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1、(10)申请公布号 CN 103576735 A (43)申请公布日 2014.02.12 CN 103576735 A (21)申请号 201210264958.2 (22)申请日 2012.07.27 G05F 1/67(2006.01) G05D 3/12(2006.01) (71)申请人 西安元朔科技有限公司 地址 710077 陕西省西安市高新区锦业路 69 号创业研发园 C 区 1 号瞪羚谷 E 座 503 室 (72)发明人 但春林 封长林 (54) 发明名称 基于自适应变步长光伏自动跟踪系统 (57) 摘要 本发明公开了一种基于自适应变步长光伏自 动跟踪系统， 该系统包括信号采。
2、集模块、 控制输出 模块两部分。 信号采集模块包括光敏传感器、 电压 采样模块、 电流采样模块、 信号处理电路、 A/D 转 换模块、 单片机 ； 控制输出模块包括电机驱动模 块、 步进电机、 PWM 整流驱动模块、 控制器、 蓄电池 负载。 其中， 光敏传感器、 电压采样模块、 电流采用 模块用于获取光伏阵列的光信号、 电压信号和电 流信号， 并经信号处理电路和 A/D 转换模块将这 些信号转为数字信号， 并传输到单片机内， 在单片 机内实现最大功率点定位， 并通过控制输出模块 实现最大功率点的自动跟踪。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 1 页 (19)中华。
3、人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书2页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103576735 A CN 103576735 A 1/1 页 2 1. 基于自适应变步长光伏自动跟踪系统， 其特征在于 ： 该系统包括信号采集模块和控 制输出模块两部分。其中信号采集模块包括光敏传感器、 电压采样模块、 电流采样模块、 信 号处理电路、 模数转换模块、 单片机 ； 控制输出模块包括电机驱动模块、 步进电机、 PWM 整流 驱动模块、 控制器、 蓄电池负载。 2. 根据权利要求 1 所述的基于自适应变步长光伏自动跟踪系统， 其特征在于 ： 该系统 首先经光敏传感器、。
4、 电压采集模块、 电流采集模块分别获得光伏的光信号、 电压信号、 电流 信号， 并经信号处理电路和模数转换模块将光信号、 电压信号、 电流信号转换为数字信号， 并输入到控制器中， 通过控制器中的变步长扰动观察法对最大功率点进行跟踪。 3. 根据权利要求 1 所述的基于自适应变步长光伏自动跟踪系统， 其特征在于 ： 采用变 步长扰动观察法实现最大功率点快速和高精度的跟踪要求。 4.根据权利要求1所述的基于自适应变步长光伏自动跟踪系统， 其特征在于 ： 采用MPS 超低耗单片机作为系统的控制和信息处理平台。 权 利 要 求 书 CN 103576735 A 2 1/2 页 3 基于自适应变步长光伏。
5、自动跟踪系统 技术领域 0001 本发明涉及一种光伏跟踪系统， 尤其涉及一种基于自适应变步长光伏自动跟踪系 统。 背景技术 0002 能源已成为世界经济发展的关键问题， 太阳能以其独特的特点可再生和无污 染， 倍受人们关注。 当前对于太阳能发电最大功率点跟踪的研究已涉及到许多的方向， 其中 有关于单轴跟踪、 双轴跟踪等方式的理论分析和讨论， 也有关于 NIPPT 算法的研究。比较 典型的有恒定电压法可以近似实现光伏阵列的最大功率输出， 且控制简单， 可靠性高， 稳定 性好， 然而这种方法精度差受气候变化影响比较大 ； 扰动观察法是通过周期性地改变负载 来改变系统的输出功率， 虽然可以通过减小扰。
6、动幅度来减小能量损失， 但将影响系统跟踪 速度 ； 增量电导法在理论上能避免扰动观察法输出功率反复振荡的缺点， 并使阵列稳定运 行于最大功率点处， 其缺点是算法过于复杂， 对于实现该算法的硬件质量要求增高， 延时较 长， 会造成不必要的功率损耗等。 发明内容 0003 为了弥补传统光伏自动跟踪系统的不足， 本发明设计了一种自适应变步长光伏自 动跟踪系统。 0004 基于自适应变步长光伏自动跟踪系统包括两大部分， 一部分是信号采集模块， 包 括光敏传感器、 电压采样模块、 电流采样模块、 信号处理电路、 模数转换模块、 单片机 ； 第二 部分是控制输出模块， 包括电机驱动模块、 步进电机、 PW。
7、M 整流驱动模块、 控制器、 蓄电池负 载、 光伏电池、 单片机。 0005 所述的控制器采用变步长MPPT控制策略， 主要是根据光伏组件输出P-U特性曲线 上各点斜率的绝对值确定最大功率点跟踪的扰动步长， 提高了搜索的快速性和稳定性。 0006 基于变步长 MPPT 控制算法的具体步骤如下 ： 步骤 1 ： 检测光伏器件输出电压 U、 电流 I， 计算输出功率 P， 输出 P-U 特性曲线 ； 步骤2 ： 在P-U特性曲线上计算各点斜率的绝对值， 显然在采样周期很小时， P-U曲线上 各点斜率的绝对值等于光伏组件各点输出功率变化量与输出电压变化量的比值的绝对值， 即 ： |dP/dU| |P。
8、/U|， 根据公式 (1) 确定 k 时刻扰动步长 D(k) P(k) P(k)-P(k-1) U(k) U(k)-U(k-1) D(k) |P(k)/U(k)|D 式中 ：P(k)，U(k) 分别为 k-1 时刻到 k 时刻占空比变 化引起的光伏模块输出功率变化量和电压变化量 ； D 为占空比的固定变化量， 为定值。 步骤 3 ： 通过步长改变占空比来增加或减少电压， 并观测其后的功率变化方向， 决定下 一步的控制信号， 通过多次这样的调节， 使光伏组件最终达到最大功率输出。 0007 本发明的有益效果是 ： 本系统采用变扰动步长的 MPPT 跟踪算法， 能够实时对光伏 说 明 书 CN 1。
9、03576735 A 3 2/2 页 4 组件输出功率进行跟踪调节， 大大提高光伏系统跟踪最大输出功率速度的同时， 有效较低 系统输出功率在最大功率点处的振荡现象， 减小光伏组件的能力损耗。 附图说明 0008 图 1 是本发明的结构图 ； 0009 图 2 是本发明的控制原理框图。 具体实施方式 0010 参照图 1， 本发明的具体实施步骤如下 ： 首先分别通过电压采集模块、 电流采集模 块、 光敏传感器获取光伏阵列的电压信号、 电流信号和光信息 ； 然后电压采样模块、 电流采 样模块、 光敏传感器分别与信号处理器电路相连， 再与 AD 模数转换模块相连， 主要目的是 将电压信号、 电流信号。
10、和光信号转换为适应于单片机处理的数字信号， 并将这三种信号输 入到单片机 MCU 中。在单片机 MCU 中， 通过控制器追踪系统的输出电压， 达到控制系统输出 功率， 实现跟踪系统最大功率点的效果 ； 并通过电机驱动模型使光伏电池板在东西方向上 的 0-180 度范围内自由旋转。 0011 参照图 2， 本发明的控制原理如下 ： 获取光伏阵列的输出电压、 电流， 并经采样电 路传输到单片机中， 在单片机中应用基于自适应的变步长光伏 MPPT 自动跟踪算法追踪最 大功率点， 并通过控制器和驱动器旋转光伏阵列， 保证光伏阵列能够随着最大功率点的移 动而移动。 说 明 书 CN 103576735 A 4 1/1 页 5 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103576735 A 5 。