CN102289240B - 一种实现太阳能电池最大功率点跟踪的改良导纳增量法 - Google Patents

Abstract

一种实现太阳能电池最大功率点跟踪的改良导纳增量法，包括根据采集太阳能电池的输出电压和功率，判断其运行的工作区，然后根据不同的工作区采取不同的控制修改指令，已实现太阳能电池最大功率点跟踪，其特征在于，在原有MPPT扫描周期内增加一次太阳能电池的输出电压和电流采样，并通过算法消除由光照变化带来的电流变化量，避免了导纳增量法在光照强度剧烈变化时产生的方向误判，提高了太阳能电池最大功率点跟踪***的可靠性。

Description

一种实现太阳能电池最大功率点跟踪的改良导纳增量法

技术领域

本发明涉及一种实现太阳能电池最大功率点跟踪的改良导纳增量法，属于光伏发电***控制技术领域。

背景技术

太阳能电池板的输出功率具有强烈的非线性，而其和光照强度，环境温度密切相关。在一定的光照强度和温度下，太阳能电池的输出功率并非是线性变化的，超过一定电压之后输出功率反而随着电压的增大而减小。太阳能电池只有工作在某一个电压时，它的输出功率才能达到最大值，此时太阳能电池的工作点位于P-V曲线的最高点，称之为最大功率点(Maximum Power Point)。为了提高发电效率，降低太阳能发电***的成本，应该使太阳能电池工作在最大输出功率点上。

目前比较常见的MPPT算法有：1.恒定电压控制法CVT(Constant VoltageControl)；2.扰动观察法P&O(Perturbation and Observation methord)；3.导纳增量法IncCond(Incremental Conductance method)等。其中导纳增量法就是利用测得的电压、电流值进行计算，得出当前工作点在功率-电压曲线上的斜率，以此作为下一步扰动的方向依据。原理如下：

太阳能电池的输出功率为：P＝IV；对电压求导得到：

由太阳能电池的P-V曲线可以看出，在最大功率点处有

V＜V_mpp时

V＞V_mpp时

由于MPPT的扫描不是连续变化的，所以功率对电压倒数的等式可以改写为：

实际应用中我们以

来确定MPPT的跟踪方向。

导纳增量法的优点是：控制效果好；控制稳定度高，当外部环境变化时***能平稳的追踪其变化，与太阳能电池的参数无关。但是当光照的变化量超过临界值时，会引起导纳增量法的误判，具体如下：

假定MPPT的跟踪周期为2s，在0s时刻采集太阳能电池板的输出电流，电压，得到V₁，I₁；在常见的导纳增量算法中，会在2s时刻在采样一次电流，电压，得到V₂，I₂：

假定光照无变化时，

然后由公式来确定下一步的跟踪方向。当D＞0时，MPPT的输出指令电压向增大的方向改变，反之MPPT的输出指令电压向减小的方向改变。但当光照产生变化，

电流的变化量是由光照变化和MPPT作用共同产生，当光照强度的变化量超过临界值时，就可能产生跟踪方向的误判。如何将克服由于光照强度剧烈的变化，引起的最大功率点跟踪方向误判时间目前需要解决的关键技术问题。

发明内容

本发明的目的是为太阳能电池板最大功率点跟踪提供一种改进的导纳增量法，以避免现有导纳增量法在光照剧烈变化时出项跟踪方向误判的不足。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种实现太阳能电池最大功率点跟踪的改良导纳增量法，包括根据采集太阳能电池的输出电压和功率，判断其运行的工作区，然后根据不同的工作区采取不同的控制修改指令，已实现太阳能电池最大功率点跟踪，主要特点是在原有MPPT扫描周期内增加一次太阳能电池的输出电压和电流的采样，并通过算法消除由光照变化带来的电流变化量，以避免导纳增量法在光照强度剧烈变化时产生的方向误判，具体步骤如下：

步骤(1)，DSP采集初始状态时太阳能电池的输出电压V₁，电流I₁；

步骤(2)，假定MMPT扫描周期为T，在1/2T时，增加一次太阳能电池的输出电压V₂和电流I₂的采样，获得电流增量为ΔI₁，其中光照强度变化时，

${\mathrm{\ΔI}}_1=I_2-I_1=I_{\mathrm{ph}2}-I_{\mathrm{ph}1}-I_o{e}^{{\mathrm{\ΛV}}_1}(e^{\mathrm{\Λ}\·\mathrm{\ΔV}}-1)-\frac{\mathrm{\ΔV}}{R_{\mathrm{sh}}}$

式中I_ph1，I_ph2为光生电流，I_o为二极管饱和电流，

q为电荷常量(1.6×10^-19C)，n为二极管特性因子，k为波尔兹曼常数(1.38×10^-23J/K)，T为光伏电池温度；R_sh为光伏电池的并联电阻；

步骤(3)，在T时，对太阳能电池的输出电压V₃和电流I₃的进行采样，获得电流增量为ΔI₂，其中光照强度变化时，

ΔI₂＝I₃-I₂＝I_ph3-I_ph2

式中I_ph2、I_ph3为光生电流；

步骤(4)，根据步骤(2)和步骤(3)的电流增量差值：ΔI＝ΔI₁-ΔI₂，判断其运行的工作区，由

来确定MPPT的跟踪方向。

本发明的有益效果：

根据太阳能电池的等效数学模型，忽略串联电阻有：

$I=I_{\mathrm{ph}}-I_o(e^{\mathrm{\ΔV}}-1)-\frac{V}{R_{\mathrm{sh}}}$

在某个工作点(I_ph2-I_phm＝I_phm-I_ph1，I₁)有：

$I_1=I_{\mathrm{ph}1}-I_o(e^{\mathrm{\Δ}{V}_1}-1)-\frac{V_1}{R_{\mathrm{sh}}}$

假定在某个时刻，光照发生变化导致光生电流从I_ph1变成I_ph2，到达工作点(V₂，I₂)有：

$I_2=I_{\mathrm{ph}2}-I_o(e^{\mathrm{\Δ}{V}_2}-1)-\frac{V_2}{R_{\mathrm{sh}}}$

在中间时刻增加一个采样点(V_m，I_m)，有：

$I_m=I_{\mathrm{phm}}-I_o(e^{\mathrm{\Δ}(V_1+\mathrm{\ΔV})}-1)-\frac{V_1+\mathrm{\ΔV}}{R_{\mathrm{sh}}}$

假定I_ph2-I_phm＝I_phm-I_ph1，有：

${\mathrm{\ΔI}}_1=I_3-I_1=I_{\mathrm{ph}3}-I_{\mathrm{ph}1}-I_o{e}^{{\mathrm{\ΛV}}_1}(e^{\mathrm{\Λ}\·\mathrm{\ΔV}}-1)-\frac{\mathrm{\ΔV}}{R_{\mathrm{sh}}},$ ΔI₂＝I_ph2-I_phm

因此有： $\mathrm{\Δ}{I}^{\′}={\mathrm{\ΔI}}_1-{\mathrm{\ΔI}}_2=-I_o{e}^{{\mathrm{\ΛV}}_1}(e^{\mathrm{\Λ}\·\mathrm{\ΔV}}-1)-\frac{\mathrm{\ΔV}}{R_{\mathrm{sh}}}$

光照无变化有： $\mathrm{\ΔI}=-I_o{e}^{{\mathrm{\ΛV}}_1}(e^{\mathrm{\Λ}\·\mathrm{\ΔV}}-1)-\frac{\mathrm{\ΔV}}{R_{\mathrm{sh}}}$

由此可见得到ΔI＝ΔI′，这样就消除了光照变化带来的光生电流变化，从而解决了光照强度变化超过临界值时引起的导纳增量法误判，提高了太阳能电池最大功率点跟踪***的可靠性。

附图说明

图1为一般导纳增量法流程图

具体实施例

本发明的一个具体实施方式如下：

控制***由DSP实现，假定MPPT的扫描周期为2s，在0s时刻采集太阳能电池的输出电流，电压，得到V₁，I₁；在MPPT的一个扫描周期结束时，即在2s时刻在采样一次电流，电压，得到V₂，I₂；在1s时刻增加一次电压，电流采样，得到V₃ I₃。

1)假定光照无变化时，

然后由公式

来确定下一步的跟踪方向。当D＞0时，MPPT的输出指令电压向增大的方向改变，反之MPPT的输出指令电压向减小的方向改变，如图1流程图所示。

2)当光照产生变化时，

电流的变化量是由光照变化和MPPT作用共同产生，当光照强度的变化量超过临界值时，就可能产生跟踪方向的误判，此时：令ΔI₂＝I₃-I₂＝I_ph3-I_ph2。则

对比1)发现结果和光照无变化时的结果相同，消除了由光照变化而产生的电流变化量，从而避免了光照变化可能带来的导纳增量法误判。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (1)

1.一种实现太阳能电池最大功率点跟踪的改良导纳增量法，包括根据采集太阳能电池的输出电压和功率，判断其运行的工作区，然后根据不同的工作区采取不同的控制修改指令，已实现太阳能电池最大功率点跟踪，其特征在于，在原有MPPT扫描周期内增加一次太阳能电池的输出电压和电流采样，并通过算法消除由光照变化带来的电流变化量，以避免导纳增量法在光照强度变化时产生的方向误判，具体步骤如下：

步骤(1)，DSP采集初始状态时太阳能电池的输出电压V₁，电流I₁；

步骤(2)，假定MMPT扫描周期为T，在1/2T时，增加一次太阳能电池的输出电压V₂和电流I₂的采样，获得电流增量为ΔI₁，其中光照强度变化时，

${\mathrm{\ΔI}}_1=I_2-I_1=I_{\mathrm{ph}2}-I_{\mathrm{ph}1}-I_o{e}^{{\mathrm{\ΛV}}_1}(e^{\mathrm{\Λ}\·\mathrm{\ΔV}}-1)-\frac{\mathrm{\ΔV}}{R_{\mathrm{sh}}}$

式中I_ph1，I_ph2为光生电流，I_o为二极管饱和电流，q为电荷常量，其值为1.6×10^-19C，n为二极管特性因子，k为波尔兹曼常数，其值为1.38×10^-23J/K，T为光伏电池温度；R_sh为光伏电池的并联电阻；

步骤(3)，在T时，对太阳能电池的输出电压V₃和电流I₃的进行采样，获得电流增量为ΔI₂，其中光照强度变化时，

ΔI₂＝I₃-I₂＝I_ph3-I_ph2

式中I_ph2、I_ph3为光生电流；

步骤(4)，根据步骤(2)和步骤(3)的电流增量差值：ΔI＝ΔI₁-ΔI₂，判断其运行的工作区，由来确定MPPT的跟踪方向。