一種變步長mppt控制方法
【技術領域】
[0001 ]本發明屬于光伏發電技術領域，具體地，涉及一種變步長MPPT控制方法。
【背景技術】
[0002] 太陽能作為取之不盡用之不竭的可再生能源，太陽能的利用在當今世界范圍內已 受到高度重視。但是太陽能電池的功率輸出是非線性的，而且環境變化對其電能的輸出有 很大的影響。最大功率點跟蹤技術(Maximum Power Point Tracking)可以有效地解決傳統 光伏發電系統中的效率過低、成本過高的問題，充分發揮光伏組件的效能。
[0003] 常見的MPPT控制方法包括固定電壓法(CTV)、擾動觀察法(P&0)、電導增量法（INC) 等。固定電壓法算法簡單、穩定性高，但是系統跟蹤精度差。擾動觀察法對傳感器精度要求 不高，但穩定性較差，易造成系統能量丟失，而且跟蹤步長不好確定。智能算法雖然有很好 的控制效果，但是控制算法復雜，依賴歷史經驗，控制器的設計成本較高。電導增量法通過 檢測光伏電池兩端的電壓和輸出電流，并根據功率對電壓的變化率與輸出電流、電壓之間 的關系完成最大功率點跟蹤。當時，此時工作點在最大功率點的左側，需要增大參 ril' b 考電壓；當f ==時，此時工作點在最大功率點處，需要保持參考電壓不變；當g 時，此時工作點在最大功率點的右側，需要減小參考電壓。電導增量法對最大功率點的判斷 準確，震蕩小，但同樣存在著步長選擇和誤判問題。固定步長影響到最大功率點跟蹤的控制 效果，無法兼顧快速性和穩定性。現有的變步長控制方法提升了系統的快速跟蹤能力和穩 態效果，但設計難度和成本較高，通用性較差。
【發明內容】
[0004] 本發明提供了一種變步長MPPT控制方法，解決了電導增量法的步長選擇和外部環 境突變時的誤判問題，實現簡單。
[0005] 為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：
[0006] 變步長MPPT控制方法特征是：建立光伏電池模型以及升壓電路模型，采集光伏電 池的輸出電壓和輸出電流值，通過判定參數Η是否大于0來選擇合適的步長方案，使工作點 能快速穩定地靠近最大功率點，并且通過功率的變化來判定外界環境是否發生突變，給Η賦 值以選擇合適的步長方案。
[0007] -種變步長MPPT控制方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟（1):由MPPT控制電路建立光伏電池模型和升壓電路模型，并在太陽能電池模 型的基礎上建立升壓電路模型以實現最大功率點跟蹤；
[0009] 步驟(2):獲取光伏電池當前k-Ι時刻的輸出電壓U(k-l)和電流I(k-l)，然后在當 前輸出電壓基礎上增大一個電壓分量AU，得出k時刻的電壓U(k)和電流I(k)，計算出AU k， A Ik;再增大一個電壓分量Δ U，得出k+1時刻的電壓U(k+1)和電流I (k+1)，以及計算得出Δ Uk+i，A Ik+i，Δ P;
[0010]步驟(3):由傳統的固定步長電導增量法建立并分析光伏電池板的P-U特性曲線， 在最大功率點的斜率為0，窄
可知在最大功率點處，
[0011]當
I時，位于最大功率點左側，需要增大參考電壓保證系統向最大功率
點靠近；
[0012] 當 時，位于最大功率點右側，需要減小參考電壓保證系統向最大功率點 罪近；
[0013] 在特性曲線左側_
，曲線右側
，建立參·
若H>0,說明工作點運行在特性曲線單側，仍未達到最大功率點，依舊使用大步長電導增量 法搜尋最大功率點;反之，跟蹤步長變小，計算并判斷參數Η是否大于0;
[0014] 步驟(4):若Η>0,依舊使用大步長電導增量法搜尋最大功率點，返回步驟(2);若Η < 〇時，減小系統的跟蹤步長，使之快速收縮到最大功率點附近，執行步驟(5);
[0015] 步驟(5):若外部環境變化不明顯，導致系統內部功率細微的變化，則輸出Η= -1， 返回步驟(2);若外部環境發生突變，而且變化較大，導致ΔΡ較大，超過了預設的極限值lim A P，則輸出H= 1，返回步驟(2)。
[0016] 進一步，所述步驟(1)中，升壓電路模型得到的方程為:U=(l_D)Ud。;式中，D為升壓 電路中晶體管的占空比;U為太陽能電池輸出電壓;U dc為升壓電路瞬時輸出電壓。
[0017] 進一步，所述步驟⑵中，AUk = U(k)-U(k_l)，Δ Ik=I(k)-I(k_l); AUk+1 = U(k+ l)-U(k)，AIk+1 = I(k+l)_I(k)，AP = U(k+l)I(k+l)_U(k)I(k)，均通過檢測到的電流電壓 值計算得到。
[0018] 上述技術方案后，本發明具有以下有益效果：1.相比MPPT定步長控制方法，在離最 大功率點較遠時H>0,說明工作點運行在特性曲線單側，采用大步長電導增量法，跟蹤能力 得到提高;接近最大功率點后，H<0,切換為小步長跟蹤方案，使工作點在最大功率點附近 工作，提高了光伏組件的平均輸出功率。因此，系統可以快速且穩定地追蹤到最大功率點。 2.相比智能變步長MPPT控制方法，該方法設計簡單、系統成本較低，不依賴于歷史經驗。3. 當外部環境發生變化時，功率變化超過了一定的閾值，通過給參數Η賦值的方法來進行步長 選擇，同時跟蹤步長變為正常，以使系統快速跟蹤外部環境變化，有效地解決了電導增量法 在外界環境發生突變時引起的誤判問題。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發明實施的變步長MPPT控制方法流程圖。
[0020] 圖2是MPPT控制電路。
[0021] 圖3是光伏電池的伏安特性I-V曲線。
[0022]圖4是光伏電池的輸出特性P-V曲線。
[0023]圖5是電導增量法的控制流程圖。
[0024]圖6是電導增量法的原理圖。
[0025] 圖7是該MPPT控制方法的工作過程示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面根據說明書附圖和具體實施例對本發明做進一步解釋。應當理解的是，此處 所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
[0027] 本發明通過建立光伏電池模型以及升壓電路模型，采集光伏電池的輸出電壓和輸 出電流值，判定參數Η是否大于0來選擇合適的步長方案，當H>0時，使用大步長電導增量法 搜尋最大功率點，Η < 0時使用小步長電導增量法進行追蹤，使工作點能快速穩定地靠近最 大功率點，并且利用了功率的變化來判定外界環境是否發生突變，給Η賦值以選擇合適的步 長方案。包括以下步驟：
[0028] 步驟（1):建立光伏電池模型和升壓電路模型。，并在太陽能電池模型的基礎上建 立升壓電路模型以實現最大功率點跟蹤；
[0029] 步驟(2):獲取光伏電池當前k-Ι時刻的輸出電壓U(k-l)和電流I(k-l)，然后在當 前輸出電壓基礎上增大一個電壓分量AU，得出k時刻的電壓U(k)和電流I(k)，計算出AUk， △ Ik;再增大一個電壓分量A U，得出k+1時刻的電壓U(k+1)和電流I (k+1)，以及計算得出△ Uk+i，Δ Ik+1，ΔΡ;得出k+Ι時刻的電壓U(k+1)和電流I(k+1)，AUk+i = U(k+l)-U(k)，Δ Ik+1 = I (k+l)-I(k)，AP = U(k+l)I(k+l)-U(k)I(k)。
[0030] 步驟(3):通過分析光伏電池板的P-U特性曲線可知，存最大功率點的斜率為0,因 此，有
可知在最大功率點處，
時，位于最大功率點左側，需要增大參考電壓保證系統向最大功率點靠近;當
時， 位于最大功率點右側，需要減小參考電壓保證系統向最大功率點靠近;所以，在特性曲線左 側
，曲線右側
：建立參數
；若!1>0， 說明工作點運行在特性曲線單側，仍未達到最大功率點，依舊使用大步長電導增量法搜尋 最大功率點;反之，步長變小，計算并判斷參數Η是否大于0;
[0031]步驟(4):若Η>0,說明工作點運行在特性曲線單側，仍未達到最大功率點，依舊使 用大步長電導增量法搜尋最大功率點，返回步驟(2);若HS0時，工作點經過了最大功率點， 此時系統的跟蹤步長變小，使之快速收縮到最大功率點附近，執行步驟(5)。
[0032]步驟(5):若外部環境變化不明顯，導致系統內部功率細微的變化，此時仍舊可以 使用小步長進行搜索，則輸出H = -l，返回步驟(2);若外部環境發生突變，而且變化較大，導 致ΑΡ較大，超過了預設的極限值limAP，則輸出H=l，返回步驟(2)。
[0033]下面進一步詳細說明本方法的具體實施步驟。
[0034]為了驗證本發明所述的方法，變步長ΜΡΡΤ控制方法流程圖如圖1所示，包括以下步 驟：
[0035]步驟（1):按照圖2所示的ΜΡΡΤ控制電路，建立光伏電池模型和升壓電路模型。該電 路中，開關S的占空比D的變化會影響光伏器件的輸出電壓、輸出電流以及輸出功率，因此我 們就可以根據某一時刻$的信號來調整S的工作，使PPV增大直至最后輸出最大功率。光伏 ?? 電池的伏安特性Ι-ν曲線如圖3所示，輸出特性Ρ-ν曲線如圖4所示。
[0036] 該模型采用太陽能電池提供的四個標準測試條件下的電氣參數（IscUmD。 其中I-V方程為：
[0037]
[0038] I為太陽能 電池輸出電流;U為太