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自尋優(yōu)最大功率點跟蹤裝置及方法

文檔序號:7492348閱讀:262來源:國知局
專利名稱:自尋優(yōu)最大功率點跟蹤裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種自尋優(yōu)最大功率點跟蹤裝置及方法,尤指一種用于太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)電系統(tǒng)的控制裝置及其方法。
背景技術(shù)
太陽能光伏產(chǎn)業(yè)是二十一世紀(jì)的新興產(chǎn)業(yè)之一。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在不斷提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率及使用壽命的同時,其控制裝置的研發(fā)和應(yīng)用是太陽能光伏系統(tǒng)中最為重要和關(guān)鍵的部分。傳統(tǒng)的控制器控制太陽能電池方陣的輸入陣列數(shù),以滿足蓄電池的充電要求,同時通過逆變裝置向交流負(fù)載供電。該技術(shù)的主要技術(shù)問題和缺點是,組件獨立設(shè)計不具備并聯(lián)或并網(wǎng)運行;控制器采用有級方式控制太陽電池方陣;不具備ZV-ZCS(零壓零流開關(guān))諧振軟開關(guān)逆變技術(shù)、全數(shù)字化DSP(數(shù)字信號處理)技術(shù)、數(shù)字同步鎖相技術(shù)、MPPT(Maximum Power Point Trace)自尋優(yōu)最大功率點技術(shù)、反孤島運行技術(shù)、系統(tǒng)集中管理及遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)、系統(tǒng)組件最優(yōu)化仿真技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述不足之處,本發(fā)明的主要目的旨在提供一種對太陽電池最大功率點的跟蹤裝置及獨特的最大功率動態(tài)比較技術(shù),實現(xiàn)動態(tài)自尋優(yōu)最大功率點跟蹤功能。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是要解決通過反饋控制太陽電池方陣的輸出功率,要使電池的工作點總是指向最大功率點,且這種關(guān)系不隨光照和溫度而改變;要解決在功率計算、噪音濾除等特殊技術(shù),使自尋優(yōu)最大功率點的跟蹤速度和準(zhǔn)確性大大提高等問題。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該裝置由太陽電池方陣、控制裝置、乘法器及比較器等部件組成,陣列電壓和陣列電流分別輸入乘法器的輸入端,乘法器的輸出端與當(dāng)前功率模塊的輸入端相互連接,當(dāng)前功率模塊的輸出端與比較器的輸入端相互連接,比較器的輸出連接到脈寬調(diào)制PWM輸出控制器的輸入端,記憶功率模塊的輸出端與比較器的輸入端相互并接。
以硅為基本材料的太陽能電池在不同的照射強度和溫度下,其I-V特性曲線各不相同,而輸出與I-V特性相應(yīng)存在一個最大功率輸出點,因此對太陽電池最大輸出功率點的跟蹤MPPT(MaximumPower Point Trace)成為提高整個系統(tǒng)效率的關(guān)鍵點之一。
硅太陽電池陣列具有的伏安特性,在不同的日射強度下它與負(fù)載特性L的交點,如a、b、c、d、e等為系統(tǒng)當(dāng)前的工作點;可以看出,這些工作點并不正好落在陣列可能提供最大功率的那些點,如a′、b′、c′、d′、e′上,這就不能充分利用在當(dāng)前日射下陣列所能提供最大功率,被浪費的陣列容量為陰影線所示的面積。如果把在不同日射下陣列所能提供最大功率的點聯(lián)起來,就構(gòu)成了曲線Pmax所示的最大功率的點軌跡線,任何時候都應(yīng)設(shè)法使系統(tǒng)的工作點落在這一軌跡上。
一種自尋優(yōu)最大功率點跟蹤裝置的跟蹤方法,其MPPT(Maximum Power Point Trace)自尋優(yōu)最大功率點跟蹤技術(shù)通過反饋控制太陽電池方陣的輸出功率,使電池的工作點總是指向最大功率(MPP)點,用最大功率動態(tài)比較,實現(xiàn)動態(tài)最大功率點跟蹤,其跟蹤為自尋優(yōu)過程,具體工作步驟是步驟1.檢測通過對陣列當(dāng)前輸出電壓與電流的檢測,得到當(dāng)前陣列輸出功率;步驟2.比較與已被存儲的前一時刻陣列功率相比較,舍小存大,該方法包括a)、設(shè)被存儲的前一時刻的記憶功率為PI;b)、若通過乘法器測得有Pd》Pj,則取U=U+ΔU后再測、再比、再修改脈寬;c)、反之,若測得有Pd《Pj,則取U=U-ΔU后再測、再比、再修改脈寬;d)、舍小存大;步驟3.實時搜索并保持如此實時搜索到陣列的最大功率點并動態(tài)地保持;步驟4.再循環(huán)檢測、比較按上述步驟重復(fù)循環(huán)檢測、比較及自尋優(yōu)。
本發(fā)明的有益效果是實現(xiàn)對太陽電池最大輸出功率點的跟蹤,使電池的工作點總是指向最大功率點,且這種關(guān)系不隨光照和溫度而改變;系統(tǒng)采用獨特的最大功率動態(tài)比較技術(shù),實現(xiàn)動態(tài)MPPT功能,在功率計算、噪音濾除方面采取了特殊技術(shù),使自尋優(yōu)最大功率點的跟蹤速度和準(zhǔn)確性大大提高,該自尋優(yōu)最大功率點跟蹤MPPT(Maximum Power Point Trace)提高了整個系統(tǒng)的效率,該技術(shù)達(dá)到國際同類產(chǎn)品的水平。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
附圖1是本發(fā)明控制結(jié)構(gòu)方框示意圖;附圖2是本發(fā)明太陽電池陣列的伏安特性及其工作點示意圖;
附圖3是本發(fā)明MPPT的控制過程示意圖;附圖中標(biāo)號說明1-陣列電壓;2-陣列電流;3-乘法器;4-當(dāng)前功率模塊;5-記憶功率模塊;6-比較器;7-PWM輸出控制器;具體實施方式
請參閱附圖1、2、3所示,本發(fā)明的裝置由太陽電池方陣、控制裝置、乘法器3及比較器6等部件組成,陣列電壓1和陣列電流2分別輸入乘法器3的輸入端,乘法器3的輸出端與當(dāng)前功率模塊4的輸入端相互連接,當(dāng)前功率模塊4的輸出端與比較器6的輸入端相互連接,比較器6的輸出連接到脈寬調(diào)制PWM輸出控制器7的輸入端,記憶功率模塊5的輸出端與比較器6的輸入端相互并接。以硅為基本材料的太陽能電池在不同的照射強度和溫度下,其I-V特性曲線各不相同,而輸出與I-V特性相應(yīng)存在一個最大功率輸出點,因此對太陽電池最大輸出功率點的跟蹤MPPT(MaximumPower Point Trace)成為提高整個系統(tǒng)效率的關(guān)鍵點之一,本項目采取獨特的最大功率動態(tài)比較技術(shù),實現(xiàn)動態(tài)MPPT功能,在功率計算、噪音濾除方面采取了特殊技術(shù),使MPPT的跟蹤速度和準(zhǔn)確性大大提高,該技術(shù)達(dá)到國際同類產(chǎn)品的水平。
請參閱附圖2所示,硅太陽電池陣列具有如圖2所示的伏安特性,在不同的日射強度下它與負(fù)載特性L的交點,如a、b、c、d、e等為系統(tǒng)當(dāng)前的工作點;可以看出,這些工作點并不正好落在陣列可能提供最大功率的那些點,如a′、b′、c′、d′、e′上,這就不能充分利用在當(dāng)前日射下陣列所能提供最大功率,被浪費的陣列容量為如圖2中的陰影線所示的面積。如果把在不同日射下陣列所能提供最大功率的點聯(lián)起來,就構(gòu)成了圖2中曲線Pmax所示的最大功率的點軌跡線,任何時候都應(yīng)設(shè)法使系統(tǒng)的工作點落在這一軌跡上。
一種自尋優(yōu)最大功率點跟蹤裝置的跟蹤方法,其MPPT(Maximum Power Point Trace)自尋優(yōu)最大功率點跟蹤技術(shù)通過反饋控制太陽電池方陣的輸出功率,使電池的工作點總是指向最大功率(MPP)點,用最大功率動態(tài)比較,實現(xiàn)動態(tài)最大功率點跟蹤,其跟蹤為自尋優(yōu)過程,具體工作步驟是步驟1.檢測通過對陣列當(dāng)前輸出電壓與電流的檢測,得到當(dāng)前陣列輸出功率;步驟2.比較與已被存儲的前一時刻陣列功率相比較,舍小存大,該方法包括a)、設(shè)被存儲的前一時刻的記憶功率為PI;b)、若通過乘法器測得有Pd》Pj,則取U=U+ΔU后再測、再比、再修改脈寬;c)、反之,若測得有Pd《Pj,則取U=U-ΔU后再測、再比、再修改脈寬;d)、舍小存大;步驟3.實時搜索并保持如此實時搜索到陣列的最大功率點并動態(tài)地保持;步驟4.再循環(huán)檢測、比較按上述步驟重復(fù)循環(huán)檢測、比較及自尋優(yōu)。
MPPT(Maximum Power Point Trace)的實現(xiàn)實質(zhì)上是一個自尋優(yōu)過程,通過對陣列當(dāng)前輸出電壓與電流的檢測,得到當(dāng)前陣列輸出功率,再與已被存儲的前一時刻陣列相比較,舍小存大,再檢測、再比較,如此不停地周而復(fù)始,便可使陣列動態(tài)地工作在最大功率點上。
請參閱附圖3所示,在實施過程中可按圖3表明的規(guī)律不斷地給陣列輸出電壓的脈寬以增量(±ΔU)。設(shè)測得陣列當(dāng)前的輸出功率為Pd,被存儲的前一時刻的記憶功率為PI,若通過乘法器測得有Pd》Pj,則取U=U+ΔU后再測、再比、再修改脈寬;反之,若測得有Pd《Pj,則取U=U-ΔU后再測、再比、再修改脈寬;如此可實時搜索到陣列的最大功率點并動態(tài)地保持它。在進(jìn)行尋優(yōu)搜前兩次的陣列電壓采樣值,由于陣列特性的I=F(U)關(guān)系是一個單值函數(shù),因此只要保證陣列的輸出電壓在任何太陽幅照度及溫度下都能實時地保持為該一太陽幅照度及溫度相應(yīng)的UM值,就一定可以保證陣列在任何瞬間都輸出其最大功率。
權(quán)利要求
1.一種自尋優(yōu)最大功率點跟蹤裝置,該裝置有太陽電池方陣、控制裝置、乘法器及比較器,其特征在于陣列電壓和陣列電流分別輸入乘法器的輸入端,乘法器的輸出端與當(dāng)前功率模塊的輸入端相互連接,當(dāng)前功率模塊的輸出端與比較器的輸入端相互連接,比較器的輸出連接到脈寬調(diào)制輸出控制器的輸入端,記憶功率模塊的輸出端與比較器的輸入端相互并接。
2.一種自尋優(yōu)最大功率點跟蹤裝置的跟蹤方法,其特征在于該方法通過反饋控制太陽電池方陣的輸出功率,電池的工作點總是指向最大功率點,用最大功率動態(tài)比較,實現(xiàn)動態(tài)最大功率點跟蹤,其跟蹤為自尋優(yōu)過程,具體工作步驟是步驟1.檢測通過對陣列當(dāng)前輸出電壓與電流的檢測,得到當(dāng)前陣列輸出功率;步驟2.比較與已被存儲的前一時刻陣列功率相比較,舍小存大,該方法包括a)、設(shè)被存儲的前一時刻的記憶功率為PI.b)、若通過乘法器測得有Pd>>Pj,則取U=U+ΔU后再測、再比、再修改脈寬;c)、反之,若測得有Pd<<Pj,則取U=U-ΔU后再測、再比、再修改脈寬;d)、舍小存大;步驟3.實時搜索并保持如此實時搜索到陣列的最大功率點并動態(tài)地保持;步驟4.再循環(huán)檢測、比較按上述步驟重復(fù)循環(huán)檢測、比較及自尋優(yōu)。
全文摘要
一種涉及自尋優(yōu)最大功率點跟蹤裝置及方法,尤指一種用于太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)電系統(tǒng)的控制裝置及其方法。該發(fā)明的裝置由太陽電池方陣、控制裝置、乘法器及比較器等部件組成,乘法器的輸出端與當(dāng)前功率模塊的輸入端相互連接,當(dāng)前功率模塊的輸出端與比較器的輸入端相互連接,比較器的輸出連接到脈寬調(diào)制PWM輸出控制器的輸入端,記憶功率模塊的輸出端與比較器的輸入端相互并接。本發(fā)明的優(yōu)點是實現(xiàn)對太陽電池最大輸出功率點的跟蹤,使電池的工作點總是指向最大功率點;采用獨特的最大功率動態(tài)比較技術(shù),在功率計算、噪音濾除方面采取了特殊技術(shù),使自尋優(yōu)最大功率點的跟蹤速度和準(zhǔn)確性大大提高。
文檔編號H02N6/00GK1556584SQ20041001564
公開日2004年12月22日 申請日期2004年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月6日
發(fā)明者饒寧陽, 陳鳴波, 錢斌 申請人:上海誠意電器有限公司, 上海紫儀科技發(fā)展有限公司
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