專利名稱：一種用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
實(shí)用新型涉及一種用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤控制裝置，屬于最大功率點(diǎn)跟蹤裝置。
背景技術(shù)：
基于太陽能利用的光伏發(fā)電技術(shù)得到了廣泛的關(guān)注，但是光伏電池的輸出功率受光伏電池溫度以及太陽輻射強(qiáng)度的影響。在相同的輻射條件下，光伏電池的溫度越高，則光伏電池的開路電壓越低，輸出功率越??；反之，光伏電池的溫度越低，則光伏電池的開路電壓就越高，輸出功率越大。在相同的光伏電池溫度下，照射到光伏電池上的輻射強(qiáng)度越強(qiáng)， 則光伏電池的短路電流就越高，輸出功率越大；輻射強(qiáng)度越低，則光伏電池的短路電流越低，輸出功率越小。在實(shí)際光伏系統(tǒng)中，光伏電池的輸出功率往往同時(shí)受到溫度T及太陽輻射強(qiáng)度S變化的影響，溫度T的增加使得光伏電池的輸出功率產(chǎn)生減小的趨勢，輻射強(qiáng)度S 的增加使得光伏電池的輸出功率產(chǎn)生增大的趨勢，光伏電池的實(shí)際輸出功率是這兩種趨勢相互作用的結(jié)果。
為了提高光伏電池的利用效率，提高單位面積光伏電池的發(fā)電量，需要針對光伏電池的上述特性，采用一定的控制策略來使光伏發(fā)電系統(tǒng)工作在光伏電池的最大功率點(diǎn)上。已知的電壓擾動(dòng)法MPPT策略先擾動(dòng)光伏陣列輸出電壓值，再對擾動(dòng)后的光伏陣列輸出功率進(jìn)行觀測，然后與擾動(dòng)之前功率值相比，若擾動(dòng)后的功率值增加，則擾動(dòng)方向不變；若擾動(dòng)后的功率值減小，則改變擾動(dòng)方向，直至搜索到光伏陣列的最大工作電壓附近。傳統(tǒng)的電壓擾動(dòng)法采用固定步長對光伏陣列輸出電壓進(jìn)行擾動(dòng)，存在工作電壓在光伏陣列最大工作電壓附近擺動(dòng)的問題。如果選擇的步長過小，則最大功率點(diǎn)跟蹤的速度較慢；如果選擇的步長過大，則工作電壓在光伏陣列最大工作電壓附近的擺動(dòng)幅度大。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤控制裝置。
本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案 本實(shí)用新型一種用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤控制裝置，包括MPPT采樣電路、驅(qū)動(dòng)電路、電流采樣電路以及電壓采樣電路，其中MPPT采樣電路的輸入端接光伏陣列的輸出直流電壓及輸出電流端，電流采樣電路的輸入端接三相并網(wǎng)逆變器的輸出端，電壓采樣電路的輸入端接公用電網(wǎng)的三相電壓輸入端，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端接三相并網(wǎng)逆變器的輸入端，其特征在于還包括由MPPT變步長跟蹤模塊、PWM產(chǎn)生模塊、電壓電流雙閉環(huán)控制模塊和鎖相環(huán)構(gòu)成的DSP處理器，其中鎖相環(huán)的輸入端分別接電流采樣電路以及電壓采樣電路的輸出端，鎖相環(huán)的輸出端串接電壓電流雙閉環(huán)控制模塊后接PWM產(chǎn)生模塊的輸入端，MPPT變步長跟蹤模塊的輸入端接MPPT采樣電路的輸出端，MPPT變步長跟蹤模塊的輸出端接PWM產(chǎn)生模塊的輸入端，PWM產(chǎn)生模塊的輸出端接驅(qū)動(dòng)電路的輸入端。
本實(shí)用新型的有益效果在于避免了現(xiàn)有最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)存在的跟蹤速度慢、在最大工作電壓附近擺動(dòng)的現(xiàn)象。

圖1為本實(shí)用新型的原理方框圖。
圖2為本實(shí)用新型采用的電壓擾動(dòng)最大功率跟蹤方法的原理示意圖。
圖3為本實(shí)用新型采用的變步長電壓擾動(dòng)MPPT方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明 圖1為本實(shí)用新型的原理方框圖。如圖所示，本實(shí)用新型的最大功率點(diǎn)跟蹤 (MPPT)控制裝置1包括MPPT采樣電路11、驅(qū)動(dòng)電路12、電流采樣電路13、電壓采樣電路14 以及DSP處理器15。該DSP處理器15為TI公司型號為TMS320LF2812的DSP芯片，其包含 MPPT變步長跟蹤模塊151、PWM產(chǎn)生模塊152、電壓電流雙閉環(huán)控制模塊153及鎖相環(huán)模塊 154。
MPPT采樣電路11采集光伏陣列的輸出直流電壓Ud。及輸出電流Id。，并且將該等采樣信號送至DSP處理器15。電流采樣電路13采集三相并網(wǎng)逆變器的輸出電流Ia、Ib、I。，并且將該電流采樣信號送至DSP處理器15。電壓采樣電路14采集公用電網(wǎng)的三相電壓Ua、 Ub、Uc,并且將該電壓采樣信號送至DSP處理器15。DSP處理器15中的MPPT變步長跟蹤模塊151根據(jù)來自MPPT采樣電路11的采樣信號，使用本實(shí)用新型的改進(jìn)變步長電壓擾動(dòng)法進(jìn)行計(jì)算，并且將計(jì)算結(jié)果輸出至PWM產(chǎn)生模塊152。DSP處理器15中的鎖相環(huán)模塊154 根據(jù)來自電流采樣電路13及電壓采樣電路14的采樣信號，對隊(duì)相電壓信號進(jìn)行鎖相，然后將電壓及電流信號傳遞至電壓電流雙閉環(huán)控制模塊153。電壓電流雙閉環(huán)控制模塊153 將電壓信號及電流信號進(jìn)行計(jì)算，并且將計(jì)算結(jié)果輸出至PWM產(chǎn)生模塊152。PWM產(chǎn)生模塊 152根據(jù)來自MPPT變步長跟蹤模塊151及電壓電流雙閉環(huán)控制模塊153的信號，產(chǎn)生三相并網(wǎng)逆變器功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號。該驅(qū)動(dòng)信號輸出至驅(qū)動(dòng)電路12，經(jīng)隔離放大后施加至三相并網(wǎng)逆變器功率開關(guān)管。
圖2為本實(shí)用新型采用的電壓擾動(dòng)最大功率跟蹤方法的原理示意圖。如圖所示曲線為光伏陣列的輸出電壓U與輸出功率P的關(guān)系，U-P曲線不是固定不變的，它隨著日照強(qiáng)度和溫度變化，但不管U-P曲線如何隨外在因素變化，都具有如圖2所示的大致形狀。圖中 Pmax為光伏陣列的最大輸出功率點(diǎn)，Upmax為最大輸出功率點(diǎn)對應(yīng)的光伏陣列輸出電壓，U。。為光伏陣列的的開路電壓，Udc為光伏陣列的工作電壓。
最大功率點(diǎn)跟蹤控制過程，就是光伏陣列工作電壓Ud。的移動(dòng)過程。如果光伏陣列工作電壓大于最大輸出功率點(diǎn)對應(yīng)的光伏陣列輸出電壓Upmax，如圖2中Ud。所示，判斷dP/dU 的極性小于0，Ud。按照圖中所示的搜索方向B變化，即Udc減小，直至減小到Upmax附近，由于 U-P特性曲線在Upmax附近較為平坦，Ude達(dá)到Upmax后，可能繼續(xù)減小至Upmax的左側(cè)，dP/dU的極性發(fā)生變化，即dP/dU大于0，此時(shí)Ud。應(yīng)向反方向移動(dòng)。如果光伏陣列工作電壓小于最大輸出功率點(diǎn)對應(yīng)的光伏陣列輸出電壓Upmax，如圖2中C4所示，Ud。按照圖中所示的搜索方向 A變化，即Udc增大，直至增大到Upmax附近，由于U-P特性曲線在Upmax附近較為平坦，Ud。達(dá)到Upmax后，可能繼續(xù)增大至Upmax的右側(cè)，dP/dU的極性發(fā)生變化，即dP/dU小于0，此時(shí)Udc應(yīng)向反方向移動(dòng)。因受到變量采樣精度的限制，最終Udc會在Upmax附近某一個(gè)范圍內(nèi)擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的跟蹤。
圖3為本實(shí)用新型采用的變步長電壓擾動(dòng)MPPT方法的流程圖。如圖所示，該變步長電壓擾動(dòng)MPPT方法的特點(diǎn)在于，當(dāng)擾動(dòng)方向持續(xù)3次不變時(shí)，電壓擾動(dòng)值乘以2的指數(shù)倍增大，以達(dá)到快速追蹤至最大功率點(diǎn)處。當(dāng)Udc在Upmax附近擺動(dòng)時(shí)，電壓擾動(dòng)值除以2的指數(shù)倍減小，從而減小光伏陣列電壓Ud。的擺動(dòng)范圍，使Ud。穩(wěn)定于最大輸出功率點(diǎn)對應(yīng)的光伏陣列輸出電壓Upmax處。下面結(jié)合圖2及圖3詳細(xì)的描述該變步長電壓擾動(dòng)MPPT方法的工作流程 步驟301中，將單位電壓擾動(dòng)值Δ設(shè)置為e、將誤差電壓ε設(shè)置為k，其中e、k為可任意設(shè)定的常數(shù)，同時(shí)將計(jì)數(shù)器Count及Coimtl設(shè)置為零。步驟302中，檢測此時(shí)刻光伏陣列的輸出電壓及輸出電流，計(jì)算輸出功率P115步驟303中，對光伏陣列的輸出電壓施加一擾動(dòng)值A(chǔ)*2~Coimt，使光伏陣列輸出電壓增大或者減小。步驟304中，檢測此時(shí)刻光伏陣列的輸出電壓及輸出電流，計(jì)算輸出功率P2。步驟305中，比較輸出功率P1與己。如果 P1 > P2，說明光伏陣列的實(shí)際輸出電壓離最大功率點(diǎn)對應(yīng)的輸出電壓Upmax越來越遠(yuǎn)，跳轉(zhuǎn)至步驟307。步驟307中，將電壓擾動(dòng)值取為原值的相反數(shù)，即令輸出電壓的變化方向相反， 然后返回至步驟302。如果P1 < P2,光伏陣列的實(shí)際輸出電壓離最大功率點(diǎn)對應(yīng)的輸出電壓Upmax越來越近，跳轉(zhuǎn)至步驟306。步驟306中，將計(jì)數(shù)器Countl的值加1。步驟308中， 繼續(xù)檢測此時(shí)刻光伏陣列的輸出電壓及輸出電流，計(jì)算輸出功率Pi。步驟309中，對光伏陣列的輸出電壓施加一擾動(dòng)值A(chǔ)-Z-Coimt,使光伏陣列輸出電壓繼續(xù)增大或者減小。步驟 310中，檢測此時(shí)刻光伏陣列的輸出電壓及輸出電流，計(jì)算輸出功率P2。步驟311中，比較輸出功率？工與己。如果P1 < P2，說明光伏陣列輸出未達(dá)到最大功率點(diǎn)對應(yīng)的輸出電壓，跳轉(zhuǎn)至步驟312。步驟312中，將計(jì)數(shù)器Coimtl的值加1。步驟313中，判斷計(jì)數(shù)器Coimtl的值是否達(dá)到3。如果Countl < 3，則返回至步驟308。如果Countl >= 3，說明輸出電壓已經(jīng)向同一個(gè)方向擾動(dòng)3次，為了加快跟蹤速度，應(yīng)增加電壓擾動(dòng)值。步驟314中，使計(jì)數(shù)器 Count的值加1，然后返回至步驟308。下次電壓擾動(dòng)時(shí)，擾動(dòng)電壓值Δ *2~Coimt變?yōu)樵瓉淼?倍。步驟311中，如果P1 > P2，說明光伏陣列的實(shí)際輸出電壓值已經(jīng)位于最大功率點(diǎn)對應(yīng)的輸出電壓UpmaxW另一側(cè)，跳轉(zhuǎn)至步驟315。步驟315中，將電壓擾動(dòng)值取為原值的相反數(shù)，即令輸出電壓的變化方向相反，并且將計(jì)數(shù)器Coimtl的值清零、計(jì)數(shù)器Count的值減 1。減小計(jì)數(shù)器Count的值，可使電壓擾動(dòng)值A(chǔ)*2~Coimt減小，從而使得光伏陣列輸出電壓快速達(dá)到最大功率點(diǎn)對應(yīng)的輸出電壓UPMAX。步驟316中，判斷電壓擾動(dòng)值A(chǔ)*2~Coimt的絕對值是否小于誤差電壓ε。如果電壓擾動(dòng)值A(chǔ)*2~Coimt的絕對值大于誤差電壓ε，則跳轉(zhuǎn)至步驟308。如果電壓擾動(dòng)值A(chǔ)*2~Coimt的絕對值小于誤差電壓ε，說明光伏陣列的實(shí)際輸出電壓已經(jīng)位于最大功率點(diǎn)對應(yīng)的輸出電壓Upmax附近，可以認(rèn)為實(shí)現(xiàn)了最大功率點(diǎn)跟蹤，流程結(jié)束。
權(quán)利要求1. 一種用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤控制裝置，包括MPPT采樣電路(11)、驅(qū)動(dòng) 電路(12)、電流采樣電路(13)以及電壓采樣電路(14)，其中MPPT采樣電路(11)的輸入端 接光伏陣列的輸出直流電壓及輸出電流端，電流采樣電路(13)的輸入端接三相并網(wǎng)逆變 器的輸出端，電壓采樣電路(14)的輸入端接公用電網(wǎng)的三相電壓輸入端，驅(qū)動(dòng)電路(12)的 輸出端接三相并網(wǎng)逆變器的輸入端，其特征在于還包括由MPPT變步長跟蹤模塊(151) ,PWM 產(chǎn)生模塊(152)、電壓電流雙閉環(huán)控制模塊(153)和鎖相環(huán)(154)構(gòu)成的DSP處理器(15)， 其中鎖相環(huán)(154)的輸入端分別接電流采樣電路(13)以及電壓采樣電路(14)的輸出端， 鎖相環(huán)(154)的輸出端串接電壓電流雙閉環(huán)控制模塊(153)后接PWM產(chǎn)生模塊(152)的輸 入端，MPPT變步長跟蹤模塊(151)的輸入端接MPPT采樣電路(11)的輸出端，MPPT變步長 跟蹤模塊(151)的輸出端接PWM產(chǎn)生模塊(152)的輸入端，PWM產(chǎn)生模塊(152)的輸出端 接驅(qū)動(dòng)電路(12)的輸入端。
專利摘要本實(shí)用新型公布了一種用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤控制裝置，本實(shí)用新型所述裝置包括MPPT采樣電路、驅(qū)動(dòng)電路、電流采樣電路、電壓采樣電路以及DSP處理器。本實(shí)用新型當(dāng)擾動(dòng)方向持續(xù)3次不變時(shí)，電壓擾動(dòng)值乘以2的指數(shù)倍增大，以達(dá)到快速追蹤至最大功率點(diǎn)處。當(dāng)Udc在UPMAX附近擺動(dòng)時(shí)，電壓擾動(dòng)值除以2的指數(shù)倍減小，從而減小光伏陣列電壓Udc的擺動(dòng)范圍，使Udc穩(wěn)定于最大輸出功率點(diǎn)對應(yīng)的光伏陣列輸出電壓UPMAX處。本實(shí)用新型避免了現(xiàn)有最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)存在的跟蹤速度慢、在最大工作電壓附近擺動(dòng)的現(xiàn)象。
文檔編號H02N6/00GK201594795SQ200920232899
公開日2010年9月29日 申請日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者徐永邦, 劉小寶, 朱國軍, 史君海, 樊薈, 鄧霞, 王斌 申請人:中環(huán)(中國)工程有限公司