，当|di|＞ε2时，说明光伏阵列功率输出远离最大功率点处。

10：当时，再将与进行大于或者小于比较，以此来判断p-u曲线斜率变化率的正负，进而判断当前输出功率跟踪最大功率点处的远近。

11：当时，说明p-u曲线斜率变化率等于0，输出功率已跟踪到最大功率点处，将光伏阵列的当前周期的输出电压赋值为上个周期的输出电压一样，即：u(k)＝u(k-1)。

12：当|di|＞ε2时，判断在电压变化无变化或者微弱变化时，电流是否增加，以此来判断当前输出功率跟踪最大功率点处的远近。

13：当|di|≤ε2时，说明光伏阵列功率输出基本在最大功率点处，将光伏阵列的当前周期的输出电压赋值为上个周期的输出电压，即u(k)＝u(k-1)。

14：当时，说明p-u曲线斜率变化率小于0，光伏阵列输出电压超过最大功率点处输出电压，需将光伏阵列的当前周期的输出电压小于上个周期的输出，以此来跟踪最大功率，即u(k)＝u(k-1)-δt。

15：当时，说明p-u曲线斜率变化率大于0，光伏阵列输出电压落后最大功率点处输出电压，需将光伏阵列的当前周期的输出电压大于上个周期的输出，以此来跟踪最大功率，即u(k)＝u(k-1)+at。

16：当di＜-ε2时，说明在电压无变化或者微弱变化时，电流在减小，说明光伏阵列输出电压超过了最大功率点处输出电压，需将光伏阵列的当前周期的输出电压小于上个周期的输出，以此来跟踪最大功率，即u(k)＝u(k-1)-δt。

17：当di＞ε2时，说明在电压无变化或者微弱变化时，电流在增大，说明光伏阵列输出电压落后了最大功率点处输出电压，需将光伏阵列的当前周期的输出电压大于上个周期的输出，以此来跟踪最大功率，即u(k)＝u(k-1)+δt。

18：将当前周期的电压u(k)、电流i(k)和p-u曲线滤波后的输出斜率变化率赋值给上个周期，为下个周期进行程序返回做准备。

本发明涉及的一种太阳能光伏阵列最大功率点跟踪控制方法，其采用一阶低通滤波器滤除白噪声、毛刺和纹波，同时改进了跟踪最大功率点的触发条件和跟踪稳定性的方法，通过选取适当的参数，提高了最大功率点跟踪的速度和稳定性，从而提高太阳能光伏阵列发电量和输出电能质量。

需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。