本發明涉及太陽能光伏發電的技術領域，尤其涉及的是一種光伏陣列無復雜運算變步長最大功率跟蹤控制方法。

背景技術：

光伏陣列的輸出功率會隨著環境溫度和光照強度的變化而非線性變化，為提高光伏發電系統的效率，最大功率點跟蹤(maximum power point tracking，MPPT)就成為光伏發電系統中不可缺少的一個部分。常用的最大功率點跟蹤方法有擾動觀測法和電導增量法。其中，擾動觀測法由于其沒有復雜除法運算而被廣泛應用，但隨著有關學者的研究發現，該方法存在震蕩和誤判的問題；而電導增量法的控制穩定度高，當環境參數發生變化時，該方法仍能平穩地跟蹤其變化，并且與光伏陣列的特性和參數無關，但步長過大時會產生劇烈震蕩，步長過小會使跟蹤速度變慢。有學者提出由功率變化量與電壓變化量之比來決定步長，較好兼顧了跟蹤精度和跟蹤速度，但其在外部環境條件突變時由于電壓變化量很小而導致步長過大，偏移了實際情況，進而會導致功率跟蹤的震蕩問題。另外，對傳統光伏陣列變步長電導增量最大功率跟蹤方法存在較多復雜除法運算而導致該算法實時性變差的問題。

技術實現要素：

發明目的：本發明的目的在于解決傳統光伏陣列變步長電導增量最大功率跟蹤方法存在除法運算以及環境突變導致步長偏移實際情況的問題，提供了一種光伏陣列無復雜運算變步長最大功率跟蹤控制方法：通過對光伏陣列無復雜運算變步長最大功率跟蹤控制方法分析和數學推導，得到不含除法運算的最大功率跟蹤方法；步長的確定分第一次最大功率點之前和之后兩種情況來確定，很好解決了由于外部環境突變而導致步長偏移實際情況的問題。

技術方案：本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括以下步驟：

(1)采集光伏陣列電壓U_pv(k)和電流I_PV(k)，并計算出功率P_PV(k)；

(2)計算前后兩采樣時刻光伏陣列電壓變化量△U_pv(k)、電流的變化量△I_PV(k)和功率的變化量△P_PV(k)，并確定步長△D(k)；

(3)如果電壓變化量△U_pv(k)等于0，判斷電流變化量△I_PV(k)是否等于0，如果同樣滿足，則不改變PWM信號占空比的值；如果不滿足，判斷電流變化量△I_PV(k)是否小于0，如果小于0，則PWM信號占空比的值D(k)為D(k-1)減去一個步長△D(k)；否則，PWM信號占空比的值D(k)為D(k-1)加上一個步長△D(k)；

(4)如果電壓變化量△U_pv(k)不等于0，判斷是否U_pv(k)△I_PV(k)等于-△U_pv(k)I_PV(k)，如果U_pv(k)△I_PV(k)等于-△U_pv(k)I_PV(k)，則不改變PWM信號占空比的值；如果U_pv(k)△I_PV(k)小于-△U_pv(k)I_PV(k)，并且△U_pv(k)大于0，則PWM信號占空比的值D(k)為D(k-1)減去一個步長△D(k)；如果U_pv(k)△I_PV(k)小于-△U_pv(k)I_PV(k)，并且△U_pv(k)小于0，則PWM信號占空比的值D(k)為D(k-1)加上一個步長△D(k)；如果U_pv(k)△I_PV(k)大于-△U_pv(k)I_PV(k)，并且△U_pv(k)大于0，則PWM信號占空比的值D(k)為D(k-1)增加一個步長△D(k)；如果U_pv(k)△I_PV(k)大于-△U_pv(k)I_PV(k)，并且△U_pv(k)小于0，則PWM信號占空比的值D(k)為D(k-1)減去一個步長△D(k)；

(5)用U_pv(k)、I_PV(k)、P_PV(k)和D(k)分別更新U_pv(k-1)、I_PV(k-1)、P_PV(k-1)和D(k-1)值，返回主程序，并將所得占空比值的PWM信號，控制DC/DC升壓變換器中開關管的通斷，以達到最大功率跟蹤的目的。

所述步驟(1)中，功率P_PV(k)為：

P_PV(k)＝U_pv(k)I_PV(k)。

所述步驟(2)中，電壓的變化量△U_pv(k)為：

△U_pv(k)＝U_pv(k)-U_pv(k-1)；

電流的變化量△I_PV(k)為：

△I_PV(k)＝I_PV(k)-I_PV(k-1)；

功率的變化量△P_PV(k)為：

△P_PV(k)＝P_PV(k)-P_PV(k-1)；

步長△D(k)為：

第一次達到最大功率點之前：|

第一次達到最大功率點之后：

ΔD(k)＝N₂|ΔP(k)|，

其中：△P(k)為第k次采樣時刻的功率變化量，N₁和N₂為占空比的換算系數，N₁和N₂取值范圍分別為：

其中：△D_max為最大定步長，△U和△P分別為最大定步長△D_max最大功率跟蹤控制時的電壓變化量和功率變化量。

有益效果：本發明相比現有技術具有以下優點：本發明提出一種光伏陣列無復雜運算變步長最大功率跟蹤控制方法，該最大功率跟蹤控制方法無需進行復雜除法運算，具有簡潔的控制邏輯和較少的計算量，大大加快了最大功率跟蹤速度，提高了光伏陣列的最大功率跟蹤效率。此外，本發明提出了一種新型變步長方法，即在第一次達到最大功率點之后，變步長△D(k)中去除了分母中的電壓變化量△U_pv(k)，較好解決了系統因外部環境條件突變，△U_pv(k)很小而導致步長過大，進而帶來最大功率跟蹤的功率震蕩問題。

附圖說明

圖1為光伏發電系統框圖；

圖2為一種光伏陣列無復雜運算變步長最大功率跟蹤控制方法的流程圖。

具體實施方式

下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。

圖1所示為本發明的光伏發電系統框圖，它包括光伏陣列1、DC/DC升壓變換器2、負載3、微處理器4，電壓傳感器5和電流傳感器6。

電壓傳感器5和電流傳感器6分別檢測光伏陣列的輸出電壓U_pv和電流I_PV，并送給微處理器；微處理器經過本發明一種光伏陣列無復雜運算變步長最大功率跟蹤控制方法得到一定的占空比D，再由微處理器中PWM信號發生器產生PWM信號去控制DC/DC升壓變換器中開關管的通斷，以達到最大功率跟蹤的目的。

圖2所示為本發明一種光伏陣列無復雜運算變步長最大功率跟蹤控制方法的流程圖。

本實施例包括以下步驟：

(1)由電壓傳感器5和電流傳感器6分別采集光伏陣列1的輸出電壓U_pv(k)和電流I_PV(k)，并計算出功率P_PV(k)；

(2)計算前后兩采樣時刻光伏陣列電壓變化量△U_pv(k)、電流的變化量△I_PV(k)和功率的變化量△P_PV(k)，并確定步長△D(k)；

(3)如果電壓變化量△U_pv(k)等于0，判斷電流變化量△I_PV(k)是否等于0，如果同樣滿足，則不改變PWM信號占空比的值；如果不滿足，判斷電流變化量△I_PV(k)是否小于0，如果小于0，則PWM信號占空比的值D(k)為D(k-1)減去一個步長△D(k)；否則，PWM信號占空比的值D(k)為D(k-1)加上一個步長△D(k)；

(4)如果電壓變化量△U_pv(k)不等于0，判斷是否U_pv(k)△I_PV(k)等于-△U_pv(k)I_PV(k)，如果U_pv(k)△I_PV(k)等于-△U_pv(k)I_PV(k)，則不改變PWM信號占空比的值；如果U_pv(k)△I_PV(k)小于-△U_pv(k)I_PV(k)，并且△U_pv(k)大于0，則PWM信號占空比的值D(k)為D(k-1)減去一個步長△D(k)；如果U_pv(k)△I_PV(k)小于-△U_pv(k)I_PV(k)，并且△U_pv(k)小于0，則PWM信號占空比的值D(k)為D(k-1)加上一個步長△D(k)；如果U_pv(k)△I_PV(k)大于-△U_pv(k)I_PV(k)，并且△U_pv(k)大于0，則PWM信號占空比的值D(k)為D(k-1)增加一個步長△D(k)；如果U_pv(k)△I_PV(k)大于-△U_pv(k)I_PV(k)，并且△U_pv(k)小于0，則PWM信號占空比的值D(k)為D(k-1)減去一個步長△D(k)；

(5)用U_pv(k)、I_PV(k)、P_PV(k)和D(k)分別更新U_pv(k-1)、I_PV(k-1)、P_PV(k-1)和D(k-1)值，返回主程序，微處理器4根據所得的占空比值D(k)由其內部PWM信號發生器產生相應的PWM信號，去控制DC/DC升壓變換器2中開關管的通斷，以達到最大功率跟蹤的目的。

所述步驟(1)中，功率P_PV(k)為：

P_PV(k)＝U_pv(k)I_PV(k)。

所述步驟(2)中，電壓的變化量△U_pv(k)為：

△U_pv(k)＝U_pv(k)-U_pv(k-1)；

電流的變化量△I_PV(k)為：

△I_PV(k)＝I_PV(k)-I_PV(k-1)；

功率的變化量△P_PV(k)為：

△P_PV(k)＝P_PV(k)-P_PV(k-1)；

步長△D(k)為：

第一次達到最大功率點之前：

第一次達到最大功率點之后：

ΔD(k)＝N₂|ΔP(k)|，

其中：△P(k)為第k次采樣時刻的功率變化量，N₁和N₂為占空比的換算系數，N₁和N₂取值范圍如下：

其中：△D_max為最大定步長，此處取0.05，△U和△P分別為最大定步長△D_max最大功率跟蹤控制時的電壓變化量和功率變化量。

綜上所述，本發明提出一種光伏陣列無復雜運算變步長最大功率跟蹤控制方法，該最大功率跟蹤控制方法無需進行復雜除法運算，具有簡潔的控制邏輯和較少的計算量，大大加快了最大功率跟蹤速度，提高了光伏陣列的最大功率跟蹤效率。此外，本發明提出了一種新型變步長方法，較好解決了系統因外部環境條件突變而導致最大功率跟蹤過程中的功率震蕩問題。