專利名稱：Mifz光伏發(fā)電最大功率跟蹤調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光伏發(fā)電最大功率調(diào)節(jié)的裝置，具體是指MIFZ光伏發(fā)電最大功率跟蹤調(diào)節(jié)器。
背景技術(shù)：
為何需要最大功率跟蹤？光伏組件輸出端直接對蓄電池充電時，很難實現(xiàn)最大功率輸出。因為光照度隨時間、隨氣象不斷地變化，不同光照強度和溫度，光伏組件有不同的輸出伏-安特性 和功率-電壓特性曲線，相應亦有不同的充電工作點。很多工作點都遠離最大功率輸出點，造成光伏組件有效功率不能充分利用，這是光生電力的極大浪費，在滿足一定用電負荷時將造成光伏組件投資增大。光伏發(fā)電屬典型的非線性電源，其輸出伏一安特性和功率一電壓特性曲線如下圖所示。線性電源的輸出功率，主要取決于負載。非線性電源的輸出功率則取決于負載線和電源輸出伏一安特性曲線的交點所在位置的電流和電壓的乘積。受光照強度、溫度等因素變化的影響，光伏發(fā)電輸出伏一安特性變化無常；負荷和工作頻率的變化使負載線也在不斷的變化；因此它們的交點可能頻繁變化，若不采取自動跟蹤調(diào)節(jié)，很多工作點都將遠遠偏離最大功率輸出點，造成光伏發(fā)電有效功率不能充分利用，浪費能源。在保證一定用電負荷時勢必造成光伏發(fā)電設備容量和投資無謂的增大，為此必須采取最大功率跟蹤調(diào)節(jié)。
實用新型內(nèi)容實用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單，響應速度高，工作頻帶很寬，能最大限度地利用光伏發(fā)電的有效功率的MIFZ光伏發(fā)電最大功率跟蹤調(diào)節(jié)器。本實用新型的實現(xiàn)方案如下MIFZ光伏發(fā)電最大功率跟蹤調(diào)節(jié)器，包括連接光伏陣列輸出的電子開關(guān)電路K1-K4,以及與電池串聯(lián)的充電前電感L,電子開關(guān)電路K1-K4依次連接有阻抗變換器、橋式整流器，且充電前電感L與橋式整流器連接；所述充電前電感
L兩端還連接有I微分電路，所述尋微分電路還連接有電子開關(guān)電路Kl 1-K21，所dudu
述電子開關(guān)電路K11-K21包括串聯(lián)的開關(guān)Kll和開關(guān)K21 ;還包括耦合電容Cl和耦合電容C2，所述開關(guān)K21、開關(guān)Kl I、以及耦合電容Cl、耦合電容C2依次首尾串聯(lián)，且所述耦合電容Cl和耦合電容C2之間還設置有反相電路，所述耦合電容C2與開關(guān)K21的連接點還連接有依次連接的數(shù)字電路、變頻電路，其所述變頻電路與電子開關(guān)電路K1-K4連接；且所述阻抗變換器的輸出側(cè)連接有%微分電路，其微分電路的輸出端與電子開關(guān)電路Kl 1-K21連
diat
接，其微分電路的輸出端與開關(guān)K11和開關(guān)K21的連接點連接。
du基于上述結(jié)構(gòu)描述，本實用新型的原理為通過改變電子開關(guān)電路K1-K4的工作頻率f，因此來改變阻抗變換器的阻抗，從而達到移動光伏陣列的伏安特性曲線與負載線的交點，達到移動工作點的目的。而工作點的移動方向則由dlg/dU的信號的報性(正或負)來控制。控制調(diào)節(jié)原則是:』> O ,則f ，當i < O則f I，當=0，則維持
dildudu
f不變。
3·J ·如果f t , ) > O (或f I，A < 0)，則說明陣列工作在電流源區(qū)域。
dudu此時f丨，1$丨，直到2 =0停止調(diào)節(jié)，f不再變化，工作點停留在最大功率
du點。如果f I 2 > O (或f t 2 < 0)，則說明陣列工作在電壓源區(qū)域
dudu此時f丨，I充丨，直到& =0停止調(diào)節(jié)，f不再變化，工作點停留在最大功率點。
duf變化信號和2信號均從2微分電路取出，根據(jù)需要進行放大直接控制變頻
dudu
電路進行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)原理類似于電導增量法，但不需電流，電壓采樣不需計算，方法簡單可靠。響應速度很快，可實時跟蹤調(diào)節(jié)，始終保持最大功率輸出。所述電子開關(guān)電路K11-K21主要由微型電磁式繼電器CK、三級管BG構(gòu)成，所述三級管BG的基極B和集電極C分別與微型電磁式繼電器CK的線圈兩端連接，三級管BG的基
極B與三級管BG的發(fā)射極E均接地，且三級管BG的基極B還與f微分電路的輸出端連
di
接，且電子開關(guān)電路K11-K21中的開關(guān)Kll和開關(guān)K21分別為微型電磁式繼電器CK的常閉開關(guān)和常開開關(guān)。f微分電路主要由與阻抗變換器的輸出側(cè)連接的頻敏電路、以及與頻敏電路連
接的微分橋式整流器構(gòu)成，所述頻敏電路主要由依次串聯(lián)的頻敏電容C4和頻敏電感LI構(gòu)成，阻抗變換器的輸出側(cè)、頻敏電容C4、頻敏電感LI首尾依次串聯(lián)，所述頻敏電感LI的兩端與微分橋式整流器的輸入端連接，還包括首尾依次串聯(lián)的負載電阻R和負載電容C5、以及負載電阻R1，所述負載電阻R的兩端與微分橋式整流器的輸出端連接。所述&微分電路主要由依次串聯(lián)的負載電容C6、負載電阻R2構(gòu)成，且所述負
du
載電容C6、負載電阻R2、以及充電前電感L首尾依次串聯(lián)。所述電子開關(guān)電路K1-K4主要由四個首尾依次串聯(lián)的可關(guān)斷場控晶閘管K1、K2、K3、K4構(gòu)成，所述Κ3和Κ4的連接點、以及Kl和Κ2的連接點分別與阻抗變換器的輸入端連接；所述KU Κ2、Κ3、Κ4均與變頻電路的輸出端連接，并在變頻電路的控制下進行導通或截止。所述反相電路主要由同時連接耦合電容Cl的偏置電阻Rl和偏置電阻R2構(gòu)成，反 相電路還包括三極管BGl，偏置電阻Rl和偏置電阻R2的連接點與三極管BGl的基極B連接，且偏置電阻Rl的另一端通過反相負載電阻R與三極管BGl的集電極C連接，且偏置電阻R2的另一端接地，且三極管BGl的發(fā)射極E連接有接地的下拉電阻RE，所述耦合電容C2與三極管BGl的集電極C連接。所述阻抗變換器還連接有交流穩(wěn)壓器，且阻抗變換器與交流穩(wěn)壓器融為一體。進一步的，為了使得保持最大的功率充電輸出，不管工作點怎樣跳變，只要在f I
di di 時將f信號及時反相，即f丨如果+>0，則反相為+< O，f丨時如果_^<0，則
dudududu
J-
反相為+ >0，并以反相后的信號去調(diào)節(jié)f，調(diào)節(jié)的結(jié)果總是可以將工作點移到最大功率 du
輸出點。f |，即#<0，#<0是^信號反相的充分和必備條件，即如果#<0時，
diatduat
>0，則反相為￥< 0，如果# < 0，時I < 0，則反相為} > O
du ιιdidudu當彡O時，開關(guān)K21閉合，開關(guān)K11斷開，此時+信號經(jīng)放大直接送入變頻開關(guān)
didu電路。當t< O時，開關(guān)K11閉合，開關(guān)K21斷開，此時$信號經(jīng)反相并放大后送入開關(guān) at du
電路 K11-K21。Us為蓄電池電壓，耦合電容C1、耦合電容C2為隔離直流之用。
J*4 -信號經(jīng)放大時不能改變極性，只能增大幅值；為提高穩(wěn)定性，放大器應有足夠
du
的負反饋；開關(guān)K11和開關(guān)K21的閉合和斷開由控制信號#的極性控制，但控制信號#不
atat
di
能影響^的極性和幅值。
au[0030]本實用新型的優(yōu)點在于1、外部條件發(fā)生復雜快速變化時，它能實時跟蹤調(diào)節(jié)，響應速度高于其它任何調(diào)節(jié)器。2、工作頻帶很寬，日充電時間遠高于其它控制方法，能最大限度地利用光伏發(fā)電的有效功率。3、由于設備簡單，控制成本低。
圖I是本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型的電子開關(guān)電路K11-K21示意圖；圖3是本實用新型的f微分電路圖； di圖4是本實用新型的i微分電路 du圖5是本實用新型的電子開關(guān)電路K1-K4圖；圖6是本實用新型的反相電路圖；圖7是充電一次接線圖、以及光伏電池的輸出伏-安特性曲線圖；圖8是光伏電池的輸出伏——安特性圖；圖9是功率電壓特性圖；圖10是工作點跳變分析圖。
具體實施方式
實施例一如圖1-10所示。MIFZ光伏發(fā)電最大功率跟蹤調(diào)節(jié)器，包括連接光伏陣列輸出的電子開關(guān)電路K1-K4，以及與電池串聯(lián)的充電前電感L，電子開關(guān)電路K1-K4依次連接有阻抗變換器、橋式
*
整流器，且充電前電感L與橋式整流器連接；所述充電前電感L兩端還連接有’微分電
du
路，所述微分電路還連接有電子開關(guān)電路Kl 1-Κ21，所述電子開關(guān)電路Kl 1-Κ21包括 du
串聯(lián)的開關(guān)Kl I和開關(guān)K21 ;還包括耦合電容Cl和耦合電容C2，所述開關(guān)K21、開關(guān)Kl I、以及耦合電容Cl、耦合電容C2依次首尾串聯(lián)，且所述耦合電容Cl和耦合電容C2之間還設置有反相電路，所述耦合電容C2與開關(guān)K21的連接點還連接有依次連接的數(shù)字電路、變頻電
路，其所述變頻電路與電子開關(guān)電路K1-K4連接；且所述阻抗變換器的輸出側(cè)連接有I·微
at
分電路，其！微分電路的輸出端與電子開關(guān)電路Kl 1-Κ21連接，其i微分電路的輸出dtdu
端與開關(guān)Kll和開關(guān)K21的連接點連接。基于上述結(jié)構(gòu)描述，本實用新型的原理為通過改變電子開關(guān)電路K1-K4的工作頻率f，因此來改變阻抗變換器的阻抗，從而達到移動光伏陣列的伏安特性曲線與負載線的交點，達到移動工作點的目的。而工作點的移動方向則由di充/dU的信號的報性(正或負)來控制。
控制調(diào)節(jié)原則是
權(quán)利要求1.MIFZ光伏發(fā)電最大功率跟蹤調(diào)節(jié)器，其特征在于包括連接光伏陣列輸出的電子開關(guān)電路K1-K4，以及與電池串聯(lián)的充電前電感L，電子開關(guān)電路K1-K4依次連接有阻抗變換器、橋式整流器，且充電前電感L與橋式整流器連接；所述充電前電感L兩端還連接有，微分電路，所述，微分電路還連接有電子開關(guān)電路K11-K21，所述電子開關(guān)電路dudaK11-K21包括串聯(lián)的開關(guān)Kll和開關(guān)K21 ;還包括耦合電容Cl和耦合電容C2，所述開關(guān)K21、開關(guān)KU、以及耦合電容Cl、耦合電容C2依次首尾串聯(lián)，且所述耦合電容Cl和耦合電容C2之間還設置有反相電路，所述耦合電容C2與開關(guān)K21的連接點還連接有依次連接的數(shù)字電路、變頻電路，其所述變頻電路與電子開關(guān)電路K1-K4連接；且所述阻抗變換器的輸出側(cè)連 ■接有i微分電路，其史微分電路的輸出端與電子開關(guān)電路Kl 1-K21連接，其 微分電didtdu路的輸出端與開關(guān)Kll和開關(guān)K21的連接點連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MIFZ光伏發(fā)電最大功率跟蹤調(diào)節(jié)器，其特征在于所述電子開關(guān)電路K11-K21主要由微型電磁式繼電器CK、三級管BG構(gòu)成，所述三級管BG的基極B和集電極C分別與微型電磁式繼電器CK的線圈兩端連接，三級管BG的基極B與三級管BG的發(fā)射極E均接地,且三級管BG的基極B還與 微分電路的輸出端連接,且電子開關(guān)電路atK11-K21中的開關(guān)Kll和開關(guān)K21分別為微型電磁式繼電器CK的常閉開關(guān)和常開開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MIFZ光伏發(fā)電最大功率跟蹤調(diào)節(jié)器，其特征在于#微分 di電路主要由與阻抗變換器的輸出側(cè)連接的頻敏電路、以及與頻敏電路連接的微分橋式整流器構(gòu)成，所述頻敏電路主要由依次串聯(lián)的頻敏電容C4和頻敏電感LI構(gòu)成，阻抗變換器的輸出側(cè)、頻敏電容C4、頻敏電感LI首尾依次串聯(lián)，所述頻敏電感LI的兩端與微分橋式整流器的輸入端連接，還包括首尾依次串聯(lián)的負載電阻R和負載電容C5、以及負載電阻R1，所述負載電阻R的兩端與微分橋式整流器的輸出端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MIFZ光伏發(fā)電最大功率跟蹤調(diào)節(jié)器，其特征在于所述二^微分電路主要由依次串聯(lián)的負載電容C6、負載電阻R2構(gòu)成，且所述負載電容C6、負載du電阻R2、以及充電前電感L首尾依次串聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MIFZ光伏發(fā)電最大功率跟蹤調(diào)節(jié)器，其特征在于所述電子開關(guān)電路K1-K4主要由四個首尾依次串聯(lián)的可關(guān)斷場控晶閘管K1、K2、K3、K4構(gòu)成，所述Κ3和Κ4的連接點、以及Kl和Κ2的連接點分別與阻抗變換器的輸入端連接；所述Κ1、Κ2、Κ3、Κ4均與變頻電路的輸出端連接，并在變頻電路的控制下進行導通或截止。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MIFZ光伏發(fā)電最大功率跟蹤調(diào)節(jié)器，其特征在于所述反相電路主要由同時連接耦合電容Cl的偏置電阻Rl和偏置電阻R2構(gòu)成，反相電路還包括三極管BGl，偏置電阻Rl和偏置電阻R2的連接點與三極管BGl的基極B連接，且偏置電阻Rl的另一端通過反相負載電阻R與三極管BGl的集電極C連接，且偏置電阻R2的另一端接地，且三極管BGl的發(fā)射極E連接有接地的下拉電阻RE，所述耦合電容C2與三極管BGl的集電極C連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項所述的MIFZ光伏發(fā)電最大功率跟蹤調(diào)節(jié)器，其特征在于所述阻抗變換器還連接有交流穩(wěn)壓器，且阻抗變換器與交流穩(wěn)壓器融為一體。
專利摘要本實用新型公開了MIFZ光伏發(fā)電最大功率跟蹤調(diào)節(jié)器，MIFZ光伏發(fā)電最大功率跟蹤調(diào)節(jié)器，包括電子開關(guān)電路K1-K4、充電前電感L、阻抗變換器、橋式整流器等，本實用新型的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單，響應速度高，工作頻帶很寬，能最大限度地利用光伏發(fā)電的有效功率。
文檔編號G05F1/67GK202600549SQ20122026123
公開日2012年12月12日 申請日期2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月5日
發(fā)明者韓暾曦, 韓湘榮 申請人:四川省電力公司南充電業(yè)局