一種帶飽和限制的自適應變步長的最大功率點跟蹤方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種帶飽和限制的自適應變步長的最大功率點跟蹤方法，屬于控制系 統技術領域。
【背景技術】
[0002] 太陽能是可循環使用的清潔能源，光伏電池是目前直接利用太陽能的主要方式， 其發電模式和傳統發電模式有本質的區別。光伏發電具有間歇性和不穩定性的特點，光伏 電池的輸出功率受光照強度和環境溫度的影響。因而在不斷變化的工作狀態下，采用有效 的算法迅速跟蹤到光伏電池的最大功率點能夠切實提高光伏組件的發電效率。
[0003] 最大功率點跟蹤MaximunPowerPointTracking(MPPT)控制主要有定電壓跟蹤 法（CVT)、擾動觀察法、電導增量法和模糊控制、人工神經網絡、粒子群優化等智能算法在跟 蹤控制中的應用。智能算法對P-U曲線的非線性處理有效，對數據需要進行大量的計算和 處理，所以低成本的處理器并不能適應要求；定電壓跟蹤法本質上并不是真正的最大功率 點跟蹤，這種跟蹤忽略了環境對陣列輸出電壓的影響，因而只是一種穩壓控制；擾動觀察法 會在最大功率點附近會產生振蕩；而電導增量法的步長和閾值的選擇上存在困難。

【發明內容】

[0004] 為了解決上述技術問題，本發明提供了一種帶飽和限制的自適應變步長的最大功 率點跟蹤方法。
[0005] 為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：
[0006] -種帶飽和限制的自適應變步長的最大功率點跟蹤方法，包括以下步驟，
[0007] 步驟一，建立光伏電池模型；
[0008] 光伏電池模型為，
[0009]
[0010] 其中，
[0011] I為光伏電池的瞬時輸出電流；
[0012] U為光伏電池的瞬時輸出電壓；

[0021] Ise__、1"__、T_、T、Gnew、G分別代表光伏電池在非標準工作狀態下的 開路電壓、短路電流、最大功率點電壓、最大功率點電流，環境溫度與標準環境溫度差、環境 溫度、光照強度與標準光照強度差、光照強度；
[0022] Is。、U。。、1"、1]"、Traf、G"f分別代表光伏電池在標準工作狀態下的短路電流、開路電 壓、最大功率點電流、最大功率點電壓、環境溫度、光照強度；a、b、c為參數，是根據公開發 表的參考文獻得到的工程經驗值，代表溫差和光照強度差對光伏輸出電壓電流的影響；
[0023] 步驟二，建立升壓電路模型；
[0024] 升壓電路模型為，
[0025] U= (1-D)udc
[0026] 其中，D為升壓電路中三極管的占空比，0彡D彡1 ;ud。為升壓電路瞬時輸出電壓；
[0027] 步驟三，搜索最大功率點；
[0028] 搜索策略為：
[0029] 當 位于最大功率點左方，采用帶飽和限制的自適應最優梯度法計算 ，. 占空比步長，根據占空比步長調整D，即減小D;AI是兩步間的電流差，AU是兩步間的電壓 差；
[0030] 當-
位于最大功率點；
[0031] 當
位于最大功率點右方，米用帶飽和限制的自適應最優梯度法計算 占空比步長，根據占空比步長調整D，即增大D;
[0032] 所述帶飽和限制的自適應最優梯度法是以P-U最優梯度的線性比例函數作為自 適應變步長大小，具體計算公式為，
[0033]
[0034] 其中，A為自適應系數，為正常數；
[0035] AP為兩步之間的功率差；
[0036] Dk為第k次調整后的步長；
[0037] Dk :為第k-1次調整后的步長； j\pj\p
[0038] 當is大于定義的閾值時，用定義的飽和值代替; AllMI
[0039] 步驟四，采用基于鋸齒波載波的脈沖寬度調制，將D轉換成PWM信號，通過PWM信 號控制升壓電路中的三極管。
[0040] 在光伏系統升壓電路中，將D轉換成PWM信號的過程為，將D值與值域范圍[0, 1] 的鋸齒波進行比較，當D大于鋸齒波時，輸出1，小于鋸齒波時輸出0。
[0041] 本發明所達到的有益效果：1、本發明采用基于鋸齒波載波的PWM信號來直接控制 升壓電路的占空比，以跟蹤最大功率點，跟蹤效率高，當系統環境發生突變時，控制算法能 可靠工作，快速跟蹤到光伏系統的最大功率點；2、本發明能夠根據功率點所處的位置自適 應變步長，使得系統在遠離MPP時用較大步長快速跟蹤，在MPP附近減小占空比步長避免震 蕩，加入飽和限制可以避免可能出現的梯度值過大導致步長過大后跟蹤失效的問題。
【附圖說明】
[0042] 圖1為光伏系統結構圖。
[0043] 圖2為本發明的流程圖。
[0044] 圖3為光伏電池單二極管等效電路圖。
[0045] 圖4為典型光伏輸出特性P-U曲線。
[0046] 圖5為帶飽和限制的自適應變步長電導增量法流程圖。
[0047] 圖6為D轉PWM模塊設計。
[0048] 圖7為鋸齒波載波產生PWM信號。
[0049] 圖8為標準工作狀態下光伏電池輸出功率波形。
[0050] 圖9為光照變化圖。
[0051] 圖10為溫度變化圖。
[0052] 圖11為光照和溫度變化下的光伏電池輸出功率波形。
【具體實施方式】
[0053] 下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明 的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
[0054] 為了驗證本發明所述的方法，按照圖1所示，設計光伏系統，光伏系統由光伏電 池、升壓電路（即DC-DC電路）和負載組成。
[0055] 如圖2所示，一種帶飽和限制的自適應變步長的最大功率點跟蹤方法，包括以下 步驟：
[0056] 步驟一，建立光伏電池模型。
[0057] 根據圖3所示的光伏電池單二極管等效電路可知，光伏電池的瞬時輸出電流為，
[0058]
[0059]其中，
[0060] U為光伏電池的瞬時輸出電壓；
[0061] Iph為光生電流，其值正比于光伏電池的面積和入射光的光照強度；
[0062] Id為二極管支路電流；
[0063] I。為P-N結效應反向飽和電流；
[0064] q為電子荷（1. 69X10 19C);
[0065] A為PN結曲線常數；
[0066] K為波爾茲曼常數（1. 38X10 23J/K);
[0067] T為絕對溫度；
[0068] Rs、Rsh分別為光伏電池等效串聯電阻、并聯電阻。
[0069] 上述參數中I。、A、Rs、Rsh與環境溫度、光強和工作環境有關，具有不確定性。
[0070] 依據電池的特性參數簡化物理模型，得到光伏電池模型為，
[0081] Ise__、1"__、T_、T、Gnew、G分別代表光伏電池在非標準工作狀態下的 開路電壓、短路電流、最大功率點電壓、最大功率點電流，環境溫度與標準環境溫度差、環境 溫度、光照強度與標準光照強度差、光照強度；
[0082] Is。、U。。、1"、1]"、Traf、G"f分別代表光伏電池在標準工作狀態下的短路電流、開路電 壓、最大功率點電流、最大功率點電壓、環境溫度、光照強度；a、b、c為參數，是根據公開發 表的參考文獻得到的工程經驗值，代表溫差和光照強度差對光伏輸出電壓電流的影響；。
[0083] 步驟二，建立升壓電路模型。
[0084] 光伏電池初始輸出是直流電，但是該直流電受環境影響大且不穩定，升壓電路即 開關直流升壓電路，它的作用是把不可控的直流電升壓成可控的直流電，即實現DC-DC變 換。
[0085