專利名稱：基于最終功率回饋的三級分段溫度自適應太陽能mppt方法
技術領域：
本發明涉及一種測試太陽能最大功率的跟蹤法，具體涉及一種能根據環境溫度變化而變化計算太陽能最大功率的方法。
背景技術：
進入新世紀以來，隨著世界經濟的不斷發展，全球能源消耗迅速增長，對環境的污染也越來越嚴重，掀起了研究新能源的熱潮。在各種新能源中，太陽能因具有可再生和無污染等優點，越來越受到人們的重視，而太陽能發電作為一種非常有效的利用方式，也得到了迅速的發展。但在開發利用太陽能的過程中，仍存在著成本高、轉換效率低等問題。最大功率跟蹤(Maximum Power Point Traeking簡稱MPPT)技術能夠有效地提高太陽能的轉換效 率，使太陽能電池組能更充分地利用太陽能，改善太陽能發電中轉換效率低的問題。目前出現的太陽能MPPT跟蹤方法有固定電壓法、擾動觀測法、增量導納法、開路電壓法、最優梯度法、滑模控制法、模糊控制法、電流單參量控制法等，其中最常用的是擾動觀測法和增量導納法。上述方法在單獨使用時存在各種缺陷，如固定電壓法和開路電壓法不是真正的最大功率跟蹤算法，只能工作在較大功率點上；擾動觀測法是在最大功率點附近震蕩運行，且在外界環境變化時可能出現跟蹤錯誤的情況；增量導納法要求測到的電流和電壓變化量很小，需要精度很高的傳感器，實現較困難；其它方法也存在計算量大、工作點不穩定等問題。之后，有人提出了根據上述算法衍生出來的組合算法，即在算法中綜合使用了多種跟蹤方法，以達到更好的跟蹤效果。但上述算法在跟蹤最大功率點時,都是以太陽能電池組的直接輸出功率做為最大功率的判斷依據，而太陽能發電系統存儲到儲能設備中的能量或傳輸到電網中的能量是經過DC/DC轉換后輸出的能量，二者之間還存在DC/DC電路轉換效率的問題，而該效率在不同的輸入輸出電壓和電流時是變化的，所以上述算法得到的最大功率點并不是系統最終利用的最大功率點。另外，現有算法雖然考慮到了溫度的變化對最大功率點的影響，但都未對溫度的變化范圍進行細分，導致在每次跟蹤最大功率點時都需要在大范圍內搜索，跟蹤效率較低，也不準確，還容易出錯。
發明內容
本發明要解決的技術問題是現有太陽能跟蹤方法準確度差、效率低，提供一種準確度好、效率好的基于最終功率回饋的三級分段溫度自適應太陽能MPPT方法。本發明的技術方案是以下述方式實現的一種基于最終功率回饋的三級分段溫度自適應太陽能MPPT方法，是按照下述步驟進行的
a、啟動系統，初始化系統各項參數；
b、根據當前季節設置當前季節太陽能電池組最大功率點所在的太陽能電池組輸出電壓范圍的絕對區間[vabl，vabj ；
C、在步驟b中的絕對區間內使用擾動觀測法根據太陽能電池組的直接輸出功率尋找太陽能電池組直接輸出最大功率點對應的輸出電壓V1，若V1 > Vabr,則將Vafc做為當前溫度下最大功率點所在的輸出電壓范圍的相對區間的上限AU ;若V1 ( Vabr,則將V1做為當前溫度下最大功率點所在的輸出電壓范圍的相對區間的上限V&，并測得此時最終輸出功率
Prlr
d、從步驟b中得到的絕對區間的最小值開始按步長逐點檢測最終輸出功率，直到該功率等于Pm為止，并記錄此時的太陽能電池組的輸出電壓V2，若V2 < Vabl,則將Vabl做為當前溫度下最大功率點所在的輸出電壓范圍的相對區間的下限Vm ;若Vabl≤V2 < V&，則將V2做為當前溫度下最大功率點所在的輸出電壓范圍的相對區間的下限Vm ;若V2 ^ Vrlr,則將做為當前輸出電壓的最大功率點，此時最終輸出功率記為Pmax,做為最大功率點功率，Vrlr記為最大功率點的太陽能電池組輸出電壓Vmax，轉至步驟g ；
e、根據步驟c和步驟d中得到的Vm和V&確定當前溫度下最大功率點所在的輸出電壓范圍的相對區間[Vril，VriJ ；
f、在相對區間[Vm，Vrlr]內采用擾動觀測法尋找最終輸出功率的最大功率點，記此時的最終輸出功率為最大功率Pniax，此時太陽能電池組輸出電壓記為最大功率點的輸出電壓
V
max 9
g、啟動定時器，定時時間為5至10分鐘，定時時間到，檢測環境溫度，并更新至當前溫 度和當前季節信息；
h、若當前季節變化，轉至步驟b，若當前季節無變化，繼續步驟I;
I、若當前溫度變化，轉至步驟c，確定新溫度下最大功率點所在的輸出電壓范圍的相對區間[Vm，Vrlr]，若未變化，轉至步驟f，繼續在當前相對區間[Vrtl，Vrlr]內尋找最終輸出功率的最大功率點。與現有技術相比，本發明具有下述優點1.根據發電系統在最終存儲能量時的太陽能發電功率來尋找最大功率點，保證太陽能電池組能工作在真正意義上的最大功率點上，準確度高。2.基于太陽能電池組的輸出特性，本發明在跟蹤最大功率點時采用的三級分段太陽能跟蹤法，使得系統在不同的季節、不同的溫度條件下有更準確、更小的搜索范圍，提高了跟蹤的效率和準確度。
圖I是本發明使用時系統硬件的原理框圖。圖2是相同溫度T、不同光強S下太陽能電池的P-V特性曲線。圖3是不同溫度T、相同光強S下太陽能電池的P-V特性曲線。圖4是Buck型DC/DC變換電路效率曲線。
具體實施例方式一種基于最終功率回饋的三級分段溫度自適應太陽能MPPT方法，是按照下述步驟進行的
a、啟動系統，初始化系統各項參數；b、根據當前季節設置當前季節太陽能電池組最大功率點所在的太陽能電池組輸出電壓范圍的絕對區間[Vabl，VabJ,其中Vabl < Vafc,該范圍和溫度的變化有關系；
C、在步驟b中的絕對區間內使用擾動觀測法根據直接輸出功率尋找太陽能直接輸出最大功率點對應的工作電壓V1，若V1 > Vafc，則將Vafc做為當前溫度下最大功率點所在的輸出電壓范圍的相對區間的上限V& ;若V1 ( Vafc,則將V1做為當前溫度下最大功率點所在的輸出電壓范圍的相對區間的上限V&，并測得此時最終輸出功率P&，Vrlr和溫度有關；
d、從步驟b中得到的絕對區間的最小值開始按步長逐點檢測最終輸出功率，直到該功率等于Pm為止，并記錄此時的太陽能電池組的輸出電壓v2，若V2 < Vabl,則將Vabl做為當前溫度下最大功率點所在的輸出電壓范圍的相對區間的下限Vm ;若Vabl彡V2 < 1&，將V2做為當前溫度下最大功率點所在的輸出電壓范圍的相對區間的下限Vm ;若V2S V&，則將V&做為當前輸出電壓的最大功率點，此時最終輸出功率記為Pmax，做為最大功率點功率，記為最大功率點的太陽能電池組輸出電壓Vmax，轉至步驟g ； e、根據步驟c和步驟d中得到的Vm和V&確定當前溫度下最大功率點所在的輸出電壓范圍的相對區間[Vril，VriJ ；
f、在相對區間[Vm，Vrlr]內采用擾動觀測法尋找最終輸出功率的最大功率點，記此時的最終輸出功率為最大功率Pniax，此時太陽能電池組輸出電壓記為最大功率點的輸出電壓
V
max 9
g、啟動定時器，定時時間為5至10分鐘，定時時間到，檢測環境溫度，并更新至當前溫度和當前季節信息；
h、若當前季節變化，轉至步驟b，若當前季節無變化，繼續步驟I;
I、若當前溫度變化，轉至步驟c，確定新溫度下最大功率點所在的輸出電壓范圍的相對區間[Vm，Vrlr]，若未變化，轉至步驟f，繼續在當前相對區間[Vrtl，Vrlr]內尋找最終輸出功率的最大功率點。由圖2和3可知，太陽能電池組的輸出功率特性曲線在一定外部環境下具有拋物曲線的特征，存在唯一最大功率點且對應某一輸出電壓。Buck型DC/DC降壓變換電路效率在輸出電壓一定時與輸入電壓成反比。如果太陽能電池輸出電壓在圖I中的最大功率點處降低A V，將引起太陽能電池組直接輸出的功率降低，Buck型DC/DC降壓變換電路的效率提高，而太陽能最終輸出功率等于直接輸出功率和Buck電路效率的乘積，所以其大小變化則未可知。如果直接輸出功率降低較少，Buck電路效率提高較大，則最終輸出功率將會增大。所以圖2和圖3中的最大功率點并非系統的真正最大功率點，需要對最終功率進行判斷才能找到真正的最大功率點。圖2指出，在外部光強S變化時，太陽能的最大功率點處的輸出電壓變化不大；圖3指出，在外部溫度T變化時，太陽能的最大功率點處的輸出電壓變化較大。根據天氣的變化規律可知，外部溫度變化較慢，光強變化較快。因此，當瞬時天氣在晴天、多云、陰天之間變化時，光強變化較大、溫度變化不大，太陽能發電系統的最大功率點對應的太陽能電池組輸出電壓所在的區間變化較小，仍可在該區間內尋找最大功率點；當外部環境短期變化時，如早晨_>中午_>下午_>夜間，溫度變化較大時，需重新尋找最大功率點對應的太陽能電池組輸出電壓所在的工作區間，再從新的工作區間中找到最大功率點，該區間下文稱為相對區間；當外部環境長期變化時，如春_>夏_>秋_>冬變換季節時，環境溫度的變化范圍發生更大變化，各季節條件下包含的不同溫度相同光強情況下的Z7-K曲線簇也發生較大偏移，最大功率點對應的太陽能電池組輸出電壓所在的工作區間也會發生較大偏移。如在I月份溫度較低時選擇的輸出電壓搜索區間要比7月份溫度較高時選擇的區間在圖2中偏右，此搜索區間即為絕對區間。這種天氣的瞬時變化、短期變化和長期變化就是本發明中提出的三級分段溫度自適應的理論依據。如圖I所示，本發明使用時采用Buck降壓DC/DC變換電路，開關MOS管Q為調整Buck電路占空比的控制器件。MCU模塊通過檢測Buck電路輸出端的電流和電壓計算系統最終輸出到負載的功率，再根據本發明中設計的三級分段溫度自適應跟蹤算法找到太陽能 電池組的最終最大輸出功率。溫度檢測模塊用于監測外部環境溫度變化情況。本發明設計的最大功率跟蹤電路中，采用的電子元器件少，若再采用低功耗類型的元器件，將會大大降低系統的功耗，進一步改善了太陽能發電中轉換效率低的問題。本系統采用分離元件搭建了太陽能最大功率跟蹤電路，相比專用芯片，成本也大大降低。
權利要求
1. 一種基于最終功率回饋的三級分段溫度自適應太陽能MPPT方法，其特征在于是按照下述步驟進行的 a、啟動系統，初始化系統各項參數； b、根據當前季節設置當前季節太陽能電池組最大功率點所在的太陽能電池組輸出電壓范圍的絕對區間[Vabl，VabJ ； C、在步驟b中的絕對區間內使用擾動觀測法根據太陽能電池組的直接輸出功率尋找太陽能電池組直接輸出最大功率點對應的輸出電壓V1，若V1 > Vabr,則將Vafc做為當前溫度下最大功率點所在的輸出電壓范圍的相對區間的上限AU ;若V1 ( Vabr,則將V1做為當前溫度下最大功率點所在的輸出電壓范圍的相對區間的上限V&，并測得此時最終輸出功率Prlrd、從步驟b中得到的絕對區間的最小值開始按步長逐點檢測最終輸出功率，直到該功率等于Pm為止，并記錄此時的太陽能電池組的輸出電壓V2，若V2 < Vabl,則將Vabl做為當前溫度下最大功率點所在的輸出電壓范圍的相對區間的下限Vm ;若Vabl彡V2 < V&，則將V2做為當前溫度下最大功率點所在的輸出電壓范圍的相對區間的下限Vm ;若V2 ^ Vrlr,則將做為當前輸出電壓的最大功率點，此時最終輸出功率記為Pmax,做為最大功率點功率，Vrlr記為最大功率點的太陽能電池組輸出電壓Vmax，轉至步驟g ； e、根據步驟C和步驟d中得到的Vm和V&確定當前溫度下最大功率點所在的輸出電壓范圍的相對區間[Vril，VriJ ； f、在相對區間[Vm，Vrlr]內采用擾動觀測法尋找最終輸出功率的最大功率點，記此時的最終輸出功率為最大功率Pniax，此時太陽能電池組輸出電壓記為最大功率點的輸出電壓V ·max 9 g、啟動定時器，定時時間為5至10分鐘，定時時間到，檢測環境溫度，并更新至當前溫度和當前季節信息； h、若當前季節變化，轉至步驟b，若當前季節無變化，繼續步驟I; I、若當前溫度變化，轉至步驟c，確定新溫度下最大功率點所在的輸出電壓范圍的相對區間[Vm，Vrlr]，若未變化，轉至步驟f，繼續在當前相對區間[Vrtl，Vrlr]內尋找最終輸出功率的最大功率點。
全文摘要
本發明公開一種基于最終功率回饋的三級分段溫度自適應太陽能MPPT方法，是按照下述步驟進行的a、初始化系統各項參數；b、設置絕對區間[Vabl,Vabr]；c、在[Vabl,Vabr]區間內使用擾動觀測法需找Vrlr、Prlr；d、在[Vabl,Vabr]尋找Vrll；e、根據步驟c和步驟d中得到的Vrll和Vrlr確定[Vrll,Vrlr]；f、在[Vrll,Vrlr]內采用擾動觀測法尋找最終Pmax、Vmax；g、啟動定時器，定時時間為5至10分鐘，檢測環境溫度，并更新至當前溫度和當前季節信息；h、若當前季節變化，轉至步驟b，若當前季節無變化，繼續步驟I；I、若當前溫度變化，轉至步驟c。與現有技術相比，本發明準確度好、效率好。
文檔編號G05F1/67GK102778915SQ20111044048
公開日2012年11月14日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者姚雷博, 張偉民, 張波, 王煜, 葛運旺, 董紅政, 郭超 申請人:洛陽理工學院