[发明专利]一种改进型太阳能光伏MPPT控制系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏系统中的太阳能电池最大功率点跟踪控制技术领域，尤其涉及的是一种改进型太阳能光伏MPPT控制系统与方法。

背景技术

能源供求问题越来越严重，为了使地球环境得到改善，人们越来越重视新能源的开发和利用，尤其是可再生能源的利用。太阳能作为一种新型绿色能源，可解决因常规能源枯竭而引发的能源危机，受到国内外的广泛关注。而光伏发电则是当前利用太阳能的主要形式之一。光伏电池的输出特性具有较强非线性特征，它的输出功率不仅与光伏电池内部特性有关，还受到外界环境条件(光照、温度)的影响，采用最大功率点跟踪技术(Maximum power point track,MPPT)可有效提升光伏系统的能量转换效率。常用MPPT方法中开路电压系数法和短路电流系数法，控制简单易于实现，但需要周期性的断开或短路光伏电池，导致较多功率损失，且其工作点并不是真正的最大功率点。扰动观察法通过对光伏板的输出电压施加扰动，检测输出功率的变化来跟踪最大功率。对定步长扰动观察法，大步长可提升跟踪速度，但最大功率点附近功率振荡大，能量损失严重；小步长可减少能量损失，提高稳态精度，但会降低跟踪速度。电导增量法通过比较光伏电池的电导增量和瞬间电导来改变系统的控制信号。除此之外，还有基于智能控制的MPPT方法，例如，基于模糊算法的最大功率点跟踪控制策略， 具有稳态精度高，鲁棒性强的特点，但该算法有效性依赖于设计者的经验；用神经网络算法进行最大功率跟踪，但需要对每块光伏板进行训练以获取其控制规则；采用滑膜变结构控制提高系统的动态性能，但其参数设计较为复杂，实用性不高。基于此，本发明提供了一种改进型太阳能光伏MPPT控制系统与方法，可以解决定步长算法稳态性能和动态性能相互矛盾的问题，同时可以提高系统的响应速度和稳态精度，降低系统震荡，并能够快速稳定地跟踪光伏电池的最大输出功率。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中定步长算法稳态性能和动态性能相互矛盾的问题，提供了一种改进型太阳能光伏MPPT控制系统与方法。

本发明提供了一种改进型太阳能光伏MPPT控制系统，包括太阳能电池单元，电压变换单元，电压传感器，电流传感器，MPPT控制模块，PWM模块，滤波电容C2和负载，所述电压变换单元包括电感L1、L2、开关管Q1、电容C1以及二极管D1；太阳能电池单元的正极与电感L1的一端连接，电感L1的另一端连接开关管Q1的漏极以及电容C1的一端，开关管的源极接地，电容C1的另一端连接电感L2的一端和二极管D1的正极，电感L2的另一端接地，二极管D1的负极连接滤波电容C2的一端，滤波电容C2的另一端接地，PWM模块的输出端连接开关管Q1的栅极；电压传感器和电流传感器连接 MPPT控制模块，并分别将检测到的电压信号和电流信号发送给MPPT控制模块；MPPT控制模块连接PWM模块，并将占空比信号发送给PWM模块。

所述电压变换单元还可以为Boost升压变换电路或Buck降压变换电路。所述电流传感器优选为霍尔传感器。

一种上述改进型太阳能光伏MPPT控制系统的控制方法，其包括以下步骤：

(1)通过电压传感器和电流传感器分别检测出电压U_k和电流I_k，计算出功率P_k＝U_kI_k，并进一步得到ΔU_k＝U_k-U_k-1，ΔI_k＝I_k-I_k-1，ΔP_k＝P_k-P_k-1；

(2)进一步得出占空比变化量ΔD，且

(3)判断ΔD_k是否大于等于预先设定的基准占空比参数D_ref；如果是，直接执行步骤(4)；如果不是，令ΔD_k＝D_ref，然后执行步骤(4)；

(4)令判断S是否大于等于0；如果是，执行步骤(5)；如果不是，执行步骤(6)；

(5)判断ΔP是否等于0；如果是，返回；如果不是，执行步骤(7)；

(6)判断ΔU是否大于0；如果是，执行步骤(9)；如果不是，则执行步骤(8)；