專利名稱：船用光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光伏發(fā)電領(lǐng)域，特別是一船用光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤裝置。
背景技術(shù)：
太陽能光伏發(fā)電可代替和少用資源有限、不可再生的煤炭、石油、天然氣等一次化石能源和由其轉(zhuǎn)換成的二次能源。推廣太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用，對減少化石能源的消費量和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，具有重要意義。隨著世界船舶運輸業(yè)的不斷發(fā)展，每年消耗大量的燃油，不斷增長的能源需求與日益緊缺的傳統(tǒng)化石能源資源以及隨之而來的環(huán)境污染問題構(gòu)成了不可調(diào)和的矛盾。為了降低化石能源在船舶綜合電力系統(tǒng)中的供電比重，引入了船用光伏發(fā)電系統(tǒng)。在船用光伏發(fā)電系統(tǒng)中，提高系統(tǒng)的整體效率的一個重要途徑是實時調(diào)整太陽能光伏陣列的工作點，使之始終工作在最大功率點附近，這一過程稱為最大功率點跟蹤 (Maximum Power Point Tracking,MPPT),實現(xiàn)最大功率點跟蹤的設(shè)備即為船用光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤裝置。目前船用光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤裝置常用的實現(xiàn)MPPT 的方法主要有擾動觀測法、電導(dǎo)增量法等。但船舶在航行過程中，由于海洋的特殊性及船舶的機械原因，不可避免地造成船體震動搖晃幅度較劇烈，同時由于海洋氣候及船舶的移動性使得日照波動較大。以上問題往往會造成現(xiàn)有船用光伏系統(tǒng)最大功率點跟蹤裝置產(chǎn)生誤判而不能夠很好的跟蹤系統(tǒng)的實時狀態(tài)，造成能量的損失，甚至造成系統(tǒng)的解列。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述問題，提出了一船用光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤裝置。本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下—種船用光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤裝置，包括連接光伏電池陣列的 BOOST電路(3)，連接BOOST電路3的輸出控制電路(5)，連接光伏電池陣列的電壓檢測電路
(I)，連接光伏電池陣列的電流檢測電路(2)，連接BOOST電路3的PWM驅(qū)動電路(4)，連接 BOOST電路(3)的輸出電壓檢測電路6及連接電壓檢測電路(I)、電流檢測電路⑵、PWM驅(qū)動電路(4)、輸出控制電路(5)、電壓檢測電路(6)的控制器(7)。電壓檢測電路⑴用于檢測光伏電池陣列輸出的電壓值，電流檢測電路(2)用于檢測光伏電池陣列輸出的電流值，BOOST電路(3)用于對光伏電池陣列輸出電壓進(jìn)行升壓處理，輸出電壓檢測電路(6)用于檢測BOOST電路(3)升壓后的電壓值；控制器(7)用于接收電壓檢測電路⑴輸出的電壓值，電流檢測電路⑵輸出的電流值和輸出電壓檢測電路
(6)輸出的電壓值，還用于控制PWM驅(qū)動電路(4)向BOOST電路(3)輸出的PWM信號的占空比，控制光伏電池陣列輸出的電壓大小，還用于采用最大功率點跟蹤算法實現(xiàn)對光伏電池陣列的最大功率點的跟蹤控制；輸出控制電路(5)用于接收控制器(7)的控制信號，根據(jù)該控制信號控制是否將BOOST電路(3)輸出的電壓提供給負(fù)載。
其中的最大功率點跟蹤算法是通過雙向擾動的方法保證跟蹤可靠性，利用初始點、前向擾動點和后向擾動點的比較，確定下一輪的擾動方向。本發(fā)明的有益效果是I、與現(xiàn)有技術(shù)中已有的多種最大功率點跟蹤方法相比較，本發(fā)明提供的技術(shù)方案解決了船舶航行過程中因震動、搖晃及日照波動大而造成的誤判問題；2、本發(fā)明的方法可以快速、穩(wěn)定和準(zhǔn)確的實現(xiàn)對最大功率點的跟蹤，且適應(yīng)性強；3、實現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)裝置成本較低，相比較于目前同類控制器成本低、結(jié)構(gòu)簡單。
以下結(jié)合附圖
及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖I為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明BOOST電路的電路圖。圖3為本發(fā)明裝置應(yīng)用的最大功率點跟蹤算法流程圖。圖4為本發(fā)明初始點和兩個擾動點之間功率比較可能出現(xiàn)的關(guān)系示意圖。
具體實施例方式如圖I所示，本發(fā)明裝置包括連接光伏電池陣列的BOOST電路3，連接BOOST電路3的輸出控制電路5，連接光伏電池陣列的電壓檢測電路I，連接光伏電池陣列的電流檢測電路2，連接BOOST電路3的PWM驅(qū)動電路4，連接BOOST電路3的輸出電壓檢測電路6 及連接電壓檢測電路I、電流檢測電路2、PWM驅(qū)動電路4、輸出控制電路5、電壓檢測電路6 的控制器7。其中的BOOST電路3如圖2所示，又包括電感LI、電容Cl、二極管Dl和開關(guān)管 SI。開關(guān)管SI的柵極連接PWM驅(qū)動電路4?？刂破?優(yōu)選是型號為ATMEGA16的單片機。電壓檢測電路I用于檢測光伏電池陣列輸出的電壓值，電流檢測電路2用于檢測光伏電池陣列輸出的電流值，BOOST電路3用于對光伏電池陣列輸出電壓進(jìn)行升壓處理,輸出電壓檢測電路6用于檢測BOOST電路3升壓后的電壓值；控制器7用于接收電壓檢測電路I輸出的電壓值，電流檢測電路2輸出的電流值和輸出電壓檢測電路6輸出的電壓值，還用于控制PWM驅(qū)動電路4向BOOST電路3輸出的PWM信號的占空比，控制光伏電池陣列輸出的電壓大小，還用于采用最大功率點跟蹤算法實現(xiàn)對光伏電池陣列的最大功率點的跟蹤控制；輸出控制電路5用于接收控制器7的控制信號，根據(jù)該控制信號控制是否將BOOST電路3輸出的電壓提供給負(fù)載。如圖3所示，其中的最大功率點跟蹤算法包括如下步驟SI，系統(tǒng)初始化，設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)。系統(tǒng)參數(shù)包括最大功率點跟蹤電壓擾動量步長 Δ U,負(fù)載端最大允許輸出電壓U。S2，控制器7控制輸出控制電路5以開通負(fù)載，并接收電壓檢測電路I輸出的初始點電壓值UA和電流檢測電路2輸出的初始點電流值IA，并設(shè)置狀態(tài)標(biāo)識符t = O。S3，控制器7計算前向擾動點電壓UB = UA+ Λ U，之后控制PWM驅(qū)動電路4向BOOST 電路3輸出的PWM信號的占空比，使光伏電池陣列輸出前向擾動點電壓UB，并接收電壓檢測電路I輸出的前向擾動點電流IB。S4，控制器7計算后向擾動點電壓UC = UA- Δ U，之后控制PWM驅(qū)動電路4向BOOST電路3輸出的PWM信號的占空比，使光伏電池陣列輸出后向擾動點電壓UC，并接收電壓檢測電路I輸出的后向擾動點電流1C。S5，控制器7計算初始點功率PA = UA*IA，前向擾動點功率PB = UB*IB和后向擾動點功率PC = UOIC。S6，控制器7判斷前向擾動點功率PB是否大于或等于初始點功率PA，是則轉(zhuǎn)至 S7，否則轉(zhuǎn)至S8。S7，控制器7對狀態(tài)標(biāo)識符執(zhí)行t = t+Ι，轉(zhuǎn)至S9。S8，控制器7對狀態(tài)標(biāo)識符執(zhí)行t = t-Ι，轉(zhuǎn)至S9。S9，控制器7判斷初始點功率PA大于后向擾動點功率PC，是則轉(zhuǎn)至S10，否則轉(zhuǎn)至 Sll。初始點功率PA、前向擾動點功率PB和后向擾動點功率PC的比較結(jié)果可能存在的情況如圖4a至圖4i所示，定義PA大于PC時為“ + ”，當(dāng)PB大于或等于PA時為“ + ”，反之均記為
U _，，
OS10，控制器7對狀態(tài)標(biāo)識符執(zhí)行t = t+Ι，轉(zhuǎn)至S12、S13或S14。SI I，控制器7對狀態(tài)標(biāo)識符執(zhí)行t = t-Ι，轉(zhuǎn)至S12、S13或S14。S12，當(dāng)t = 2時，即是PA大于PC且PB大于或等于PA時，如圖4a、4d所示，由光伏電池陣列的輸出功率-電壓曲線可知，此時的光伏電池陣列輸出功率處于上升階段，則轉(zhuǎn)至S15，保持對光伏電池陣列輸出電壓沿原方向，即由后向擾動點C向前向擾動點B的擾動方向。S13，當(dāng)t = O時，即是PA與PC的比較結(jié)果和PB與PA的比較結(jié)果中出現(xiàn)一 “ + ” 和一時，如圖4b、圖4e、圖4g、圖4h、圖4i所不，由光伏電池陣列的輸出功率-電壓曲線可知，此時的光伏電池陣列輸出功率處于最大功率點附近，或外部處于震蕩、日照強度不斷變化的環(huán)境中，則轉(zhuǎn)至S16，保持光伏電池陣列輸出電壓不變。S14，當(dāng)t = -2時，即是PA小于或等于PC且PB小于PA時，如圖4c、4f所示，由光伏電池陣列的輸出功率-電壓曲線可知，此時的光伏電池陣列輸出功率處于下降階段，則轉(zhuǎn)至S17,保持對光伏電池陣列輸出電壓沿原方向的反方向，即由前向擾動點B向后向擾動點C的擾動方向。S15，由控制器7計算，令UA等于UB，清除t的值。同時可令A(yù)U = 2 AU，使擾動量步長擴大一倍，有利于加快下一輪最大功率點搜索的速度，轉(zhuǎn)至S18。S16，由控制器7計算，保持UA值不變，清除t的值。同時可令Λ U = Λ U/2，使擾動量步長縮小一倍進(jìn)行下一輪最大功率點的搜索，提高最大功率點的跟蹤精度，轉(zhuǎn)至S18。S17，由控制器7計算，令UA等于UC，清除t的值。同時可令A(yù)U = AU/2，使擾動量步長縮小一倍進(jìn)行下一輪最大功率點的搜索，提高最大功率點的跟蹤精度，轉(zhuǎn)至S18。S18，控制器7利用輸出電壓檢測電路6，檢測BOOST電路3輸出的電壓Ul,轉(zhuǎn)至 S19。S19，控制器7判斷BOOST電路3輸出的電壓Ul是否小于負(fù)載端最大允許輸出電壓U，是則返回S3，進(jìn)入下一輪最大功率點跟蹤，否則轉(zhuǎn)至S20。S20,控制器7向輸出控制電路5輸出關(guān)閉信號,斷開負(fù)載,系統(tǒng)重啟，保證系統(tǒng)的安全。本發(fā)明的有益效果是
I、與現(xiàn)有技術(shù)中已有的多種最大功率點跟蹤方法相比較，本發(fā)明提供的技術(shù)方案解決了船舶航行過程中因震動、搖晃及日照波動大而造成的誤判問題；2、本發(fā)明的方法可以快速、穩(wěn)定和準(zhǔn)確的實現(xiàn)對最大功率點的跟蹤，且適應(yīng)性強；3、實現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)裝置成本較低，相比較于目前同類控制器成本低、結(jié)構(gòu)簡單。
權(quán)利要求
1.一種船用光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤裝置，其特征在于包括連接光伏電池陣列的BOOST電路(3)，連接BOOST電路3的輸出控制電路(5)，連接光伏電池陣列的電壓檢測電路⑴，連接光伏電池陣列的電流檢測電路⑵，連接BOOST電路3的PWM驅(qū)動電路(4)， 連接BOOST電路(3)的輸出電壓檢測電路(6)及連接電壓檢測電路⑴、電流檢測電路⑵、 PWM驅(qū)動電路(4)、輸出控制電路(5)、電壓檢測電路(6)的控制器(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于電壓檢測電路(I)用于檢測光伏電池陣列輸出的電壓值，電流檢測電路⑵用于檢測光伏電池陣列輸出的電流值，BOOST電路(3) 用于對光伏電池陣列輸出電壓進(jìn)行升壓處理，輸出電壓檢測電路(6)用于檢測BOOST電路(3)升壓后的電壓值；控制器(7)用于接收電壓檢測電路(I)輸出的電壓值，電流檢測電路 ⑵輸出的電流值和輸出電壓檢測電路(6)輸出的電壓值，還用于控制PWM驅(qū)動電路⑷向 BOOST電路(3)輸出的PWM信號的占空比，控制光伏電池陣列輸出的電壓大小，還用于采用最大功率點跟蹤算法實現(xiàn)對光伏電池陣列的最大功率點的跟蹤控制；輸出控制電路(5)用于接收控制器(7)的控制信號，根據(jù)該控制信號控制是否將BOOST電路(3)輸出的電壓提供給負(fù)載。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于控制器(7)是型號為ATMEGA16的單片機。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于BOOST電路(3)包括電感LI、電容Cl、二極管Dl和開關(guān)管SI，開關(guān)管SI的柵極連接PWM驅(qū)動電路(4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其特征在于最大功率點跟蹤算法包括Si，系統(tǒng)初始化，設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，系統(tǒng)參數(shù)包括最大功率點跟蹤電壓擾動量步長△ U，負(fù)載端最大允許輸出電壓U;S2，控制器(7)控制輸出控制電路(5)以開通負(fù)載，并接收電壓檢測電路⑴輸出的初始點電壓值UA和電流檢測電路(2)輸出的初始點電流值IA，并設(shè)置狀態(tài)標(biāo)識符t = O ;S3，控制器(7)計算前向擾動點電壓UB = UA+AU，之后控制PWM驅(qū)動電路(4)向BOOST 電路⑶輸出的PWM信號的占空比，使光伏電池陣列輸出前向擾動點電壓UB，并接收電壓檢測電路(I)輸出的前向擾動點電流IB ；S4，控制器(7)計算后向擾動點電壓UC = UA-Λ U，之后控制PWM驅(qū)動電路(4)向BOOST 電路⑶輸出的PWM信號的占空比，使光伏電池陣列輸出后向擾動點電壓UC，并接收電壓檢測電路⑴輸出的后向擾動點電流IC ；S5，控制器(7)計算初始點功率PA = UA*IA，前向擾動點功率PB = UB*IB和后向擾動點功率PC = UC*IC ；S6，控制器(7)判斷前向擾動點功率PB是否大于或等于初始點功率PA，是則轉(zhuǎn)至S7， 否則轉(zhuǎn)至S8 ；S7，控制器(7)對狀態(tài)標(biāo)識符執(zhí)行t = t+Ι，轉(zhuǎn)至S9 ；S8，控制器(7)對狀態(tài)標(biāo)識符執(zhí)行t = t-Ι，轉(zhuǎn)至S9 ；S9，控制器(7)判斷初始點功率PA大于后向擾動點功率PC，是則轉(zhuǎn)至S10，否則轉(zhuǎn)至 SI I，定義PA大于PC時為“ +，，，當(dāng)PB大于或等于PA時為“ +，，，反之均記為；S10，控制器(7)對狀態(tài)標(biāo)識符執(zhí)行t = t+Ι，轉(zhuǎn)至S12、S13或S14 ；S11，控制器(7)對狀態(tài)標(biāo)識符執(zhí)行t = t-Ι，轉(zhuǎn)至S12、S13或S14 ；S12，當(dāng)t = 2時，即是PA大于PC且PB大于或等于PA時，轉(zhuǎn)至S15，保持對光伏電池陣列輸出電壓沿原方向，即由后向擾動點C向前向擾動點B的擾動方向；S13，當(dāng)t = O時，即是PA與PC的比較結(jié)果和PB與PA的比較結(jié)果中出現(xiàn)一 “ + ”和一時，轉(zhuǎn)至S16，保持光伏電池陣列輸出電壓不變；S14，當(dāng)t = -2時，即是PA小于或等于PC且PB小于PA時，轉(zhuǎn)至S17，保持對光伏電池陣列輸出電壓沿原方向的反方向，即由前向擾動點B向后向擾動點C的擾動方向；S15，由控制器(7)計算，令UA等于UB，清除t的值，同時令ΛU = 2ΛU，轉(zhuǎn)至S18; S16，由控制器(7)計算，保持UA值不變，清除t的值，同時令A(yù)U = AU/2，轉(zhuǎn)至S18 ； S17，由控制器(7)計算，令UA等于UC，清除t的值，同時令A(yù)U =八~2，轉(zhuǎn)至518; S18，控制器(7)利用輸出電壓檢測電路(6)，檢測BOOST電路(3)輸出的電壓Ul，轉(zhuǎn)至S19 ；S19，控制器(J)判斷BOOST電路(3)輸出的電壓Ul是否小于負(fù)載端最大允許輸出電壓U，是則返回S3，進(jìn)入下一輪最大功率點跟蹤，否則轉(zhuǎn)至S20 ；S20,控制器(7)向輸出控制電路(5)輸出關(guān)閉信號，斷開負(fù)載。
全文摘要
本發(fā)明公開了一船用光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤裝置。包括BOOST電路，輸出控制電路，電壓檢測電路，電流檢測電路，PWM驅(qū)動電路，的輸出電壓檢測電路及控制器?？刂破鹘邮諄碜噪妷簷z測電路、電流檢測電路和輸出電壓檢測電路的實時信號，采用指定跟蹤控制算法，通過控制BOOST電路中開關(guān)管S1的占空比實現(xiàn)對系統(tǒng)的最大功率點跟蹤。有益效果是本發(fā)明解決了船舶航行過程中因震動、搖晃及日照波動大而造成的誤判問題；可以快速、穩(wěn)定和準(zhǔn)確的實現(xiàn)對最大功率點的跟蹤，且適應(yīng)性強；裝置成本較低，相比較于目前同類控制器成本低、結(jié)構(gòu)簡單。
文檔編號G05F1/67GK102609030SQ20121006960
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月15日
發(fā)明者任俊杰, 劉彥呈, 張勤進(jìn), 張潔喜, 林葉錦, 艾莉莉, 趙友濤, 郭昊 申請人:大連海事大學(xué)