一种自适应最大功率追踪控制方法
阅读说明：本技术 一种自适应最大功率追踪控制方法 (Self-adaptive maximum power tracking control method ) 是由 王朝威 邬浩泽 骆利勤 朱晨烜 于 2021-09-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种自适应最大功率跟踪控制方法,包括：采集当前电压和电流值；根据当前电压和电流值,分别计算得到当前功率值、电压变化量和功率变化量；根据电压变化量和功率变化量,结合预设的导数阈值,确定出占空比扰动值；根据当前功率值和当前电压值,结合上一次功率值、上一次电压值、上一次占空比以及占空比扰动值,确定当前占空比；基于当前占空比,调制相应的PWM驱动信号,以控制DC/DC变换器的工作状态。与现有技术相比,本发明能够同时保证最大功率跟踪的跟踪速度及稳定性。(The invention relates to a self-adaptive maximum power tracking control method, which comprises the following steps: collecting the current voltage and current value; respectively calculating to obtain a current power value, a voltage variation and a power variation according to the current voltage and current value; determining a duty ratio disturbance value according to the voltage variation and the power variation by combining a preset derivative threshold; determining a current duty ratio according to the current power value and the current voltage value by combining the last power value, the last voltage value, the last duty ratio and the duty ratio disturbance value; and modulating the corresponding PWM driving signal based on the current duty ratio to control the working state of the DC/DC converter. Compared with the prior art, the method can simultaneously ensure the tracking speed and the stability of the maximum power tracking.)
技术领域
本发明涉及光伏发电控制技术领域，尤其是涉及一种自适应最大功率追踪控制方法。
背景技术
最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)通过调节电气模块的工作状态，使光伏板能够输出更多电能，从而将太阳能电池板发出的直流电有效地贮存在蓄电池中，MPPT控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使系统以最大功率输出对蓄电池充电。目前，MPPT被广泛应用于太阳能光伏系统中，用于协调太阳能电池板、蓄电池、负载的工作。
MPPT控制一般是通过DC/DC变换电路来完成的，光伏电池阵列与负载通过DC/DC电路连接，最大功率跟踪装置不断检测光伏阵列的电流电压变化，并根据其变化对DC/DC变换器的PWM驱动信号占空比进行调节。现有的MMPT算法主要有恒压跟踪法、电导增量法和干扰观测法，其中，恒压跟踪法的电压是一个恒定值，因此跟踪效率不高；电导增量法响应速度快，但其实现较为复杂，对传感器精度要求很高；而干扰观测法的实现较为简单，但该方法得到的MPP点附近存在振荡现象，导致稳定性较差。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自适应最大功率追踪控制方法，以同时保证跟踪速度及稳定性。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种自适应最大功率跟踪控制方法，包括以下步骤：
S1、采集当前电压和电流值；
S2、根据当前电压和电流值，分别计算得到当前功率值、电压变化量和功率变化量；
S3、根据电压变化量和功率变化量，结合预设的导数阈值，确定出占空比扰动值；
S4、根据当前功率值和当前电压值，结合上一次功率值、上一次电压值、上一次占空比以及占空比扰动值，确定当前占空比；
S5、基于当前占空比，调制相应的PWM驱动信号，以控制DC/DC变换器的工作状态。
进一步地，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21、根据当前电压和电流值，计算得到当前功率值；
S22、根据当前功率值和上一次功率值，计算得到功率变化量；
根据当前电压值和上一次电压值，计算得到电压变化量。
进一步地，所述当前功率值具体为：
Pk＝Uk*Ik
其中，Pk为当前功率值，Uk为当前电压值，Ik为当前电流值。
进一步地，所述功率变化量具体为：
ΔP＝Pk-Pk-1
其中，ΔP为功率变化量，Pk为当前功率值，Pk-1为上一次功率值。
进一步地，所述电压变化量具体为：
ΔU＝Uk-Uk-1
其中，ΔU为电压变化量，Uk为当前电压值，Uk-1为上一次电压值。
进一步地，所述步骤S3具体包括以下步骤：
S31、计算功率变化量和电压变化量的比值；
S32、将步骤S31计算得到的比值与预设的导数阈值进行比较，以确定出占空比扰动值。
进一步地，所述步骤S32具体包括以下步骤：
S321、若步骤S31计算得到比值的绝对值大于或等于预设的导数阈值，则执行步骤S322，否则执行步骤S323；
S322、确定占空比扰动值为：
ΔD＝ΔDref*α|ΔP/ΔU|
其中，ΔD为占空比扰动值，ΔDref为设定的参考步长，α为系统参数，ΔP为功率变化量，ΔU为电压变化量；
S323、确定占空比扰动值为：
ΔD＝ΔDref*[1/(β*Pk)]*|ΔP/ΔU|
其中，ΔD为占空比扰动值，ΔDref为设定的参考步长，β为系统参数，ΔP为功率变化量，ΔU为电压变化量。
进一步地，所述步骤S4具体包括以下步骤：
S41、将当前功率值与上一次功率值进行比较，若当前功率值大于或等于上一次功率值，则执行步骤S42，否则执行步骤S43；
S42、将当前电压值与上一次电压值进行比较，结合上一次占空比以及占空比扰动值，确定当前占空比；
S43、将当前电压值与上一次电压值进行比较，结合上一次占空比以及占空比扰动值，确定当前占空比。
进一步地，所述步骤S42具体包括以下步骤：
若当前电压值大于或等于上一次电压值，则确定当前占空比为：
Dk＝Dk-1-ΔD
否则确定当前占空比为：
Dk＝Dk-1+ΔD
其中，Dk为当前占空比，Dk-1为上一次占空比，ΔD为占空比扰动值。
进一步地，所述步骤S43具体包括以下步骤：
若当前电压值大于或等于上一次电压值，则确定当前占空比为：
Dk＝Dk-1+ΔD
否则确定当前占空比为：
Dk＝Dk-1-ΔD
其中，Dk为当前占空比，Dk-1为上一次占空比，ΔD为占空比扰动值。
与现有技术相比，本发明提出一种基于选择占空比扰动的自适应最大功率追踪控制方法，通过采集当前电压和电流值，并判断功率对电压的导数分界值，以选择确定出合适的占空比扰动值，能够有效解决最大功率追踪过程中快速性与稳定性的矛盾问题，当环境因素改变时，本发明的最大功率跟踪速度比传统方法的速度快，当功率处于稳定时，本方法的占空比波动比传统的占空比扰动法低、稳定性更好。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图；
图2为实施例中确定当前占空比的过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种自适应最大功率跟踪控制方法，包括以下步骤：
S1、采集当前电压和电流值；
S2、根据当前电压和电流值，分别计算得到当前功率值、电压变化量和功率变化量，具体的：
首先根据当前电压和电流值，计算得到当前功率值：
Pk＝Uk*Ik
其中，Pk为当前功率值，Uk为当前电压值，Ik为当前电流值；
之后根据当前功率值和上一次功率值，计算得到功率变化量：
ΔP＝Pk-Pk-1
其中，ΔP为功率变化量，Pk为当前功率值，Pk-1为上一次功率值；
根据当前电压值和上一次电压值，计算得到电压变化量：
ΔU＝Uk-Uk-1
其中，ΔU为电压变化量，Uk为当前电压值，Uk-1为上一次电压值；
S3、根据电压变化量和功率变化量，结合预设的导数阈值，确定出占空比扰动值，具体的：
首先计算功率变化量和电压变化量的比值；之后将计算得到的比值与预设的导数阈值进行比较，以确定出占空比扰动值——若计算得到比值的绝对值大于或等于预设的导数阈值，则确定占空比扰动值为：
ΔD＝ΔDref*α|ΔP/ΔU|
其中，ΔD为占空比扰动值，ΔDref为设定的参考步长，α为系统参数，ΔP为功率变化量，ΔU为电压变化量；
否则确定占空比扰动值为：
ΔD＝ΔDref*[1/(β*Pk)]*|ΔP/ΔU|
其中，ΔD为占空比扰动值，ΔDref为设定的参考步长，β为系统参数，ΔP为功率变化量，ΔU为电压变化量；
S4、根据当前功率值和当前电压值，结合上一次功率值、上一次电压值、上一次占空比以及占空比扰动值，确定当前占空比，具体包括：
S41、将当前功率值与上一次功率值进行比较，若当前功率值大于或等于上一次功率值，则执行步骤S42，否则执行步骤S43；
S42、将当前电压值与上一次电压值进行比较，若当前电压值大于或等于上一次电压值，则确定当前占空比为：
Dk＝Dk-1-ΔD
否则确定当前占空比为：
Dk＝Dk-1+ΔD
其中，Dk为当前占空比，Dk-1为上一次占空比，ΔD为占空比扰动值；
S43、将当前电压值与上一次电压值进行比较，若当前电压值大于或等于上一次电压值，则确定当前占空比为：
Dk＝Dk-1+ΔD
否则确定当前占空比为：
Dk＝Dk-1-ΔD
其中，Dk为当前占空比，Dk-1为上一次占空比，ΔD为占空比扰动值；
S5、基于当前占空比，调制相应的PWM驱动信号，以控制DC/DC变换器的工作状态。
本实施例应用上述方法，确定当前占空比的具体方法过程如图2所示：
一、首先对电压和电流值采样，并且利用P＝UI的公式计算功率、电压变化量和功率变化量，然后计算功率变化量和电压变化量的比值ΔP/ΔU，_并判断ΔP/ΔU和导数阈值λ的大小：
如果ΔP/ΔU大于或等于λ，那么ΔD＝ΔDref*α|ΔP/ΔU|；
如果ΔP/ΔU比λ小，那么ΔD＝ΔDref*[1/(βPk)]*|ΔP/ΔU|；
其中ΔDref为设定的参考步长，α和β为系统参数，Pk为当前时刻的功率；
二、在计算完P＝UI后，判断Pk和Pk-1之间的大小：
(1)如果Pk大于Pk-1，那么继续判断Uk和Uk-1之间的大小，如果Uk大于Uk-1，那么Dk＝Dk-1-ΔD，如果Uk小于Uk-1，那么Dk＝Dk-1+ΔD；
(2)如果Pk小于Pk-1，那么继续判断Uk和Uk-1之间的大小，如果Uk大于Uk-1，那么Dk＝Dk-1+ΔD，如果Uk小于Uk-1，那么Dk＝Dk-1-ΔD；
最后输出Dk的值，并重新采样U和I进入下一次计算。
综上可知，本发明提出一种带有选择性占空比扰动的MPPT自适应爬山法，以实现自适应最大功率追踪控制，通过判断功率对电压的导数分解值来切换占空比，以解决最大功率追踪过程中的快速性和稳定性之间的矛盾。在离最大功率点较远处，确定的步长(即占空比)较大，当跟踪靠近最大功率点时，通过判断功率对电压的导数来切换步长，将步长切换成小步长模式。
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