一种新的M控制方法

一种新的MPPT控制方法一、背景技术世界范围内的能源短缺和环境污染已成为制约人类社会可持续发展的两大重要因素，大力发展新的可替代能源已成为当务之急。太阳能发电作为一种新的电能生产方式，以其无污染、安全、资源丰富、分布广泛等特点显示出无比广阔的发展空间和应用前景。光伏电池是太阳能发电的核心部分，但受原材料和器件本身特性的影响，目前光电转换效率较低，因此根据光伏电池输出特性进行最大功率点跟踪，使光伏电池工作在最大功率点附近，这种方法称为最大功率点跟踪，即MPPT，这种方法可以有效提高系统输出功率及对太阳能的利用率。1、本发明创造所涉及的产品原本是一种什么产品？它最基本的功能或作用是什么？本文研究了一种新的MPPT控制方法，它可以使光伏电池板工作于最大功率点处，本文采用改进的扰动观察法，引进一个变步长参数来解决在最大功率点附近波动大的问题，同时运用功率预测法解决了扰动观察法存在的“误判”问题，使系统效率以及对太阳能的利用率得到提高。2、现有的、别人的同类产品的结构是什么样子的？目前常用的最大功率点跟踪方法有扰动观察法的和电导增量法，扰动观察法的主要控制思想是周期性给光伏电池叠加一个扰动变量，观察其输出功率的变化，如果功率变大，那么向相同的方向继续扰动，如果功率变小，则改变扰动方向；如下图，寄存器a(k)存放每一周期Vref的调整值∆V，Vref首先计算逆变器的输出功率P(k)，并与上一周期的输出功率P(k-1)比较，然后判断扰动量∆V的符号，若P(k)P(k-1)，则扰动量∆V与上次同号处理，否则扰动量∆V与上次异号处理，从而调整Vref的大小，这种方法适用于光强变化电导增量法是根据最大功率的电压来调节太阳能电池的输出电压，它是通过比较太阳能电池阵列的瞬时导抗与导抗的变化量的方法来完成最大功率点跟踪的功能，dP/dV的是与输出电压值一一对应的，如下图，在最大功率点处dP/dV=0，此时电压保持不变即可，当dP/dV＞0，在最大功率点左边，此时增大电压即可，当dP/dV＜0，在最大功率点右边，此时减小电压即可。并且dP/dV=d(IV)/dV=I+VdI/dV，因此通过判断I/V+dI/dV即G+dG的符号，就可以确定工作点的位置了。控制框图如下3、上述的同类产品存在什么问题或缺点？解决该问题或克服该缺陷的技术难点在哪里？扰动观察法的算法简单，容易实现，但对于光强快速变化的环境会产生错误的跟踪，有较大的功率损失，有时还会发生程序控制在运行中的失序，出现“误判”，如下图在光强变化快速的情况下，假设一开始系统工作在①点，增加扰动量，由于外部环境变化，光伏电池特性变为曲线S2，系统工作于②点，此时功率大于①点时的功率，系统会认为最大功率点应该继续向右扰动，如果光强按这个趋势不断快速变化下去，这样工作点会越来越偏离最大功率点。另外爬山法在跟踪系统稳定时，只能在最大功率点附件震荡运行，波动较大，降低系统效率。电导增量法的算法波动较小，但较为复杂，跟踪过程需花费相当长的时间去执行A／D转换，对控制系统要求较高，另外电压初始化参数对系统启动过程中的跟踪性能有较大影响，电导增量法也存在震荡和误判的问题。二、发明内容4,、本发明创造的电路结构与问题2中同类产品的结构的区别在于？本文采用改进的扰动观察法，引进一个变步长参数来解决在最大功率点附近波动大的问题，同时运用功率预测法解决了扰动观察法存在的“误判”问题，跟踪速度快，使系统效率以及对太阳能的利用率得到提高。5、请简述本发明创造的工作原理，说说它如何克服问题3中的缺陷？MPPT控制系统的DC-DC变换的主电路采用Boost升压电路。下图为Boost变换器的主电路，电路由开关管T、二极管D、电感L、电容C组成。工作的原理为在开关T导通时，二极管D反偏，太阳能电池阵列向电感L存储电能；当开关T断开时，二极管导通，由电感L和电池阵列共同向负载充电，同时还给电容C充电，电感两端的电压与输入电源的电压叠加，使输出端产生高于输入端的电压。引进一个变步长参数λ(k)来解决在最大功率点附近波动大的问题，可设λ(k)=ε|△P|，式中ε是一个恒定的常数，λ(k)为占空比步长，决定功率变化的步长，当远功率变化较小时，步长也较小，可以保证输出功率的平滑性，当功率变化较大时，步长也较大，能快速跟踪最大功率点，使系统具有一定的自适应能力，ε决定系统的灵敏性，另可设置一门限值e，当|△P|e时，认为工作在最大功率区域，此时不需要调整参考电压，当|△P|e，认为此时系统工作点偏离最大功率点，需要计算新的步长，这样来使系统震荡减小或避免。功率预测法思路为：如下图，当采样频率足够高时，可以假定一个采用周期中辐照度的变化速率恒定，令kT时刻电压Uk处工作点测得的功率为P(k)，此时并不对参考电压扰动，而在kT时刻后的半个采样周期(k+1/2)T时刻增加一次功率采样，若令采得的功率为P(k+1/2)，则可得到基于一个采样周期的预测功率P`(k)为P`(k)=2(P(k+1/2)-P(k))，然后在(k+1/2)T时刻对参考电压施加扰动λ(k)，并在(k+1)T时刻测得功率为P(k+1)，在(k+1)T时刻采得的功率P(k+1)和在(k+1/2)T时刻得预测频率P`(k)是同一辐照度下光伏特性曲线上电压扰动前后两个工作点的功率，因此根据这两个功率进行判断扰动方向便不会存在误判的现象。控制框图如下三、本发明的优点6、与现有的、别人的同类产品相比，上述的发明内容带来了什么优点和技术效果？本文采用改进的扰动观察法，引进一个变步长参数来解决在最大功率点附近波动大的问题，同时运用功率预测法解决了扰动观察法存在的“误判”问题，跟踪速度快，使系统效率以及对太阳能的利用率得到提高。四、可替代方案五、技术关键点上述问题5中的内容。