本發(fā)明涉及太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域，特別是涉及一種基于sqp信賴域算法的光伏單峰mppt方法。

背景技術(shù)：

mppt是提高光伏發(fā)電系統(tǒng)運行效率的常用方法。在局部陰影條件下，光伏陣列的p-u曲線可能呈現(xiàn)多峰值特性，按照是否具有應對多峰值問題的能力，光伏mppt方法分為單峰mppt方法和多峰mppt方法兩類。雖然在局部陰影條件下單峰mppt方法可能會陷入局部功率極大值點而失效。然而，單峰mppt方法仍具有十分重要的意義：一方面，多峰mppt方法在搜索到全局最大功率點附近后，仍需依賴單峰mppt方法實現(xiàn)最大功率點的局部跟蹤；另一方面，微逆技術(shù)和模塊化多電平換流器技術(shù)的發(fā)展也擴大了單峰mppt方法的適用范圍。

常用的擾動觀察法和電導增量法采用定步長跟蹤最大功率點，但這類方法存在步長選取的矛盾：選取大步長，能獲得較好的動態(tài)響應能力，但會降低穩(wěn)態(tài)運行效率；選取小步長，能提高穩(wěn)態(tài)運行效率，但其動態(tài)響應能力會下降。為解決這一矛盾，主要有模糊邏輯控制和梯度法兩種變步長方案。由于模糊邏輯控制需要進行模糊集、隸屬函數(shù)形狀以及控制規(guī)則表等設計環(huán)節(jié)，設計難度較大，因此目前相關(guān)研究主要集中于基于梯度法的變步長mppt方法。

在梯度法中，下一步的步長由當前運行點輸出功率對電壓的導數(shù)乘上一個步長因子獲得，其中步長因子是一個重要參數(shù)：步長因子過大會導致參考電壓收斂很慢甚至不收斂，而步長因子過小則會使動態(tài)響應能力降低。選取步長因子的方法主要有事先設定和自適應兩種。事先設定步長因子的方法應用較為簡單，但由于光伏組件的p-u曲線會隨著運行條件的改變而改變，因此事先設定的步長因子難以保證在各種運行條件下都能獲得較好的性能；而自適應步長因子方法含有反三角函數(shù)等復雜的數(shù)學運算，可能會增大硬件成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種基于sqp(序列二次規(guī)劃)信賴域算法的光伏單峰mppt方法，以解決現(xiàn)有事先設定步長因子的變步長mppt方法不能保證在多種運行條件下的適應性，而現(xiàn)有自適應步長因子的變步長mppt方法又含有較為復雜的數(shù)學運算，會增大硬件成本的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于sqp信賴域算法的光伏單峰mppt方法，包括以下步驟：

s1：初始化光伏陣列組件的電壓uref⁽⁰⁾和信賴域半徑r⁽⁰⁾，測量初始輸出功率p⁽⁰⁾和輸出功率p⁽⁰⁾對電壓uref⁽⁰⁾的一階導數(shù)g⁽⁰⁾；

s2：初始化輸出功率p⁽⁰⁾對電壓uref⁽⁰⁾的二階導數(shù)b⁽⁰⁾，通過所述的輸出功率對電壓的一階導數(shù)g⁽⁰⁾，所述的輸出功率p⁽⁰⁾對電壓uref⁽⁰⁾的二階導數(shù)b⁽⁰⁾和所述的信賴域半徑r⁽⁰⁾計算所述的初始電壓試探步長d⁽⁰⁾，同時初始化迭代次數(shù)標記k＝1；

s3：更新所述的電壓uref，再次測量當前所述的輸出功率p；

s4：判斷所述的輸出功率p是否滿足終止條件，若所述的輸出功率p滿足終止條件，則維持當前所述的電壓uref，方法終止；若所述的輸出功率不滿足終止條件，則進行s5；

s5：計算評價函數(shù)ρ；

s6：通過比較評價函數(shù)的值ρ與預設值ε2進行如下判斷，其中ε2為正數(shù)，若ρ^(k)≥ε2，則測量當前的輸出功率p對電壓uref的一階導數(shù)g，并更新所述的輸出功率p對電壓uref的二階導數(shù)b；若ρ^(k)＜ε2，則令所述的電壓uref等于更新前的所述的電壓uref、輸出功率p等于更新前的輸出功率p、輸出功率p對電壓uref的一階導數(shù)g等于更新前的輸出功率p對電壓uref的一階導數(shù)g和輸出功率p對電壓uref的二階導數(shù)b等于更新前的輸出功率p對電壓uref的二階導數(shù)b；

s7：通過所述的評價函數(shù)值ρ更新所述的信賴域半徑r；

s8：由輸出功率p對電壓uref的一階導數(shù)g、二階導數(shù)b和新的信賴域半徑r重新計算電壓步長d，返回s3進行迭代。

本發(fā)明通過利用sqp信賴域算法自適應地求取mppt控制的步長因子，不斷地通過調(diào)整電壓步長d，使得電壓至不斷變化，導致功率不斷“追蹤”最大功率值，最終當兩者的差距小于某一個預設值ε1時，流程結(jié)束。

在一種優(yōu)選的方案中，所述的s1中初始化光伏陣列組件的電壓uref⁽⁰⁾＝40v，初始化信賴域半徑r⁽⁰⁾＝3v和所述的s2中初始化輸出功率p對電壓uref的二階導數(shù)b⁽⁰⁾＝-1。

在一種優(yōu)選的方案中，所述的s2和s8中所述的電壓試探步長d通過以下公式進行求?。?/p>

式中，r^(k)表示第k次迭代中的信賴域半徑，g^(k)表示第k次迭代中輸出功率對電壓的一階導數(shù)，b^(k)表示第k次迭代中輸出功率對電壓的二階導數(shù)。

在一種優(yōu)選的方案中，所述的s3中更新所述的電壓uref通過以下公式進行求?。?/p>

式中，表示第k次迭代的電壓。

在一種優(yōu)選的方案中，所述的s4中所述的終止條件通過以下公式表示：

|p^(k)-p^(k-¹⁾|＜ε1

式中，p^(k)表示第k次迭代中的輸出功率，ε1的取值范圍是0.01w≤ε1≤1w。

在一種優(yōu)選的方案中，所述的s5中所述的評價函數(shù)通過以下公式進行求取：

式中，ρ^(k)表示第k次迭代中的評價結(jié)果。

在一種優(yōu)選的方案中，所述的s6中的ε2＝0.25。

在一種優(yōu)選的方案中，所述的s6中輸出功率p對電壓uref的二階導數(shù)b通過以下公式進行求?。?/p>

式中，b^(k+1)表示第k+1次迭代中輸出功率對電壓的二階導數(shù)。

在一種優(yōu)選的方案中，所述的s6中所述的電壓uref等于更新前的所述的電壓uref、輸出功率p等于更新前的輸出功率p、輸出功率p對電壓uref的一階導數(shù)g等于更新前的輸出功率p對電壓uref的一階導數(shù)g和輸出功率p對電壓uref的二階導數(shù)b等于更新前的輸出功率p對電壓uref的二階導數(shù)b通過以下公式進行求取：

式中，表示更新前的電壓，p^(k-1)表示更新前的輸出功率，g^(k-1)表示更新前的輸出功率對電壓的一階導數(shù)，b^(k-1)表示更新前的輸出功率對電壓的二階導數(shù)，表示當前的電壓，p^(k)表示當前的輸出功率，g^(k)表示當前的功率對電壓的一階導數(shù)，b^(k)表示當前的功率對電壓的二階導數(shù)。

在一種優(yōu)選的方案中，所述的s7中所述的信賴域半徑r通過以下公式進行求取：

式中，rmax為信賴域半徑上限，rmax＝3v，ε3＝0.75。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：

本發(fā)明除比較判斷外，只包括簡單的四則運算，降低了方法的復雜程度；利用sqp信賴域算法自適應地求取步長因子，保證在各種運行條件下都能獲得較好的性能。

附圖說明

圖1為實施例方法流程圖。

圖2為標準測試條件下本案實施例1與對比實施例2、對比實施例3的電壓波形。圖3為標準測試條件下本案實施例1與對比實施例2、對比實施例3的功率波形。

具體實施方式

附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的說明。

實施例1的方法執(zhí)行步驟示意圖如附圖1所示，包括如下步驟：

一種基于sqp信賴域算法的光伏單峰mppt方法，包括以下步驟：

s1：初始化光伏陣列組件的電壓uref⁽⁰⁾＝40v和信賴域半徑r⁽⁰⁾＝3v，測量初始輸出功率p⁽⁰⁾和輸出功率p⁽⁰⁾對電壓uref⁽⁰⁾的一階導數(shù)g⁽⁰⁾；

s2：初始化輸出功率p⁽⁰⁾對電壓uref⁽⁰⁾的二階導數(shù)b⁽⁰⁾＝-1，通過輸出功率對電壓的一階導數(shù)g⁽⁰⁾，輸出功率p⁽⁰⁾對電壓uref⁽⁰⁾的二階導數(shù)b⁽⁰⁾和信賴域半徑r⁽⁰⁾計算初始電壓試探步長d⁽⁰⁾，同時初始化迭代次數(shù)標記k＝1；

s3：更新電壓uref，再次測量當前輸出功率p；

s4：判斷輸出功率p是否滿足|p^(k)-p^(k-1)|＜ε1，若輸出功率p滿足|p^(k)-p^(k-1)|＜ε1，則維持當前電壓uref，方法終止；若輸出功率p不滿足|p^(k)-p^(k-1)|＜ε1，則進行s5，其中，ε1＝0.01w。

s5：計算評價函數(shù)ρ，ρ通過以下公式進行求取：

式中，ρ^(k)表示第k次迭代中的評價結(jié)果。

s6：通過比較評價函數(shù)的值ρ與預設值ε2進行如下判斷，其中ε2＝0.25，若ρ(^k)≥ε2，則測量當前的輸出功率p對電壓uref的一階導數(shù)g，并更新輸出功率p對電壓uref的二階導數(shù)b；若ρ^(k)＜ε2，則令電壓uref等于更新前的電壓uref、輸出功率p等于更新前的輸出功率p、輸出功率p對電壓uref的一階導數(shù)g等于更新前的輸出功率p對電壓uref的一階導數(shù)g和輸出功率p對電壓uref的二階導數(shù)b等于更新前的輸出功率p對電壓uref的二階導數(shù)b；

s7：通過評價函數(shù)值ρ更新信賴域半徑r；

s8：由輸出功率p對電壓uref的一階導數(shù)g、二階導數(shù)b和新的信賴域半徑r重新計算電壓步長d，返回s3進行迭代。

s2和s8中電壓試探步長d通過以下公式進行求取：

式中，r^(k)表示第k次迭代中的信賴域半徑，g^(k)表示第k次迭代中輸出功率對電壓的一階導數(shù)，b^(k)表示第k次迭代中輸出功率對電壓的二階導數(shù)。

s3中更新電壓uref通過以下公式進行求?。?/p>

式中，表示第k次迭代的電壓。

s6中若ρ^(k)≥ε2，輸出功率p對電壓uref的二階導數(shù)b通過以下公式進行求?。?/p>

式中，b^(k)表示第k次迭代中輸出功率對電壓的二階導數(shù)。

s6中若ρ^(k)<ε2，電壓uref等于更新前的電壓uref、輸出功率p等于更新前的輸出功率p、輸出功率p對電壓uref的一階導數(shù)g等于更新前的輸出功率p對電壓uref的一階導數(shù)g和輸出功率p對電壓uref的二階導數(shù)b等于更新前的輸出功率p對電壓uref的二階導數(shù)b通過以下公式進行求?。?/p>

式中，表示更新前的電壓，p^(k-1)表示更新前的輸出功率，g^(k-1)表示更新前的輸出功率對電壓的一階導數(shù)，b^(k-1)表示更新前的輸出功率對電壓的二階導數(shù)，表示當前的電壓，p^(k)表示當前的輸出功率，g^(k)表示當前的功率對電壓的一階導數(shù)，b^(k)表示當前的功率對電壓的二階導數(shù)。

s7中信賴域半徑r通過以下公式進行求?。?/p>

式中，rmax為信賴域半徑上限，rmax＝3v，ε3＝0.75。

實施例2：采用基于切線角的變步長mppt方法。

實施例3：采用定步長因子的變步長mppt方法。

實施例1～3采用型號為spr-300e-wht-d的光伏組件。該型號光伏組件在溫度25℃且光照強度分別為200w/m²、400w/m²和1000w/m²時的最大功率點電壓分別為52.51v、53.71v和54.70v，最大輸出功率分別為57.68w、117.97w和300.06w；在光照強度1000w/m²，溫度分別為35℃和45℃時的最大功率點電壓為52.86v和51.02v，最大輸出功率分別為291.21w和282.23w。在正常運行時，可以認為光伏組件的輸出電壓等于mppt控制的參考電壓。實施例1～3的mppt控制的采樣周期為0.01s，mppt控制于t＝0.01s時啟動，時間為0s至0.9s；初始電壓為40v，步長上限為3v，電壓上限和下限分別為20v和60v，三種實施例的終止條件均為

|p^(k)-p^(k-1)|＜0.01w

在標準測試條件(25℃，1000w/m²)下所得的參考電壓波形和輸出功率波形分別如圖2和圖3所示。

五種溫度和光照的運行條件下實施例1～3的測試結(jié)果見表格1。表格1中，時間是指從mppt控制開始至達到終止條件所消耗的時間，電壓和輸出功率分別指達到終止條件時光伏組件的輸出電壓和輸出功率，能量是指從mppt控制開始至達到終止條件時光伏陣列能夠輸出的電能總量最大值與實際輸出的電能總量之差。

分析實施例測試結(jié)果，可得如下結(jié)論：

對比同一實施例在不同條件下的測試結(jié)果，可知本發(fā)明方法(實施例1)能適應不同光照強度以及溫度條件。

對比相同運行條件下不同實施例的測試結(jié)果，可知本發(fā)明方法(實施例1)在各運行條件下的動態(tài)響應能力均優(yōu)于其他方法(實施例2和實施例3)，達到最大功率點的時間最短，造成的電能損失更小，能夠提高光伏發(fā)電的效率。附圖中描述位置關(guān)系的用語僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。

表格1實施例測試結(jié)果