專利名稱：一種太陽能電池最大功率跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種將太陽能功率跟蹤和控制器效率相結(jié)合的一種最大功率跟蹤方法。
背景技術(shù)：
獨(dú)立的太陽能發(fā)電系統(tǒng)一般由太陽能電池、控制器(充電器)、蓄電池、配電系統(tǒng)構(gòu)成，目前，太陽能最大功率跟蹤基本都是通過采樣太陽能電池輸出電壓、電流，通過數(shù)據(jù)處理直接控制控制器的脈寬或者太陽能電池的電壓、電流來實(shí)現(xiàn)太陽能的最大功率跟蹤，但也有少數(shù)是采樣太陽能電池的輸入電壓、電流，通過處理來控制控制器輸出電流，實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤。但是這些方案存在如下缺陷:1、太陽能電池輸出控制實(shí)現(xiàn)太陽能最大功率跟蹤，可以得到太陽能電池的最大功率，但并非是整個(gè)太陽能發(fā)電系統(tǒng)的最大功率，因?yàn)闆]有考慮控制器本身的效率的非線性問題；2、目前的太陽能控制器所采用的最大功率跟蹤策略，沒有和控制器本身的環(huán)路控制策略整合，對(duì)于后端蓄電池的充電管理相互矛盾，不能有效的實(shí)現(xiàn)電池科學(xué)的充電管理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，特別創(chuàng)新地提出了一種太陽能電池最大功率跟蹤方法。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種太陽能電池最大功率跟蹤方法，其包括如下步驟:S1:初始化系統(tǒng)，設(shè)定變量的初始值，所述變量包括輸出電流大擾動(dòng)量Λ I_big，輸出電流小擾動(dòng)量AI_small，功率穩(wěn)定范圍ε，電流誤差極小值ε 1，電流誤差極大值ε 2，跟蹤方向DirFlag ；S2:在K時(shí)刻，檢測(cè)控制器的輸出電壓Uk和控制器的輸出電流Ικ，計(jì)算當(dāng)前電流環(huán)路的誤差值I_errorK = IrefK_IK,所述IrefK為輸出電流給定值,計(jì)算當(dāng)前的輸出功率Pk =UkX Ik，輸出功率差值ΔΡ = Pk-Pih ；S3:如果 I_errorK < ε I,則取 IrefK+1 = IrefK+Δ I_big,令 K = Κ+l,返回步驟S2,如果 ε1< I_errorK < ε 2,令 K = Κ+l,返回步驟 S2,如果 | I_errorK | > ε2,則系統(tǒng)輸出的最大電流I_max的最接近的值I_maxl為I_maxl = Ijefp1,系統(tǒng)進(jìn)入步驟S4 ；S4:輸出電流給定值 IrefK = Iref^1+ Δ I_smal I XDirFlag ；S5:如果ΛΡ> 8，取0丨沖1&8=1，令!( = 1(+1，返回步驟54;如果八？<0且I ΔΡ| > ε ,取 DirFlag = -1,令 K = Κ+l,返回步驟 S4 ;如果 | ΔΡ| < ε ,取 DirFlag = O,退出。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明的太陽能電池最大功率跟蹤方法包括如下步驟:S1:初始化系統(tǒng)，設(shè)定變量的初始值，所述變量包括輸出電壓大擾動(dòng)量AU_big，輸出電壓小擾動(dòng)量AU_small，功率穩(wěn)定范圍ε，電壓誤差極小值ε 1，電壓誤差極大值ε 2，跟蹤方向DirFlag ； S2:在K時(shí)刻，檢測(cè)控制器的輸出電壓Uk和控制器的輸出電流Ικ，計(jì)算當(dāng)前電壓環(huán)路的誤差值U_errorK = Ur ef K_UK,所述Ur efK為輸出電壓給定值,計(jì)算當(dāng)前的輸出功率Pk =UkX Ik，輸出功率差值ΔΡ = Pk-Pih ；S3:如果 U_errorK < ε I,則取 UrefK+1 = UrefK+Δ U_big,令 K = Κ+l,返回步驟S2，如果 ε1< U_errorK < ε 2，令 K = Κ+l，返回步驟 S2，如果 |U_errorK| > ε2，則系統(tǒng)輸出的最大電壓u_max的最接近的值U_maxl為U_maxl = ILrefp1,系統(tǒng)進(jìn)入步驟S4 ；S4:輸出電壓給定值 UrefK = Urefli^+ Δ U_small XDirFlag ；S5:如果 ΛΡ> ε，取 DirFlag = 1，令 K = Κ+Ι，返回步驟 S4 ;如果 ΛΡ < O 且
IΔ P I > ε ,取 DirFlag = -1,令 K = Κ+l,返回步驟 S4 ;如果 I Δ P | < ε ,取 DirFlag = O,退出。本發(fā)明提出一種新的MPPT (Maximum Power Point Tracking,最大功率點(diǎn)跟蹤)方法來實(shí)現(xiàn)太陽能光伏系統(tǒng)最優(yōu)的能源利用率，并且此方法和控制器環(huán)路緊密的結(jié)合在一起，有效的管理了后端蓄電池的充電管理，同時(shí)也解決了目前最大功率跟蹤方法如固定步長法、變步長擾動(dòng)觀察法的局部最大功率穩(wěn)定問題，可以及時(shí)、快速的跟蹤到系統(tǒng)級(jí)的最大功率點(diǎn)。

本發(fā)明出于太陽能電池、控制器、蓄電池組成的系統(tǒng)考慮而提出的一種能量利用最大化的方法。其結(jié)合太陽能電池的能量和控制器的轉(zhuǎn)化效率，通過控制控制器的輸出電流，即輸出電流采用分段變步長法來尋找控制器輸出功率的最大點(diǎn)，或者通過控制控制器的輸出電壓，即輸出電壓采用分段變步長法來尋找控制器輸出功率的最大點(diǎn)，而非目前普遍采用的尋找太陽能電池輸出的最大功率點(diǎn)，此方法考慮了控制器本身的轉(zhuǎn)化效率，可以得到系統(tǒng)級(jí)的功率最大化，并且控制策略可以兼顧自身的環(huán)路控制、以及后端的電池充電管理。本方法從系統(tǒng)集成角度出發(fā)給出了一種全新的、更合理的最大功率跟蹤方式，得到了系統(tǒng)層級(jí)上的最大功率點(diǎn)，并且控制思想整合了控制器的控制策略和后端電池管理，使整個(gè)控制框架更加的簡練、高效、合理。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:圖1是本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施方式的太陽能電池最大功率跟蹤方法的流程圖；圖2是本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施方式的太陽能電池最大功率跟蹤方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。圖1是本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施方式的太陽能電池最大功率跟蹤方法的流程圖。從圖中可見，本發(fā)明太陽能電池最大功率跟蹤方法包括如下步驟:第一步:初始化系統(tǒng)，設(shè)定變量的初始值，其中，變量包括輸出電流大擾動(dòng)量Λ 1_big，輸出電流小擾動(dòng)量AI_small，功率穩(wěn)定范圍ε，跟蹤方向DirFlag，電流誤差極小值ε I，電流誤差極大值ε 2 ；第二步:在K時(shí)刻，檢測(cè)控制器的輸出電壓Uk和控制器的輸出電流Ik，計(jì)算當(dāng)前電流環(huán)路的誤差值I_errorK = IrefK_IK,所述IrefK為輸出電流給定值,計(jì)算當(dāng)前的輸出功率Pk = Uk X I κ，用當(dāng)前的輸出功率Pk減去前一時(shí)刻的功率Pih，得出輸出功率差值Λ P =Pk-Pk-1 ；第三步:如果I I_eir0rK < ε 1，說明電流環(huán)路是穩(wěn)定的，電流基準(zhǔn)還可以繼續(xù)添力口，則給輸出電流給定值IrefK增加一個(gè)輸出電流大擾動(dòng)量△ I_big作為第Κ+l時(shí)刻的電流給定值，系統(tǒng)返回第二步，如果ε1< |l_errorK| < ε 2,令K = Κ+l,系統(tǒng)返回第二步，如果|l_err0rK| > ε 2，說明電流環(huán)路不穩(wěn)定了，光伏電池不能輸出這么大的電流，即電流基準(zhǔn)不可以繼續(xù)添加,這個(gè)系統(tǒng)能輸出的最大電流I_max在I_maxl = I_refK_!附近,系統(tǒng)進(jìn)入第四步；第四步:對(duì)電流給定值IrefK增加一個(gè)輸出電流小擾動(dòng)量Δ I_small,即IrefK =Iref1^1+Δ I_smal I XDirFlag,進(jìn)入第五步；第五步:如果ΛΡ > ε，說明輸出功率是變大的，Κ+l時(shí)刻的電流給定值還可以增力口，跟蹤方向不變，DirFlag = 1，令K = Κ+1，返回第四步；如果八？<0且|八？|> ε，說明輸出功率是變小的，Κ+l時(shí)刻的電流給定值需要減小，跟蹤方向需要反向改變，DirFlag=-1，令K = Κ+1，返回第四步；如果I ΛΡ| < ε，說明輸出功率基本不變，Κ+l時(shí)刻的電流給定值也不需要改變，不需要繼續(xù)跟蹤，DirFlag = 0，程序退出，此電流給定值IrefK即是系統(tǒng)能輸出的最大電流I_max。在本實(shí)施方式中， 每個(gè)時(shí)間間隔T，重新找尋一次最大電流點(diǎn)I_max，該時(shí)間間隔T的范圍為I分鐘-10分鐘，在一種更加優(yōu)選的實(shí)施方式中，時(shí)間間隔T為5分鐘。在本實(shí)施方式中，K時(shí)刻與Κ+l時(shí)刻的時(shí)間間隔為50ms至200ms。如圖1所示，當(dāng)DirFlag = O時(shí)，程序可以不退出，而是每個(gè)時(shí)間間隔T，重新找尋一次最大電流點(diǎn)I_max，當(dāng)不需要尋找最大功率時(shí)，退出程序。圖2是本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施方式的太陽能電池最大功率跟蹤方法的流程圖。從圖中可見，本發(fā)明太陽能電池最大功率跟蹤方法包括如下步驟:第一步:初始化系統(tǒng)，設(shè)定變量的初始值，其中，變量包括輸出電壓大擾動(dòng)量AU_big，輸出電壓小擾動(dòng)量AU_small，功率穩(wěn)定范圍ε，跟蹤方向DirFlag，電壓誤差極小值
ε 1，電壓誤差極大值ε 2 ；第二步:在K時(shí)刻，檢測(cè)控制器的輸出電壓Uk和控制器的輸出電流Ik，計(jì)算當(dāng)前電壓環(huán)路的誤差值U_errorK = UrefK_IK,所述UrefK為輸出電壓給定值,計(jì)算當(dāng)前的輸出功率Pk = Uk X I κ，用當(dāng)前的輸出功率Pk減去前一時(shí)刻的功率Pih，得出輸出功率差值Λ P =Pk-Pk-1 ；第三步:如果|U_eriOrK| < ε 1，說明電流環(huán)路是穩(wěn)定的，電壓基準(zhǔn)還可以繼續(xù)添力口，則給輸出電壓給定值UrefK增加一個(gè)輸出電壓大擾動(dòng)量AU_big作為第Κ+l時(shí)刻的電壓給定值，系統(tǒng)返回第二步，如果ε1< |U_errorK| < ε 2,令K = Κ+l,系統(tǒng)返回第二步，如果|U_eir0rK| > ε 2，說明電壓環(huán)路不穩(wěn)定了，光伏電池不能輸出這么大的電壓，即電壓基準(zhǔn)不可以繼續(xù)添加，這個(gè)系統(tǒng)能輸出的最大電壓在Ujnaxl = K1附近，系統(tǒng)進(jìn)入第四步；第四步:對(duì)電壓給定值UrefK增加一個(gè)輸出電壓小擾動(dòng)量AU_small,即UrefK =UreU Δ U_smal I XDirFlag,進(jìn)入第五步；第五步:如果ΛΡ > ε，說明輸出功率是變大的，Κ+l時(shí)刻的電壓給定值還可以增力口，跟蹤方向不變，DirFlag = 1，令K = Κ+1，返回第四步；如果八？<0且|八？|> ε，說明輸出功率是變小的，Κ+l時(shí)刻的電壓給定值需要減小，跟蹤方向需要反向改變，DirFlag=-1，令K = Κ+1，返回第四步；如果I ΛΡ| < ε，說明輸出功率基本不變，Κ+l時(shí)刻的電壓給定值也不需要改變，不需要繼續(xù)跟蹤，DirFlag = 0，程序退出，此電壓給定值UrefK即是系統(tǒng)能輸出的最大電流U_max。在本實(shí)施方式中，每個(gè)時(shí)間間隔T，重新找尋一次最大電壓點(diǎn)U_max，該時(shí)間間隔T的范圍為I分鐘-10分鐘，在一種更加優(yōu)選的實(shí)施方式中，時(shí)間間隔T為5分鐘。在本實(shí)施方式中，K時(shí)刻與Κ+l時(shí)刻的時(shí)間間隔為50ms至200ms。如圖1所示，當(dāng)DirFlag = O時(shí)，程序可以不退出，而是每個(gè)時(shí)間間隔T，重新找尋一次最大電壓點(diǎn)U_max，當(dāng)不需要尋找最大功率時(shí)，退出程序。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)控制器輸出電流或者調(diào)節(jié)控制器輸出電壓來尋找太陽能電池最大功率的同時(shí)和控制器自身的環(huán)路控制相兼容，有效的結(jié)合了控制器的外特性和電池管理。本發(fā)明的控制可以通過微處理器DSP，MCU，專用模擬芯片實(shí)現(xiàn)的數(shù)字化電源控制模塊來實(shí)現(xiàn)，具體硬件包括光伏電池、DC/DC控制器、蓄電池、配電系統(tǒng)、監(jiān)控模塊。本發(fā)明整合前端太陽能電池、后端蓄電池，通過數(shù)字控制芯片DSP，MCU，專用模擬芯片，實(shí)現(xiàn)了最大功率跟蹤、環(huán)路控制、電池管理的科學(xué)的控制。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池最大功率跟蹤方法，其特征在于，包括如下步驟: 51:初始化系統(tǒng)，設(shè)定變量的初始值，所述變量包括輸出電流大擾動(dòng)量Akbig，輸出電流小擾動(dòng)量AI_small，功率穩(wěn)定范圍ε，電流誤差極小值ε I，電流誤差極大值ε2，跟蹤方向DirFlag ； 52:在K時(shí)刻，檢測(cè)控制器的輸出電壓Uk和控制器的輸出電流Ικ，計(jì)算當(dāng)前電流環(huán)路的誤差值I_errorK = IrefK_IK,所述IrefK為輸出電流給定值,計(jì)算當(dāng)前的輸出功率Pk =UkX Ik，輸出功率差值ΔΡ = Pk-Pih ；53:如果 I I_errorK| < ε 1，則取 IrefK+1 = IrefK+Δ I_big,令 K = K+1,返回步驟 S2,如果ε1< I_errorK < ε 2,令K = Κ+l,返回步驟S2,如果| I_errorK | > ε 2,則系統(tǒng)輸出的最大電流I_max的最接近的值I_maxl為I_maxl = Ijef1^1,系統(tǒng)進(jìn)入步驟S4 ； 54:輸出電流給定值 IrefK = Iref^1+ Δ I_small XDirFlag ； 55:如果 ΛΡ > ε，取 DirFlag = 1，令 K = Κ+l，返回步驟 S4 ;如果 ΛΡ < O且 | Λ P>ε ,取 DirFlag = -1,令 K = Κ+l,返回步驟 S4 ;如果 I Δ P | < ε ,取 DirFlag = O,退出。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池最大功率跟蹤方法，其特征在于，每個(gè)時(shí)間間隔Τ，重新找尋一次最大電流點(diǎn)I_max。
3.一種太陽能電池最大功率跟蹤方法，其特征在于，包括如下步驟: 51:初始化系統(tǒng)， 設(shè)定變量的初始值，所述變量包括輸出電壓大擾動(dòng)量AU_big，輸出電壓小擾動(dòng)量AU_small，功率穩(wěn)定范圍ε，電壓誤差極小值ε 1，電壓誤差極大值ε2，跟蹤方向DirFlag ； 52:在K時(shí)刻，檢測(cè)控制器的輸出電壓Uk和控制器的輸出電流Ικ，計(jì)算當(dāng)前電壓環(huán)路的誤差值U_errorK = UrefK_UK,所述UrefK為輸出電壓給定值，計(jì)算當(dāng)前的輸出功率Pk =UkX Ik，輸出功率差值ΔΡ = Pk-Pih ； 53:如果 |U_errorK| < ε I,則取 UrefK+1 = UrefK+Δ U_big,令 K = Κ+l,返回步驟 S2,如果ε I < U_errorK < ε 2，令K = Κ+l，返回步驟S2，如果U_errorK > ε 2，則系統(tǒng)輸出的最大電壓U_max的最接近的值U_maxl為U_maxl = U_refK_1；系統(tǒng)進(jìn)入步驟S4 ； 54:輸出電壓給定值 UrefK = Uref^1+ Δ U_smalI XDirFlag ； 55:如果 ΛΡ > ε，取 DirFlag = 1，令 K = Κ+l，返回步驟 S4 ;如果 ΛΡ < O 且 | ΔΡ>ε ,取 DirFlag = -1,令 K = Κ+l,返回步驟 S4 ;如果 I Δ P | < ε ,取 DirFlag = O,退出。
4.如權(quán)利要求3所述的太陽能電池最大功率跟蹤方法，其特征在于，每個(gè)時(shí)間間隔Τ，重新找尋一次最大電壓點(diǎn)U_max。
5.如權(quán)利要求2或4所述的太陽能電池最大功率跟蹤方法，其特征在于，所述時(shí)間間隔T的范圍為I分鐘-10分鐘。
6.如權(quán)利要求5所述的太陽能電池最大功率跟蹤方法，其特征在于，所述時(shí)間間隔T為5分鐘。
7.如權(quán)利要求1或2所述的太陽能電池最大功率跟蹤方法，其特征在于，所述K時(shí)刻與K+1時(shí)刻的時(shí)間間隔為50ms至200ms。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種太陽能電池最大功率跟蹤方法，其包括如下步驟初始化系統(tǒng)，設(shè)定變量的初始值；在K時(shí)刻，檢測(cè)輸出電壓UK，輸出電流IK，計(jì)算電流環(huán)路的誤差值I_errorK，輸出功率PK，輸出功率差值ΔP；然后根據(jù)最接近系統(tǒng)最大電流值的電流I_max1，得到使ΔP滿足誤差要求的輸出電流給定值Iref(K)，此即系統(tǒng)能輸出的最大電流I_max。發(fā)明的方法和控制器環(huán)路緊密的結(jié)合在一起，有效的管理了后端蓄電池的充電管理，可以及時(shí)、快速的跟蹤到系統(tǒng)級(jí)的最大功率點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05F1/67GK103176500SQ20111044239
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者尚海波 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司