適應天氣狀況的變電壓光伏系統最大功率跟蹤控制方法技術方案

一種光伏發電技術領域的適應天氣狀況的變電壓光伏系統最大功率跟蹤控制方法，首先，通過采集電路采集到某時刻的光伏電池輸出的電壓、電流和光伏電池板的溫度三項數據，計算出該時刻的開路電壓值和照度值；然后，將實際優化電壓系數乘以開路電壓值得到該時刻近似的最佳輸出電壓值，進行溫度和照度的補償，得到實際的最佳輸出電壓值，進而得到實際的最佳輸出電流值；最后，將負載端的輸出值與實際的最佳輸出電壓和最佳輸出電流值進行比較，并基于升降壓斬波電路和電壓、電流雙閉環的比例積分控制來實現最大功率輸出。本發明專利技術提高了光伏發電系統的輸出效率，同時保證了系統運行的穩定性和可靠性。

Maximum power point tracking control method for variable voltage photovoltaic system adapting to weather condition

The adaptive tracking control method, the maximum power voltage variable photovoltaic system of weather conditions of a field of photovoltaic power generation technology first, the collected voltage and current output of photovoltaic cells and photovoltaic panels in a moment is the temperature of the three data collected by the circuit, calculate the time value of the open circuit voltage and illumination value; then, the best output the actual voltage optimization voltage open circuit voltage is multiplied by the coefficient of the moment approximate values of temperature and illumination compensation, the actual value of the best output voltage, output current and get the best practical value; finally, the load end of the output value of the output voltage and the best practical and optimal output current value were compared. And to achieve the maximum power output based on Buck chopper circuit and the voltage and current double closed-loop proportional integral control. The invention improves the output efficiency of the photovoltaic power generation system, and ensures the stability and reliability of the operation of the system.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及的是一種光電子
的控制方法，具體是一種適應天氣狀況 的變電壓光伏系統最大功率跟蹤控制方法。技術背景各種可再生能源的利用和研究已日益受到世界各主要發達國家的重視，成為 解決能源危機和環境問題的有效手段之一。光伏發電系統可以將能量巨大的太陽 能轉換成為電能，是未來發電的重要方式之一。但光伏發電系統存在投資成本高、 效率低、輸出電能不穩定等一系列問題，因此，針對光伏發電系統研究一種高效 的最大功率跟蹤控制方法是非常必要的?，F有技術中的最大功率跟蹤控制方法， 如恒定電壓法、擾動觀察法、增量電導法、短路電流法、模糊法、恒定電壓和擾 動觀察相結合的方法等。雖然在一定程度上解決了問題，但都存在精度差、適應 性差和跟蹤效率低等不足。經對現有技術的文獻檢索發現，A. Saadi等在《IEEE ISIE 2006》(美國電 氣電子工程師協會工業電子國際會議論文集)(2006年7月9一12日，第 1716 - 1720頁)上發表的"Optimisation of chopping ratio of back-boost converter by MPPT technique with a variable reference voltage applied to the photovoltaic water pumping system"(采用變參考電壓最大功率足艮蹤技 術的Back-Boost變換器斬波比優化及其在光伏水泵系統中的應用)，該文中提 出變電壓跟蹤的概念，但是具體如何實現并沒有提及。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對上述現有技術中的不足，提出了一種適應天氣狀況的 變電壓光伏系統最大功率跟蹤(MPPT)控制方法，通過溫度和照度(日照強度) 的補償，使光伏發電系統始終輸出最大功率。本專利技術是通過以下技術方案實現的，本專利技術包括如下步驟首先，在天氣狀況發生變化時，通過采集電路采集到某時刻的光伏電池輸出的電壓、電流和光伏電池板的溫度三項數據，再根據上述數據計算出該時刻的開 路電壓值和照度值；然后，將實際優化電壓系數乘以開路電壓值得到該時刻近似的最佳輸出電壓 值，而根據該時刻太陽能電池板的溫度和照度值進行溫度和照度的補償，得到實 際的最佳輸出電壓值，進而得到實際的最佳輸出電流值；最后，將實際的最佳輸出電壓和最佳輸出電流值作為給定值，并將負載端的 輸出值與給定值進行比較，并基于sepic電路(升降壓斬波電路)和電壓、電流 雙閉環的比例積分控制來實現最大功率輸出。所述的近似優化電壓系數，是指:最佳輸出電壓與開路電壓間存在線性關系， 即若最佳輸出電壓約為開路電壓的iH倍，則近似優化電壓系數取為《1=0.76。所述進行溫度補償，是指當光伏發電系統的外界溫度在-5(rC到75。C的范圍內變化時，對近似優化電壓系數進行補償，在25。C時，近似優化電壓系數 等于實際的優化電壓系數，所以近似優化電壓系數不需要溫度補償，而在其它溫 度情況下，溫度補償系數為A『b0.003/° C，在r〉25。C，溫度補償值A『為正；否則，溫度補償值A『為負，溫度補償公式具體如下<formula>formula see original document page 5</formula>其中，T為太陽能電池板的攝氏溫度。所述進行照度補償，是指當光伏發電系統的外界日照強度在0『/附2到1000『/附2的范圍內變化時，對近似優化電壓系數進行補償，當日照強度 >S = 750『/m2，近似優化電壓系數等于實際優化電壓系數，近似優化電壓系 數不需要照度補償，在S > 750『/m2時，照度補償系數為 AS1 = 0.000012nf/『；在S<750『/m2時，照度補償系數為 △S2 = 0.00002667 m2 /『。照度補償值用AS表示，照度補償公式具體如下<formula>formula see original document page 6</formula>所述得到實際的最佳輸出電壓值，是指綜合溫度補償和照度補償得到實際優 化電壓系數K，具體如下〖7H + A『+ AS ，將實際優化電壓系數乘以開路電壓值得到最佳輸出電壓值，并將該電壓值帶入光伏關系式中得到最佳輸出電 流值，兩者的乘積即為最大輸出功率值。所述基于sepic電路和電壓、電流雙閉環PI (比例積分)控制來實現最大功 率輸出，具體為通過電壓和電流雙閉環PI控制PBl (脈寬調制)的占空比， 進而控制s印ic電路的的IGBT (絕緣柵雙極晶體管)或MOSFET (金屬氧化物 半導體場效應管)的開關頻率，使s印ic電路輸出升高或降低的電壓值。所述電壓和電流雙閉環PI控制，具體是將最佳輸出電壓值作為給定值與 負載端輸出電壓值比較，將比較值進行PI調節，輸出結果與負載端輸出電流值 進行比較，將第二次比較值進行PI調節，輸出值控制P麗的占空比，而輸出的 P麗控制IGBT觸發端的開關頻率，通過sepic電路進行DC/DC (直流-直流)變 換，就可以輸出最大功率值。本專利技術與現有技術相比，具有以下有益效果本專利技術能夠滿足光伏發電系統最大功率跟蹤的需要，(l)輸出效率高有實驗數據表明， 一般的跟蹤控制方法效率低于90%，而本專利技術方法在不同的天氣狀況下光伏電池的輸出效率都可以達到99%以上；(2)能量損失少 一般的跟蹤方法如爬山法通過擾動光伏系統的輸出電壓，判斷擾動前后系統輸出功率的變化情況，并按照使輸出功率增加的原則 來對系統進行控制，在這種跟蹤方法下，振動會一直存在，能量的損失不可避免，而本專利技術方法的最大輸出效率是通過計算得到的，不會存在振動現象；(3)跟蹤 速度快 一般的跟蹤方法如增量電導法計算過程復雜，跟蹤速度較慢，在低照度 的情況下，跟蹤最大功率是非常困難的，而本專利技術方法在百分之幾秒內就可跟蹤到最大功率值；(4)性價比高，整個系統電路設計簡單，成本低廉，對于提高昂貴的光伏發電系統的性能具有積極意義。 附圖說明圖l為本專利技術控制流程圖；圖2為本專利技術光伏MPPT系統組成示意圖；圖3為本專利技術變電壓MPPT算法跟蹤效果仿真結果示意圖；圖4為本專利技術電壓電流雙閉環控制示意圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的實施作詳細說明本實施例是在以本專利技術技術方案 為前提下進行的，給出了詳細的實施方式和過程，但本專利技術的保護范圍不限于下 述的實施例。如圖2所示，為執行本實施例方法的光伏MPPT系統，其中采用第一穿孔 式霍爾電流傳感器HR1、第一穿孔式霍爾電流傳感器HR2分別檢測太陽能電池 輸出電流II和負載端輸出電流12，型號采用北京華智興遠科技有限公司的 HKA-YP系列霍爾電流傳感器中的HKA50-YP型，測量電流范圍0-150A;采用 電阻分壓的方式檢測太陽能電池輸出電壓值VI和負載端輸出電壓值V2，其中， 電阻Rl和電阻R3阻值取為40KQ (歐姆)，電阻R2和電阻R4阻值取為10K Q (歐姆)；采用溫度傳感器WD檢測電池板的溫度值T，溫度傳感器的型號采 用美國模擬器件公司生產的集成溫度傳感器AD590 ，測溫范圍-550C~+1500C。 Ll為10—4H(亨)，L2為10—3H(亨)，Cl為10—6F (法)，C2為10本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種適應天氣狀況的變電壓光伏系統最大功率跟蹤控制方法，其特征在于，包括如下步驟：首先，在天氣狀況發生變化時，通過采集電路采集到某時刻的光伏電池輸出的電壓、電流和光伏電池板的溫度三項數據，再根據上述數據計算出該時刻的開路電壓值和照度值 ；然后，將實際優化電壓系數乘以開路電壓值得到該時刻近似的最佳輸出電壓值，而根據該時刻太陽能電池板的溫度和照度值進行溫度和照度的補償，得到實際的最佳輸出電壓值，進而得到實際的最佳輸出電流值；最后，將實際的最佳輸出電壓和最佳輸出 電流值作為給定值，并將負載端的輸出值與給定值進行比較，并基于升降壓斬波電路和電壓、電流雙閉環的比例積分控制來實現最大功率輸出。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉立群，王志新，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：31[中國|上海]