基于回测和曲线拟合的光伏最大功率追踪方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光伏最大功率追踪方法，特别是涉及一种基于回测和曲线拟合的 光伏最大功率追踪方法。
【背景技术】
[0002] 随着光伏发电系统在世界范围内的部署，光伏发电系统也渐渐暴露出了许多问 题。光伏电池板价格依然偏高，这使光伏发电系统的投资成本较高；光伏电池工作效率偏 低，光伏电池不能完全的发挥其效能。
[0003] 现有条件下光伏电池的价格无法大幅的下降，只能尽可能的提高光伏电池的工作 效率来充分利用太阳能，这需要良好的控制算法，特别是光伏最大功率跟踪控制算法。通过 光伏最大功率跟踪控制算法能使光伏电池一直工作在最大功率点，实现功率的最大输出， 提升整个系统的效率。
[0004] 最先被人们应用来做光伏最大功率跟踪控制的算法是固定电压法(CVT)，即固定 光伏阵列的输出电压不变，该电压是依据光伏电池的输出P-U曲线来确定的。固定电压法控 制最为简单，容易实现，运行也稳定可靠，当前仍有一些系统采用该算法。但固定电压法动 态特性不好，不能应对外界环境的变化，如环境温度、光照强度的变化等，这会使光伏阵列 损失一定的能量。
[0005] 为了应对外界环境的不断变化，做到真正的跟踪控制，人们又研究出了扰动观察 法(P&0)，俗称爬山法。该算法基于光伏电池的输出P-V曲线，定时的给光伏阵列增加扰动， 增加或减小输出电压，并观察扰动前后输出功率的变化，根据比较结果决定下一次扰动的 方向，从而寻找到最大功率工作点。该算法真正实现了光伏阵列最大功率的动态跟踪，同时 对检测电路的要求较低，是现在应用最为广泛的最大功率跟踪控制算法之一。但扰动观察 法也有自身的不足，如跟踪到最大功率点后会在其附近来回振荡，损失掉部分能量。
[0006] 在扰动观察法被不断应用的同时，为了适应更加快速的环境变化，实现光伏系统 对最大功率点的快速跟踪，有学者提出了电导增量法(INC)。电导增量法通过分析光伏电池 输出P-V曲线，提出通过计算输出电导增量的方法来决定跟踪方向。该算法通过计算的方法 实现最大功率跟踪，其反应速度快，容易实现快速跟踪控制，比较适合于外界环境变化较快 的区域使用，但同时电导增量法也有其缺点，如要求的检测电路精度高，控制器运算速度要 求快等。
【发明内容】
[0007] 为克服上述现有技术存在的不足，本发明之一目的在于提供一种基于回测和曲线 拟合的光伏最大功率追踪方法，其采用回测并结合插值法拟合光伏电池的P-U曲线，通过计 算的方式来确定MPP(最大功率点），减小了在MPP附近的来回扰动，大幅降低了由此带来的 效率损耗。
[0008] 本发明之另一目的在于提供一种基于回测和曲线拟合的光伏最大功率追踪方法， 其对于光照突变的场合能够快速识别响应，而且在MPP附近扰动较少，适合大功率光伏组件 的MPPT场合。
[0009] 为达上述及其它目的，本发明提出一种基于回测和曲线拟合的光伏最大功率追踪 方法，包括如下步骤：
[0010] 步骤一，通过回测的方式，保证同一时刻MPPT控制器至少获得3个光伏组件的工作 占.
[0011] 步骤二，利用以回测方式获得的光伏组件的三个工作点，根据预设的MPPT追踪方 向判断依据，判断当前光伏组件工作点和最大功率点之间的位置关系，并判断是否出现光 照突变；
[0012] 步骤三，于出现光照突变情况时，根据最新测得的数据，重新以最小扰动寻找最大 功率点；
[0013] 步骤四，当测得的光伏组件的工作点接近最大功率点时，通过回测得到的光伏电 池 P-U曲线上的三个数据点，使用拉格朗日插值方式来拟合光伏组件的近似P-U曲线。
[0014] 进一步地，步骤一包括：
[0015] 步骤1.1，控制系统在开机的时候检测光伏电池组件开路电压，设定光伏电池输出 电压初始参考值为，测量此时的电池组件输出电压和输出功率，记录为(U b，Pb);
[0016] 步骤1.2,给MPP电路一个扰动电压Δ Uref，通过扰动光伏电池组件的输出电压记录 另外两个工作点，该两个工作点对应的电池组件输出电压U a = Ub- Δ Uref，Uc = Ub+ Δ Uref，记 录对应的工作点(Ua，Pa)，（UhP。），根据P a，Pb，P。关系确定下一步追踪方向，并确定下一步的 扰动电压幅度AUref;
[0017]步骤1.3，以步骤1.2中最接近最大功率点的工作点的电压作为新的电压起点，以 经过PI环节得到新的扰动电压AUref为扰动步长，继续回测的方法，再测两个点，并记录对 应的功率，再通过步骤1.2的方式判断下一步的扰动方向和步长大小。
[0018] 进一步地，于步骤1.1中，控制系统在开机的时候检测光伏电池组件开路电压U。。， 设定光伏电池输出电压初始参考值为0.8U。。。
[0019] 进一步地，于步骤1.2中，AUref = O.01U。。。
[0020] 进一步地，于步骤四之前，还包括：
[0021 ]增加追踪停止判据，以根据该追踪停止判据停止对光伏组件最大功率的追踪。 [0022] 进一步地，该追踪停止判据为max{ I Pb-Pa I，I Pb-Pc I } <ε，当符合此判据时，判断光 伏组件输出功率已达到最大功率点，停止对光伏组件最大功率的追踪。
[0023] 进一步地，于步骤1.2中，确定好追踪方向后，根据当前功率相对电压的变化率ei， 通过一个PI控制器决定下一步的扰动电压幅度△ Uref。
[0024] 进一步地，在远离最大功率点时以较大步长逼近，接近最大功率点时以较小扰动 进行。
[0025] 进一步地，于步骤1.3中，采取最新测得的光伏电池输出工作点作为最新的基准工 作点，再根据本发明提出的最小扰动步长A Urrf = O.01U。。和回测方式来决定下一步的追踪 方向。
[0026] 进一步地，于步骤四之后，还包括：
[0027]在该光伏组件的近似P-U曲线被拟合出来后，通过数学计算的方式得到曲线的最 大功率点对应的光伏组件电压，再通过控制器设定电池组件的参考工作电压为此计算得到 的电压值。
[0028] 与现有技术相比，本发明一种基于回测和曲线拟合的光伏最大功率追踪方法基于 回测的方式，保证MPPT控制器可以通过光伏组件的3个工作点来判断当前光伏组件工作点 和最大功率点之间位置关系，而且可以避免光照突变时算法失效，在接近最大功率点时，回 测得到的3个工作点可以被用来拟合光伏组件的P-U曲线，采用数学计算的方法来寻找最优 解，可以减少硬件上的效率损失，能够最大程度提高光伏组件的效率。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明一种基于回测和曲线拟合的光伏最大功率追踪方法的步骤流程图；
[0030] 图2为本发明光伏电池输出功率与电压关系曲线示意图；
[0031] 图3为本发明具体实施例之基于回测和曲线拟合的光伏最大功率追踪方法流程 图。
【具体实施方式】
[0032] 以下通过特定的具体实例并结合【附图说明】本发明的实施方式，本领域技术人员可 由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同 的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离 本发明的精神下进行各种修饰与变更。
[0033] 图1为本发明一种基于回测和曲线拟合的光伏最大功率追踪方法的步骤流程图。 如图1所示，本发明一种基于回测和曲线拟合的光伏最大功率追踪方法，包括如下步骤：<