一种基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法
一种基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光伏输出的最大功率点跟踪技术，特别涉及一种基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法。
【背景技术】
[0002]光伏模块的输出功率随光照强度和温度而变，因此设计中须采用控制方法以确保光伏模块输出最大功率。传统最大功率点跟踪(MPPT)方法的主要包括两类:一类基于定步长，另一类基于变步长。对于定步长而言，现有的方法主要包括:扰动观察法，电导法和爬山法。这类方法的优点主要在于算法简单，成本低廉，易于实施，同时在天气状况稳定的情况效果较好；而缺点主要在于跟踪精度与响应速度无法兼顾，如图1所示，当采用小步长时，跟踪精度得到提高但是响应速度过低；采用大步长时，相应速度够快但是精度却下降。为了能弥补这一缺陷，提出了变步长的方法，如图2所示，变步长方法主要思路就是:当工作点远离最大功率点(MPP)时，采用大步长去追踪；当靠近MPP时，采用小步长去跟踪。虽然变步长方法很好地克服了定步长跟踪的缺点，但是缺点主要在于确定变步长大小的方法过于复杂，靠近MPP时步长过小易振荡，系统复杂度高。
[0003]针对此类问题，近年来，混合MPPT方法被大量引用。混合MPPT方法主要结合了定步长和变步长的设计思路，因此方法主要分为两阶段:第一阶段采用变步长，将工作点电压快速拉近MPP附近位置，从而实现快速响应；然后第二阶段采用定步长，从而实现跟踪精度的提尚。
[0004]混合MPPT方法的关键之处主要在于两点:第一，如何确定变步长大小；第二，如何为准确地切换两种方法，即如何确定两种方法的工作区间。目前大多数混合MPPT方法是根据光伏电压电流的趋势来确定变步长大小和工作范围。但其缺点主要在于:需要大量、复杂的计算来确定步长和工作区间；同时逻辑复杂，实施性差。
【发明内容】
[0005]为克服上述现有技术的缺陷与不足，本发明提供一种基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法。
[0006]本发明的技术方案是:
一种基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，其特征在于，包括步骤:
51、在低电压阶段采用变步长跟踪方法，同时采样光伏模块输出的电压V(k)和电流I (k)，然后计算beta参数值β a:
^a = In (I (k) /V (k)) - c X V (k)
其中c = q/(NsAKT)是光伏特性参数；
52、计算出beta的值后，用此beta值与设定的βmin和β max进行比较:如果beta的值在区间[β min, β max]内，则切换到定步长方法；如果beta的值不在区间[βπι?η, ^max]内，继续采用变步长方法，直到符合区间条件。
[0007]优选的，所述β min和β max的确定方法为:设定几种极端工作环境，然后求出不同工作环境下的最大功率点所对应的beta值，最后比较这些beta值的大小，从而选出最小的beta值和最大的beta值，S卩β min和Dmax0
[0008]所述几种极端工作环境包括:
(1)单位面积功率1000W/m2，温度45°C；
(2)单位面积功率1000W/m2，温度5°C；
(3)单位面积功率300W/m2，温度45°C；
(4)单位面积功率300W/m2，温度5°C。
[0009]进一步优选的，所述变步长跟踪方法所采用的变步长大小由D(k) = D(k-l) +hX (β a - β g)确定，其中D(k-l)和D(k)分别指的是上一次和当前次的开关占空比值，β g是beta值的参考值，h是变步长比例系数。
[0010]进一步优选的，所述变步长比例系数h=4。
[0011]本发明的优点是:
本发明所提供的基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，在第一阶段的低电压阶段采用变步长跟踪方法，将工作点电压快速拉近MPP附近位置，从而实现快速响应，然后第二阶段采用定步长跟踪方法，从而实现跟踪精度的提高，过程中跟踪一个中间变量beta参数值，来确定变步长大小和工作区间，可以准确地切换两种方法，算法简单，实用性强。
【附图说明】
[0012]下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
图1为现有技术中的定步长最大功率点跟踪方法不意图；
图2是现有技术中的变步长最大功率点跟踪方法不意图；
图3是本发明的实现最大功率点跟踪控制所采用的系统结构图；
图4是本发明所述的基于beta参数混合型最大功率点跟踪方法控制流程图；
图5是本发明所述的根据工作环境变化确定beta参数取值范围的示意图。
【具体实施方式】
[0013]如图4所示，本发明所揭示的基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制的系统结构图，包括依次连接的光伏模型，DC/DC变换器及其负载，还包括MPPT控制器，MPPT控制器采集光伏模型输出的电压和电流，输出PWM信号控制DC/DC变换器输出最大功率。
[0014]如图3所示，本发明所揭示的基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，包括步骤:
51、开始时在低电压阶段采用变步长跟踪方法，同时采样光伏模块输出的电压V(k)和电流I (k)，然后计算beta参数值β a:
^a = In (I (k) /V (k)) - c X V (k)
其中c = q/(NsAKT)是光伏特性参数；
52、计算出beta的值后，用此beta值与设定的βmin和β max进行比较:如果beta的值在区间[βη?η, β max]内，说明当前的工作点电压靠近MPP，则切换到定步长方法，如爬山法或电导法；如果beta值不在区间[βπ?η, β max]内，继续采用变步长方法，直到符合区间条件。所述变步长跟踪方法所采用的变步长大小由D (k)= D(k-l)+ hX(0a- 0g)确定，其中D(k-l)和D(k)分别指的是上一次和当前次的开关占空比值，f3g是beta值的参考值，h是变步长比例系数。
[0015]所述βη?η和β max的确定方法为:设定几种极端工作环境:
(1)单位面积功率1000W/m2，温度45°C；
(2)单位面积功率1000W/m2，温度5°C；
(3)单位面积功率300W/m2，温度45°C；
(4)单位面积功率300W/m2，温度5°C；
然后求出这四种不同工作环境下的最大功率点所对应的beta值β 1、β 2、β 3和β 4，如图5所示，最后比较这些beta值的大小，从而选出最小的beta值和最大的beta值，即β min= β 4、β max= β 10
[0016]采用不同的变步长比例系数k的值，来比较其工作情况，经过有限次实验发现k=4时，效果最好。
[0017]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，其特征在于，包括步骤: 51、在低电压阶段采用变步长跟踪方法，同时采样光伏模块输出的电压V(k)和电流I (k)，然后计算beta参数值β a: ^a = In (I (k) /V (k)) - c X V (k) 其中c = q/(NsAKT)是光伏特性参数； 52、计算出beta的值后，用此beta值与设定的βmin和β max进行比较:如果beta的值在区间[β min, β max]内，则切换到定步长方法；如果beta的值不在区间[βπι?η, ^max]内，继续采用变步长方法，直到符合区间条件。
2.根据权利要求1所述的，基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，其特征在于，所述βπ?η和β max的确定方法为:设定几种极端工作环境，然后求出不同工作环境下的最大功率点所对应的beta值，最后比较这些beta值的大小，从而选出最小的beta值和最大的beta值，S卩β min和Dmax0
3.根据权利要求2所述的，基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，其特征在于，所述几种极端工作环境包括: (1)单位面积功率1000W/m2，温度45°C； (2)单位面积功率1000W/m2，温度5°C； (3)单位面积功率300W/m2，温度45°C； (4)单位面积功率300W/m2，温度5°C。
4.根据权利要求1所述的基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，其特征在于，所述变步长跟踪方法所采用的变步长大小由D(k) = D(k-l)+ hX (β a - β g)确定，其中D(k-l)和D(k)分别指的是上一次和当前次的开关占空比值，f3g是beta值的参考值，h是变步长比例系数。
5.根据权利要求4所述的基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，其特征在于，所述变步长比例系数h=4。
【专利摘要】本发明公开了一种基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，首先采样光伏模块输出的电压V(k)和电流I(k)，然后计算beta参数值βa，计算出beta的值后，用此beta值与设定的βmin和βmax进行比较：如果beta的值在区间内，则切换到定步长方法；如果beta的值不在区间[βmin,βmax]内，继续采用变步长方法，直到符合区间条件。本发明所提供的基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，在第一阶段的低电压阶段采用变步长跟踪方法，将工作点电压快速拉近MPP附近位置，从而实现快速响应，然后第二阶段采用定步长跟踪方法，从而实现跟踪精度的提高，过程中跟踪一个中间变量beta参数值，来确定变步长大小和工作区间，可以准确地切换两种方法，算法简单，实用性强。
【IPC分类】G05F1-67
【公开号】CN104866002
【申请号】CN201510246623
【发明人】李星硕, 文辉清
【申请人】西交利物浦大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月15日
【技术领域】
[0001]本发明涉及光伏输出的最大功率点跟踪技术，特别涉及一种基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法。
【背景技术】
[0002]光伏模块的输出功率随光照强度和温度而变，因此设计中须采用控制方法以确保光伏模块输出最大功率。传统最大功率点跟踪(MPPT)方法的主要包括两类:一类基于定步长，另一类基于变步长。对于定步长而言，现有的方法主要包括:扰动观察法，电导法和爬山法。这类方法的优点主要在于算法简单，成本低廉，易于实施，同时在天气状况稳定的情况效果较好；而缺点主要在于跟踪精度与响应速度无法兼顾，如图1所示，当采用小步长时，跟踪精度得到提高但是响应速度过低；采用大步长时，相应速度够快但是精度却下降。为了能弥补这一缺陷，提出了变步长的方法，如图2所示，变步长方法主要思路就是:当工作点远离最大功率点(MPP)时，采用大步长去追踪；当靠近MPP时，采用小步长去跟踪。虽然变步长方法很好地克服了定步长跟踪的缺点，但是缺点主要在于确定变步长大小的方法过于复杂，靠近MPP时步长过小易振荡，系统复杂度高。
[0003]针对此类问题，近年来，混合MPPT方法被大量引用。混合MPPT方法主要结合了定步长和变步长的设计思路，因此方法主要分为两阶段:第一阶段采用变步长，将工作点电压快速拉近MPP附近位置，从而实现快速响应；然后第二阶段采用定步长，从而实现跟踪精度的提尚。
[0004]混合MPPT方法的关键之处主要在于两点:第一，如何确定变步长大小；第二，如何为准确地切换两种方法，即如何确定两种方法的工作区间。目前大多数混合MPPT方法是根据光伏电压电流的趋势来确定变步长大小和工作范围。但其缺点主要在于:需要大量、复杂的计算来确定步长和工作区间；同时逻辑复杂，实施性差。
【发明内容】
[0005]为克服上述现有技术的缺陷与不足，本发明提供一种基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法。
[0006]本发明的技术方案是:
一种基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，其特征在于，包括步骤:
51、在低电压阶段采用变步长跟踪方法，同时采样光伏模块输出的电压V(k)和电流I (k)，然后计算beta参数值β a:
^a = In (I (k) /V (k)) - c X V (k)
其中c = q/(NsAKT)是光伏特性参数；
52、计算出beta的值后，用此beta值与设定的βmin和β max进行比较:如果beta的值在区间[β min, β max]内，则切换到定步长方法；如果beta的值不在区间[βπι?η, ^max]内，继续采用变步长方法，直到符合区间条件。
[0007]优选的，所述β min和β max的确定方法为:设定几种极端工作环境，然后求出不同工作环境下的最大功率点所对应的beta值，最后比较这些beta值的大小，从而选出最小的beta值和最大的beta值，S卩β min和Dmax0
[0008]所述几种极端工作环境包括:
(1)单位面积功率1000W/m2，温度45°C；
(2)单位面积功率1000W/m2，温度5°C；
(3)单位面积功率300W/m2，温度45°C；
(4)单位面积功率300W/m2，温度5°C。
[0009]进一步优选的，所述变步长跟踪方法所采用的变步长大小由D(k) = D(k-l) +hX (β a - β g)确定，其中D(k-l)和D(k)分别指的是上一次和当前次的开关占空比值，β g是beta值的参考值，h是变步长比例系数。
[0010]进一步优选的，所述变步长比例系数h=4。
[0011]本发明的优点是:
本发明所提供的基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，在第一阶段的低电压阶段采用变步长跟踪方法，将工作点电压快速拉近MPP附近位置，从而实现快速响应，然后第二阶段采用定步长跟踪方法，从而实现跟踪精度的提高，过程中跟踪一个中间变量beta参数值，来确定变步长大小和工作区间，可以准确地切换两种方法，算法简单，实用性强。
【附图说明】
[0012]下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
图1为现有技术中的定步长最大功率点跟踪方法不意图；
图2是现有技术中的变步长最大功率点跟踪方法不意图；
图3是本发明的实现最大功率点跟踪控制所采用的系统结构图；
图4是本发明所述的基于beta参数混合型最大功率点跟踪方法控制流程图；
图5是本发明所述的根据工作环境变化确定beta参数取值范围的示意图。
【具体实施方式】
[0013]如图4所示，本发明所揭示的基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制的系统结构图，包括依次连接的光伏模型，DC/DC变换器及其负载，还包括MPPT控制器，MPPT控制器采集光伏模型输出的电压和电流，输出PWM信号控制DC/DC变换器输出最大功率。
[0014]如图3所示，本发明所揭示的基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，包括步骤:
51、开始时在低电压阶段采用变步长跟踪方法，同时采样光伏模块输出的电压V(k)和电流I (k)，然后计算beta参数值β a:
^a = In (I (k) /V (k)) - c X V (k)
其中c = q/(NsAKT)是光伏特性参数；
52、计算出beta的值后，用此beta值与设定的βmin和β max进行比较:如果beta的值在区间[βη?η, β max]内，说明当前的工作点电压靠近MPP，则切换到定步长方法，如爬山法或电导法；如果beta值不在区间[βπ?η, β max]内，继续采用变步长方法，直到符合区间条件。所述变步长跟踪方法所采用的变步长大小由D (k)= D(k-l)+ hX(0a- 0g)确定，其中D(k-l)和D(k)分别指的是上一次和当前次的开关占空比值，f3g是beta值的参考值，h是变步长比例系数。
[0015]所述βη?η和β max的确定方法为:设定几种极端工作环境:
(1)单位面积功率1000W/m2，温度45°C；
(2)单位面积功率1000W/m2，温度5°C；
(3)单位面积功率300W/m2，温度45°C；
(4)单位面积功率300W/m2，温度5°C；
然后求出这四种不同工作环境下的最大功率点所对应的beta值β 1、β 2、β 3和β 4，如图5所示，最后比较这些beta值的大小，从而选出最小的beta值和最大的beta值，即β min= β 4、β max= β 10
[0016]采用不同的变步长比例系数k的值，来比较其工作情况，经过有限次实验发现k=4时，效果最好。
[0017]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，其特征在于，包括步骤: 51、在低电压阶段采用变步长跟踪方法，同时采样光伏模块输出的电压V(k)和电流I (k)，然后计算beta参数值β a: ^a = In (I (k) /V (k)) - c X V (k) 其中c = q/(NsAKT)是光伏特性参数； 52、计算出beta的值后，用此beta值与设定的βmin和β max进行比较:如果beta的值在区间[β min, β max]内，则切换到定步长方法；如果beta的值不在区间[βπι?η, ^max]内，继续采用变步长方法，直到符合区间条件。
2.根据权利要求1所述的，基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，其特征在于，所述βπ?η和β max的确定方法为:设定几种极端工作环境，然后求出不同工作环境下的最大功率点所对应的beta值，最后比较这些beta值的大小，从而选出最小的beta值和最大的beta值，S卩β min和Dmax0
3.根据权利要求2所述的，基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，其特征在于，所述几种极端工作环境包括: (1)单位面积功率1000W/m2，温度45°C； (2)单位面积功率1000W/m2，温度5°C； (3)单位面积功率300W/m2，温度45°C； (4)单位面积功率300W/m2，温度5°C。
4.根据权利要求1所述的基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，其特征在于，所述变步长跟踪方法所采用的变步长大小由D(k) = D(k-l)+ hX (β a - β g)确定，其中D(k-l)和D(k)分别指的是上一次和当前次的开关占空比值，f3g是beta值的参考值，h是变步长比例系数。
5.根据权利要求4所述的基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，其特征在于，所述变步长比例系数h=4。
【专利摘要】本发明公开了一种基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，首先采样光伏模块输出的电压V(k)和电流I(k)，然后计算beta参数值βa，计算出beta的值后，用此beta值与设定的βmin和βmax进行比较：如果beta的值在区间内，则切换到定步长方法；如果beta的值不在区间[βmin,βmax]内，继续采用变步长方法，直到符合区间条件。本发明所提供的基于Beta参数的混合型最大功率点跟踪控制方法，在第一阶段的低电压阶段采用变步长跟踪方法，将工作点电压快速拉近MPP附近位置，从而实现快速响应，然后第二阶段采用定步长跟踪方法，从而实现跟踪精度的提高，过程中跟踪一个中间变量beta参数值，来确定变步长大小和工作区间，可以准确地切换两种方法，算法简单，实用性强。
【IPC分类】G05F1-67
【公开号】CN104866002
【申请号】CN201510246623
【发明人】李星硕, 文辉清
【申请人】西交利物浦大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月15日
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