近年来，光伏发电因其无污染、不受地域限制等优点备受关注。然而，光伏电池容易受到光强和温度的影响，利用率较低。需要对光伏发电系统进行最大功率点跟踪控制。

目前，有众多的最大功率点控制算法。开路电压法和短路电流法能够对最大功率 点进行快速的跟踪，但是不适应对外界环境的变化；扰动观察法需要判断电压扰动前后系 统输出功率的变化，只能在最大功率点附近振荡运行。电导增量法通过光伏阵列的P‑V曲线 来调整光伏阵列的工作点，需要较高精度的传感器。模糊算法对于光伏电池的非线性时变 参数控制缺乏在线自学习能力；神经网络算法的训练是建立在已知的光伏阵列模型上进行 设计，还存在着一定的局限性。

问题拆分

该系统包括：光伏阵列模块，用于将 太阳能转化为电能；单电流MPPT模块，用于利用 单电流传感器的MPPT算法预测系统下一时刻的 电流值，为模型预测控制模块提供外部电流的参 考值和变化趋势；模型预测控制模块，用于根据 boost变换器的状态空间方程计算下一时刻光伏 电池的电流值，并与单电流MPPT算法预测的电流 值进行比较得到评价函数J，以控制boost变换器 的开关状态来输出最优占空比D，达到MPPT快速 跟踪的目的；以及boost变换器，连接在光伏阵列 与负载之间，接受所述模型预测控制模块的控 制。该系统及方法有利于提高系统的响应速度及 稳态性。

问题解决

本发明的目的在于提供一种光伏最大功率点跟踪控制系统及方法，该系统及方法 有利于提高系统的响应速度及稳态性。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种光伏最大功率点跟踪控制系统， 包括：

[0006] 光伏阵列模块，用于将太阳能转化为电能；

[0007] 单电流MPPT模块，用于利用单电流传感器的MPPT算法预测系统下一时刻的电流 值，为模型预测控制模块提供外部电流的参考值和变化趋势；

[0008] 模型预测控制模块，用于根据boost变换器的状态空间方程计算下一时刻光伏电 池的电流值，并与单电流MPPT算法预测的电流值进行比较得到评价函数J，以控制boost变 换器的开关状态来输出最优占空比D，达到MPPT快速跟踪的目的；

[0009] boost变换器，连接在光伏阵列与负载之间，接受所述模型预测控制模块的控制。

[0010] 进一步地，所述单电流MPPT模块通过推导出的光伏阵列(1‑D)iPV‑D曲线，根据d [(1‑D)iPV]和dD的值判断出光伏阵列工作点的位置，进而调整光伏阵列的工作点。

[0011] 进一步地，所述单电流MPPT模块按如下方法实现：

[0012] 设boost变换器的输入功率为PPV，输入电压为vPV，输入电流为iPV，根据boost变换 器的电压变换关系有：

[0014] PPV＝vPV×iPV＝(1‑D)vc·iPV (2)

[0015] 变量f(k)定义为：f(k)＝(1‑D(k))·iPV(k) (3)

[0016] 由于光伏系统的输出电压vc保持恒定，由式(2)可知光伏电池的输出功率PPV与(1‑D)iPV正比；因此通过调整boost变换器的占空比D即可获得光伏系统的最大功率；

[0017] 当f(k)‑f(k‑1)＝0，i*＝iPV(k)；

[0018] 当f(k)‑f(k‑1)>0，且D(k)‑D(k‑1)>0，i*＝iPV(k)+Δi；

[0019] 当f(k)‑f(k‑1)>0，且D(k)‑D(k‑1)<0，i*＝iPV(k)‑Δi；

[0020] 当f(k)‑f(k‑1)<0，且D(k)‑D(k‑1)>0，i*＝iPV(k)+Δi；

[0021] 当f(k)‑f(k‑1)<0，且D(k)‑D(k‑1)<0，i*＝iPV(k)‑Δi；

[0022] 其中，Δi＝iPV(k)‑iPV(k‑1)。

[0023] 进一步地，所述模型预测控制模块基于boost变换器的预测模型，利用下一时刻的 电流值与预测的电流参考值进行比较。

[0024] 进一步地，所述模型预测控制模块采用如下最小化评价函数J：

[0026] 其中，iPV ,s＝n(k+1)为k+1时刻光伏阵列输出电流，i*为单电流MPPT模块计算的电流 参考值，s＝0为开关管断开状态，s＝1为开关管闭合状态。

[0027] 本发明还提供了一种光伏最大功率点跟踪控制方法，包括如下步骤：

[0028] 步骤S1：光伏阵列模块将太阳能转化为电能；

[0029] 步骤S2：单电流MPPT模块利用单电流传感器的MPPT算法预测系统下一时刻的电流 值，为模型预测控制模块提供外部电流的参考值和变化趋势；

[0030] 步骤S3：模型预测控制模块根据boost变换器的状态空间方程计算下一时刻光伏 电池的电流值，并与单电流MPPT算法预测的电流值进行比较得到评价函数J，以控制boost 变换器的开关状态来输出最优占空比D。

[0031] 进一步地，步骤S2按如下方法实现：

[0032] 设boost变换器的输入功率为PPV，输入电压为vPV，输入电流为iPV，根据boost变换 器的电压变换关系有：

[0034] PPV＝vPV×iPV＝(1‑D)vc·iPV (2)

[0035] 变量f(k)定义为：f(k)＝(1‑D(k))·iPV(k) (3)

[0036] 由于光伏系统的输出电压vc保持恒定，由式(2)可知光伏电池的输出功率PPV与(1‑ D)iPV正比；因此通过调整boost变换器的占空比D即可获得光伏系统的最大功率；

[0037] 当f(k)‑f(k‑1)＝0，i*＝iPV(k)；

[0038] 当f(k)‑f(k‑1)>0，且D(k)‑D(k‑1)>0，i*＝iPV(k)+Δi；

[0039] 当f(k)‑f(k‑1)>0，且D(k)‑D(k‑1)<0，i*＝iPV(k)‑Δi；

[0040] 当f(k)‑f(k‑1)<0，且D(k)‑D(k‑1)>0，i*＝iPV(k)+Δi；

[0041] 当f(k)‑f(k‑1)<0，且D(k)‑D(k‑1)<0，i*＝iPV(k)‑Δi；

[0042] 其中，Δi＝iPV(k)‑iPV(k‑1)。

[0043] 进一步地，步骤S3中，模型预测控制模块基于boost变换器的预测模型，利用下一 时刻的电流值与预测的电流参考值进行比较，以使最大功率点的值更加简单精确。

[0044] 进一步地，步骤S3中，采用如下最小化评价函数J：

[0046] 其中，iPV ,s＝n(k+1)为k+1时刻光伏阵列输出电流，i*为单电流MPPT模块计算的电流

参考值，s＝0为开关管断开状态，s＝1为开关管闭合状态。

[0047] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：提供了一种光伏最大功率点跟踪控

制系统及方法，通过单电流传感器的最大功率点控制法为模型预测控制模块提供了参考的

电流值，模型预测控制模块根据boost变换器计算出等效电流值，并通过匹配误差来控制

boost变换器开关管，使得系统能够在外界环境突然变化的情况有较快的瞬时响应，不仅简

化了控制系统，而且改善了光伏系统在光照强度剧烈变化时的响应速度及稳态性。