基于高效自适应扰动观察法的最大功率跟踪方法

摘要

本发明提出了一种基于高效自适应扰动观察法的最大功率跟踪方法，解决了光伏电池的最大功率跟踪技术中传统扰动观察法步长大小难以权衡的问题，能够实现完全自适应扰动，跟踪速度快、稳态精度高，系统通用性强。其基本原理为通过滤波后的电压、电流信号计算出连续的光伏阵列输出功率，根据功率信号之间的变化形成误差信号，再经过该PI控制器产生自适应的扰动电压值，最后通过扰动观察法基本原理产生光伏阵列电压的参考值。计算光伏阵列电压参考值和实际值的误差信号，通过另外一个PI控制器产生DC/DC变换器所需要的占空比信号d，从而控制移相全桥变换器各个功率开关管的通断时间，进而调节光伏阵列输出的功率，跟踪其最大输出功率点。

主权项

1.一种基于高效自适应扰动观察法的最大功率跟踪方法，其特征在于其控制步骤如下：A、首先测量光伏阵列的输出电压U_pv(n)和输出电流I_pv(n)，其中n表示第n次的采样结果；B、然后通过一个低通滤波器滤波后的电压、电流信号计算出该次的光伏阵列输出功率P_pv(n)＝U_pv(n)×I_pv(n)，根据功率信号之间的变化计算出自适应扰动值，利用此变化作为闭环控制系统的误差信号，控制该误差在稳态时尽可能小，同时避免系统在启动时发生超调，并消除稳态时的功率振荡，采取一个比例积分PI(Proportional-Integral)控制器a来实现上述控制，PI控制器a被用作光伏阵列参考电压所需要的自适应扰动值发生器，即通过连续的功率计算值之间的变化形成误差信号ΔP_pv(n)＝P_pv(n)-P_pv(n-1)，再经过该PI控制器a产生自适应的扰动电压值${\mathrm{\Delta U}}_{\mathrm{pv}}^{*}\left(n\right)={\mathrm{\Delta U}}_{\mathrm{pv}}^{*}(n-1)+K_{p1}[{\mathrm{\Delta P}}_{\mathrm{pv}}\left(n\right)-{\mathrm{\Delta P}}_{\mathrm{pv}}(n-1)]+K_{i1}{\mathrm{\Delta T}}_s{\mathrm{\Delta P}}_{\mathrm{pv}}\left(n\right),$K_p1、K_i1分别为PI调节器a的比例和积分常数，ΔT_s为采样间隔；C、通过扰动观察法原理产生光伏阵列电压的参考值由下述公式决定：$U_{\mathrm{mppt}}^{*}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{mppt}}^{*}(n-1)+{\mathrm{\Delta U}}_{\mathrm{pv}}^{*}\left(n\right),{\mathrm{\Delta P}}_{\mathrm{pv}}\left(n\right)\times {\mathrm{\Delta U}}_{\mathrm{pv}}\left(n\right)>0\\ U_{\mathrm{mppt}}^{*}(n-1)-{\mathrm{\Delta U}}_{\mathrm{pv}}^{*}\left(n\right)\text{,}{\mathrm{\Delta P}}_{\mathrm{pv}}\left(n\right)\times {\mathrm{\Delta U}}_{\mathrm{pv}}\left(n\right)<0\end{array}\right.$上式中，为本次扰动控制的光伏阵列电压参考值与前次扰动控制的光伏阵列电压参考值；为本次扰动控制的扰动值；ΔP_pv(n)为本次与前次光伏阵列输出功率的变化值；ΔU_pv(n)为本次与前次光伏阵列输出电压的变化值；D、光伏阵列的实际输出电压需要准确跟踪该电压的参考值通过另外一个PI控制器b实现，先计算光伏阵列电压参考值和实际值的误差信号e_pv(n)：再经过PI控制器b产生DC/DC变换器所需要的占空比信号d(n)：$d\left(n\right)=d(n-1)+K_{p2}[e_{\mathrm{pv}}\left(n\right)-e_{\mathrm{pv}}(n-1)]+K_{i2}{\mathrm{\Delta T}}_s{e}_{\mathrm{pv}}\left(n\right),$K_p2、K_i2分别为PI调节器b的比例和积分常数；d(n-1)为上一时刻产生的占空比信号；ΔT_s为采样间隔；通过控制占空比d(n)来控制DC/DC变换器中开关管的通断时间；DC/DC变换器的占空比改变后，光伏阵列输出给DC/DC变换器的电压电流会发生相应的变化，从而改变了光伏阵列的输出功率和直流母线电容C_dc的电压，实现光伏阵列的最大功率点跟踪。