用于光伏電池陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤mppt裝置的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光伏電池陣列控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于仿控一體化的用于光伏電 池陣列的MPPT裝置的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 2009年12月在丹麥舉行的哥本哈根聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)已經(jīng)結(jié)束，中國(guó)承諾延 緩二氧化碳的排放，既到2020年中國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（⑶P)二氧化碳排放比2005年下 降40% -45%。這意味著國(guó)家將大力發(fā)展新能源從而減少對(duì)化石煤炭石油等高碳物的消 耗。太陽(yáng)能具有無(wú)污染，無(wú)噪音，零排碳的優(yōu)點(diǎn)，但其發(fā)電效率并不高，而且造價(jià)成本也不 底，既然要投入，無(wú)疑最大限度的發(fā)揮其能效成為大家關(guān)心的問(wèn)題。此前，我們做過(guò)太陽(yáng)能 陣列的模型，從中得知陣列功率受光照和溫度的影響，但我們沒(méi)法直接通過(guò)光照和溫度來(lái) 直接控制輸出電壓，使功率達(dá)到最大值，但在工程上這一點(diǎn)很難實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種擬合曲線(xiàn)精準(zhǔn)，仿真效果 好，可防止來(lái)回波動(dòng)，實(shí)用性強(qiáng)的基于仿控一體化的用于光伏電池陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤 MPPT裝置的控制方法。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0005] -種用于光伏電池陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT裝置的控制方法，步驟如下：步驟 一、DSP控制器給定一個(gè)初始電壓；
[0006] 步驟二、根據(jù)功率P-電壓U曲線(xiàn)，順次尋找三個(gè)采樣點(diǎn)，并計(jì)算采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)直線(xiàn)的 斜率；
[0007] 步驟三、計(jì)算第一斜率K1與第二斜率K2的乘積，并進(jìn)行判斷；
[0008] 步驟四，根據(jù)步驟三確定的符合凸性質(zhì)的三個(gè)采樣點(diǎn)，使用牛頓插值法進(jìn)行擬合。
[0009] 在步驟二中，所述采樣點(diǎn)為第一采樣點(diǎn)（U1、I1)、第二采樣點(diǎn)（U2、I2)和第三采樣 點(diǎn)（U3、13)，三個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的功率分別為第一功率P1、第二功率P2和第三功率P3,其中， PI = U1*I1，P2 = U2*I2, P3 = U3*I3 ;第一采樣點(diǎn)與第二采樣點(diǎn)所在直線(xiàn)的第一斜率K1， 計(jì)算公式如下：K1= (P1-P2V0J1-U2);第二采樣點(diǎn)與第三采樣點(diǎn)所在直線(xiàn)的第二斜率K2， 計(jì)算公式為 Κ2 = (P2-P3V(U2-U3)。
[0010] 在步驟三中，若K1*K2>0,則改變步長(zhǎng)，分為兩種情況，第一種當(dāng)K1>0且K2>0時(shí)，則 輸出第一采樣點(diǎn)電壓U1加上增加步長(zhǎng)h ;第二種當(dāng)Κ1〈0且Κ2〈0時(shí)，則輸出第三采樣點(diǎn)電 壓U3減去增加步長(zhǎng)h ;若Κ1*Κ2 = 0,則輸出第二采樣點(diǎn)電壓U2 ;若Κ1*Κ2〈0,則采用牛頓插 值法進(jìn)行擬合曲線(xiàn)。
[0011] 在步驟四中，牛頓插值法的公式為：

[0019] Rn(x)為插值余項(xiàng)；
[0020] 只選取三點(diǎn)并去掉插值余項(xiàng)Rn(x)，令f(x) ~Nn(x)，求Ν' n(x) = 0,從而求出
[0022] 得到穩(wěn)定的擬合曲線(xiàn)。
[0023] 本發(fā)明可以更準(zhǔn)確的擬合曲線(xiàn)，由于在峰值點(diǎn)附近增加采樣點(diǎn)，只需增加一項(xiàng)即 可，且仍利用牛頓插值法的差分乘積項(xiàng)，與Lagrange二次插值法以及最小二乘法相比，其 結(jié)果簡(jiǎn)單的多，并且對(duì)實(shí)時(shí)變化系統(tǒng)的跟蹤來(lái)說(shuō)也是很適用的。本發(fā)明采用變步長(zhǎng)思想， 可找到有"凸"性質(zhì)的三個(gè)采樣點(diǎn)，再通過(guò)牛頓插值法進(jìn)行擬合，直接求出擬合最值，并穩(wěn)定 在這個(gè)值，就可以防止來(lái)回波動(dòng)。本發(fā)明采用DSP28335作為核心處理器，在Matlab中搭建 MPPT的控制程序模塊，利用CCS3. 3軟件和XDS510plus仿真器，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)-PC機(jī)，與下位 機(jī)-DSP控制器的通訊?？梢詫?shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)仿控一體化。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1為本發(fā)明太陽(yáng)能陣列的模型圖。
[0025] 圖2為本發(fā)明太陽(yáng)能陣列的P-U曲線(xiàn)圖。
[0026] 圖3為本發(fā)明控制方法流程圖。
[0027] 圖4為本發(fā)明的仿真原理圖。
[0028] 圖5為電導(dǎo)增量法的仿真結(jié)果圖。
[0029] 圖6為擾動(dòng)觀測(cè)法的仿真結(jié)果圖。
[0030] 圖7為變步長(zhǎng)的仿真結(jié)果圖。
[0031] 圖8為L(zhǎng)agrange二次插值仿真結(jié)果圖。
[0032] 圖9為L(zhǎng)agrange二次插值的第一段穩(wěn)態(tài)后的輸出。
[0033] 圖10為牛頓插值法仿真圖。
[0034] 圖11為牛頓插值法的第一段穩(wěn)態(tài)后的輸出。'
[0035] 圖12為牛頓插值法的第三段變化過(guò)程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 本發(fā)明采用DSP28335作為核心處理器，為實(shí)現(xiàn)仿控一體化，在Matlab中搭建 MPPT的控制程序模塊，利用CCS3. 3軟件和XDS510plus仿真器，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)-PC機(jī)，與下位 機(jī)-DSP的通訊，仿真原理如圖4所示。在上位機(jī)的Matlab構(gòu)建如圖1所示的太陽(yáng)能陣列 的模型，其中，Is。為光伏陣列等效短路電流，U。。為光伏陣列開(kāi)路電壓，U，I分別負(fù)載端電壓， 札為陣列等效串聯(lián)內(nèi)阻。
[0037] 太陽(yáng)能陣列的模型的不同溫度下的P-U曲線(xiàn)，如圖2所示。不同的光照對(duì)應(yīng)不同 的一條曲線(xiàn)，當(dāng)光照緩慢連續(xù)變化時(shí)其最大功率點(diǎn)也在跟著變化，當(dāng)溫度變化時(shí)，其最大功 率點(diǎn)在變動(dòng)較小，但最終反映到P-U曲線(xiàn)上。雖然最大功率點(diǎn)電壓在開(kāi)路電壓的0. 8倍左 右，但適時(shí)的開(kāi)路電壓不易測(cè)得，而且也沒(méi)意義，這是因?yàn)閺暮谝拱滋燧喕?，開(kāi)路電壓理應(yīng) 從零開(kāi)始，再說(shuō)現(xiàn)代芯片計(jì)算速度很快，即使不在〇. 78處收索，其滯后只不過(guò)體現(xiàn)在起步 的零點(diǎn)幾秒。
[0038] 無(wú)論Lagrange拋物線(xiàn)插值，牛頓插值，還是最小二乘都是從測(cè)量的數(shù)據(jù)出發(fā)，尋 找一個(gè)函數(shù)少= 去逼近實(shí)際的（x^y^由于在最大功率點(diǎn)附近，曲線(xiàn)呈現(xiàn)拋物線(xiàn)形 狀，假定其擬合曲線(xiàn)函數(shù)為：y = ax2+bx+c，為確定a, b, c的值一般取三個(gè)（u, p)點(diǎn)，為更 準(zhǔn)確的擬合曲線(xiàn)，須取3個(gè)具有"凸"性質(zhì)的點(diǎn)，也就是說(shuō)兩側(cè)斜率之積異號(hào)，實(shí)際上，在仿 真過(guò)程中，只要選定合適的步長(zhǎng)，當(dāng)光線(xiàn)階躍變化時(shí)，也未出現(xiàn)過(guò)跟蹤不上或不跟的情況。 Lagrange拋物線(xiàn)插值是通過(guò)公式：
[0043] (X。，y。)，（x^ y》，（x2, y2)，為具有"凸"性質(zhì)的已知采樣點(diǎn)。
[0044] 再通過(guò)求
4導(dǎo)到最大功率點(diǎn)處的電壓為：
[0046]在仿真試驗(yàn)中用（u3, p3)，（u2, p2)，（W，pD，（u, p)，分別替代了
[0048] 最小二乘法的簡(jiǎn)述算法是選取3-5個(gè)點(diǎn)，在這假定選三個(gè)含"峰"的點(diǎn)
[0049] (u3, p3)，（u2, p2)，（u!，p!)代入方程 p = au2+bu+c 建立矛盾方程 A α = Y，其中
[0051] 對(duì)應(yīng)的法方程組為：ΑτΑα = ATY (7)；
[0052] 通過(guò)求解法方程確定a, b, c的值，再對(duì)方程求導(dǎo)，從而確定最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電 壓：