[发明专利]一种基于变步长电导增量法改进的光伏MPPT控制方法

权利要求书

1.一种基于变步长电导增量法改进的光伏MPPT控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：对光伏发电系统MPPT控制模块的参数进行初始化设置，其中包括，初始占空比D_init，占空比的扰动定步长d，环境变化判断阈值ε，Newton二次插值算法标志位f；

步骤S2：通过电压检测装置和电流检测装置分别采集第k个工作周期的光伏列阵的输出电压V_k和输出电流I_k，MPPT控制模块分别记录三个采样点光伏列阵的输出电压V_k、V_k-1、V_k-2和输出电流I_k、I_k-1、I_k-2；

步骤S3：通过计算光伏列阵的输出电压的变化量是否超出阈值，来判断外界环境是否发生变化，若|V_k-V_k-1|ε，且标志位f＝1，则执行步骤S13；若|V_k-V_k-1|ε，且标志位f＝0，则执行步骤S4；若|V_k-V_k-1|ε，则令标志位f＝0，接着执行步骤S4；

步骤S4：根据采集的第k个工作周期、第k-1个工作周期和第k-2个工作周期的光伏列阵的输出电压和输出电流，判断是否进入了插值区域，若未进入插值区域执行步骤S5，若进入插值区域则执行步骤S7；

步骤S5：根据MPPT控制模块记录的光伏列阵的输出电压V_k、V_k-1和输出电流I_k、I_k-1，运用变步长电导增量法改变占空比的扰动步长；设变步长电导增量法中的步长调整系数为S_k：

其中，dI为第k时刻的电流I_k与第k-1时刻的电流I_k-1的差值，dV为第k时刻的电压V_k与第k-1时刻的电压V_k-1的差值，dP为第k时刻的功率P_k与第k-1时刻的功率P_k-1的差值，接着执行步骤S6；

步骤S6：判断步长调整系数S_k是否大于0，若S_k0，且S_k的绝对值|S_k|1，则执行步骤S9；若S_k0，且S_k的绝对值|S_k|1，则执行步骤S10；若S_k0，且S_k的绝对值|S_k|1，则执行步骤S11；若S_k0，且S_k的绝对值|S_k|1，则执行步骤S12；

步骤S7：在插值区域内，判断采集的三个采样点的数据是否满足进行Newton二次插值法运算的条件，其判断条件为S_k*S_k-1是否小于0，其中S_k-1为前一个采样点的步长调整系数，若S_k*S_k-10,则执行步骤S8；若S_k*S_k-10,则执行步骤S6；若S_k*S_k-1＝0，则V_mpp＝V_k-1，其中V_mmp为最大功率点电压，D_mmpW为最大功率时的占空比，R为负载阻值，接着执行步骤S13；

步骤S8：根据三个采样点的V_k、V_k-1、V_k-2和I_k、I_k-1、I_k-2，计算三个采样点的输出功率，P_k＝V_k*I_k，P_k-1＝V_k-1*I_k-1，P_k-2＝V_k-2*I_k-2，光伏列阵的P-V曲线在最大功率点附近呈抛物线形状，用Newton二次插值法对抛物线进行拟合，Newton二次插值法的公式为：

N₂(x)＝f(x₀)+(x-x₀)f[x₀,x₁]+(x-x₀)(x-x₁)f[x₀,x₁,x₂] (2)

其中，N₂(x)为光伏列阵P-V曲线的二次Newton插值多项式，x0、x1、x2分别对应采样点的V_k-2、V_k-1、V_k，f[x0,x1]和f[x0,x1,x2]分别对应插值区域内功率P的一阶均差和二阶均差，x对应插值区域内的电压V；

由上式可知，当N₂(x)＝0时，可得N₂(x)的极值点x

x＝0.5*((x₀+x₁)-f[x₀,x₁]/f[x₀,x₁,x₂]) (3)

将三个采样点的数据代入公式(3)，可得最大功率点电压V_mpp，

V_mpp＝0.5*((V_k-2+V_k-1)-P[V_k-2,V_k-1]/P[V_k-2,V_k-1,V_k]) (4)

其中，P[V_k-2,V_k-1]＝(P_k-1-P_k-2)/(V_k-1-V_k-2)

P[V_k-1,V_k]＝(P_k-P_k-1)/(V_k-V_k-1)

P[V_k-2,V_k-1,V_k]＝(P[V_k-2,V_k-1]-P[V_k-1,V_k])/(V_k-V_k-2)

根据占空比D与光伏列阵输出电压V的转化公式：

式(5)中R为负载阻值，

由式(5)可得其中V_mmp为最大功率点电压，I_mmp为最大功率点电流，令标志位f＝1，接着执行步骤S13；

步骤S9：若满足D_k+1＝D_k-S_k·d，其中d为扰动占空比，则执行步骤S13；

步骤S10：若满足D_k+1＝D_k-d，则执行步骤S13；

步骤S11：若满足D_k+1＝D_k+S_k·d，则执行步骤S13；

步骤S12：若满足D_k+1＝D_k+d，则执行步骤S13；

步骤S13：将D_k+1或D_mpp传输至PWM模块，得到相应占空比的PWM波控制开关管S，接着返回步骤S2。