一種應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率跟蹤控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率跟蹤控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能作為一種新型綠色能源，可解決因常規(guī)能源枯竭而引發(fā)的能源危機(jī)，受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。而光伏發(fā)電則是當(dāng)前利用太陽能的主要形式之一。光伏陣列的輸出特性具有較強(qiáng)非線性特征，它的輸出功率不僅與光伏陣列內(nèi)部特性有關(guān)，還受到外界環(huán)境條件(光照、溫度)的影響，采用最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)(Maximum power point track, MPPT)可有效提升光伏系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率。
[0003]常用最大功率跟蹤裝置的跟蹤方法中開路電壓系數(shù)法和短路電流系數(shù)法，控制簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，但需要周期性的斷開或短路光伏陣列，導(dǎo)致較多功率損失，且其工作點(diǎn)并不是真正的最大功率點(diǎn)，該策略主要是用于光伏路燈等對(duì)跟蹤精度要求不高的場(chǎng)合。擾動(dòng)觀察法通過對(duì)光伏板的輸出電壓施加擾動(dòng)，檢測(cè)輸出功率的變化來跟蹤最大功率。對(duì)定步長(zhǎng)擾動(dòng)觀察法，大步長(zhǎng)可提升跟蹤速度，但最大功率點(diǎn)附近功率振蕩大，能量損失嚴(yán)重；小步長(zhǎng)可減少能量損失，提高穩(wěn)態(tài)精度，但會(huì)降低跟蹤速度。電導(dǎo)增量法通過比較光伏陣列的電導(dǎo)增量和瞬間電導(dǎo)來改變系統(tǒng)的控制信號(hào)。
[0004]除此之外，還有基于智能控制的MPPT方法，文獻(xiàn)Efficiency Optimizat1nof a DSP-Based Standalone PV System Using Fuzzy Logic and Dual-MPPTControl(Al NabVlsi A,DhaoVadi R.1EEE Transact1ns on IndustrialInformatics, 2012,8(3):573-584.)提出基于模糊算法的最大功率點(diǎn)跟蹤控制策略，具有穩(wěn)態(tài)精度高，魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)，但該算法有效性依賴于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)。文獻(xiàn)Acost-effective single-stage inverter with maximum power point tracking(ChenYjSmedley K M.Power Electronics,IEEE Transact1ns on, 2004，19 (5):1289-1294)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行最大功率跟蹤，但需要對(duì)每塊光伏板進(jìn)行訓(xùn)練以獲取其控制規(guī)貝丨J。文獻(xiàn) Design of a Sliding-Mode-Controlled SEAVR for Pv MPPTApplicat1ns(Mamarelis E，Petrone G，Spagnuolo G.1EEE Transact1ns onIndustrial Electronics, 2014，61 (7): 3387-3398)采用滑膜變結(jié)構(gòu)控制提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，但其參數(shù)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，實(shí)用性不高D High-performance algorithms fordrift avoidance and fast tracking in solar MPPT system(Pandey A, N.Dasguptaand A.K.Mukerjee，High-performance algorithms for drift avoidance and fasttracking in solar MPPT system.1EEE Transact1ns on Energy Convers1n, 2008.23(2):p.681-689.)提出一種變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀察法，能較好的兼顧系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。但適用范圍有限，并且變步長(zhǎng)系數(shù)確定比較麻煩。A variable Step Size INC MPPT Methodfor PV Systems(Fangrui Lj Shanxu Dj Fei L，et al.Avariable Step Size INC MPPTMethod for PV Systems.1EEE Transact1ns on Industrial Electronics,2008.55(7):p.2622-2628.)討論了一種結(jié)合變步長(zhǎng)電導(dǎo)增量控制策略的最大功率跟蹤裝置，在光照穩(wěn)定的條件下，該裝置可以較好的跟蹤最大功率點(diǎn)，但在外界條件劇烈變化的情況下跟蹤效果不是很好，存在穩(wěn)態(tài)功率損失較大，動(dòng)態(tài)跟蹤速度較慢的問題。因此，非常有必要開發(fā)一種適用于環(huán)境變化比較劇烈的條件下的最大功率跟蹤裝置，并滿足穩(wěn)態(tài)跟蹤精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率跟蹤控制裝置。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]—種應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率跟蹤控制裝置，包括光伏陣列、濾波電路、DC-DC功率轉(zhuǎn)換電路、電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路、信號(hào)調(diào)理電路、DSP控制芯片、驅(qū)動(dòng)電路，以及AVR單片機(jī)、以AVR單片機(jī)為核心的顯示模塊；其中，光伏陣列的輸出經(jīng)過濾波電路連接DC-DC功率轉(zhuǎn)換電路，功率轉(zhuǎn)換電路的輸出連接負(fù)載；通過電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路獲得光伏陣列輸出信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)由信號(hào)調(diào)理電路輸入DSP控制芯片，DSP控制芯片實(shí)現(xiàn)MPPT控制信號(hào)的實(shí)時(shí)調(diào)整；DSP控制芯片輸出PffM控制信號(hào)，PffM控制信號(hào)經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)開關(guān)管動(dòng)作的信號(hào)；AVR單片機(jī)與DSP控制芯片利用RS485進(jìn)行通訊，相關(guān)控制參數(shù)(光伏電池端電壓、電流、輸出功率等)在以AVR單片機(jī)為核心的顯示電路上進(jìn)行顯示。
[0008]所述的DC-DC功率轉(zhuǎn)換電路為buck-boost電路。buck_boost電路可同時(shí)滿足光伏系統(tǒng)升壓和降壓的要求，具有廣泛的應(yīng)用空間。
[0009]所述的buck-boost電路包括電源E、M0SFET驅(qū)動(dòng)器VT、電感L、二極管VD、電容C，以及負(fù)載，其中電源E正極與MOSFET驅(qū)動(dòng)器VT漏極相連，MOSFET驅(qū)動(dòng)器VT源極分別與電感L、二極管VD負(fù)極相連，電感L的另一端與電源E負(fù)極相連；電容C和負(fù)載并聯(lián)后一端與二極管VD正極相連，另一端與電源E負(fù)極相連。
[0010]所述的負(fù)載為獨(dú)立用電設(shè)備或者光伏并網(wǎng)逆變器。
[0011]所述的DSP控制芯片為TI公司的DSP TMS28035。該芯片具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)、信號(hào)處理能力。
[0012]所述的MPPT控制信號(hào)的調(diào)整步驟具體為:
[0013](I)采樣k時(shí)刻光伏陣列輸出端電壓U(k)、電流I (k);
[0014](2)求出k時(shí)刻的功率P (k)，計(jì)算k時(shí)刻的電壓變化量Δ U (k) =U (k) -U (k-Ι)、電流變化量 AI(k) = I(k)-1(k-l)和功率變化量 AP(k) = p(k)-p(k-l);其中 U(k_l)、I (k-1)、P(k-l)分別為k-1時(shí)刻的電壓、電流和功率；
[0015](3)判斷AU(k)是否為O:若為0，則判斷Al(k)是否為O ;若Δ I (k) =0，不改變參考電壓Uref (k)，返回繼續(xù)采樣；若△ I (k)〈0，說明系統(tǒng)當(dāng)前工作在最大功率點(diǎn)處右側(cè)，以步長(zhǎng)AUref對(duì)參考電壓Uref (k)施加負(fù)向擾動(dòng)；若A I (k) >0，說明系統(tǒng)當(dāng)前工作在最大功率點(diǎn)處左側(cè)，以步長(zhǎng)AUref對(duì)參考電壓Uref (k)施加正向擾動(dòng)；
[0016](4)若判斷 Δ_ 幸 0，計(jì)算 G = AI(k)/AU(k)+I(k)/U(k);若6 = 0，不改變參考電壓，返回繼續(xù)采樣；若6>0，說明系統(tǒng)當(dāng)前工作點(diǎn)在最大功率點(diǎn)右側(cè)，計(jì)算S(k)=abs(AP(k)/AU(k))/I(k)，以Δ Uref*S(k)為擾動(dòng)步長(zhǎng)對(duì)參考電壓Uref (k)施加正向擾動(dòng)；若G〈0，說明系統(tǒng)當(dāng)前工作點(diǎn)在最大功率點(diǎn)左側(cè)，計(jì)算S (k) = abs ( △ P (k) / △ U (k)) /100，限制3(10的值小于或等于1，并以AUref^SGO為擾動(dòng)步長(zhǎng)對(duì)參考電壓Uref (k)施加負(fù)向擾動(dòng)；
[0017](5)重復(fù)以上步驟直到k+Ι時(shí)刻系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)。
[0018]所述的參考電壓Uref (k)是由MPPT控制器輸出的，參考電壓與光伏電池實(shí)際輸出電壓的偏差信號(hào)經(jīng)過離散PI控制器產(chǎn)生占空比信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過PWM發(fā)生器產(chǎn)生PffM波，PffM控制信號(hào)經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)開關(guān)管動(dòng)作的信號(hào)。
[0019]所述的電壓檢測(cè)電路，包括電容C18、電容Cl、電容C9、電容C104，電阻R33、電阻R40、電阻R27、電阻R45、電阻R39、電阻R157、二極管Dl1、二極管D12、二極管D16、二極管D17、二極管D36、二極管D37、運(yùn)算放大器U2A，其中電容C18并聯(lián)于輸入電壓兩端，電容C18正極接二極管Dll、二極管D12，電容C18負(fù)極接二極管D16、二極管D17 ;二極管Dll負(fù)極與二極管D12正極相連，接于電容C18正極；二極管Dll正極與-15V電壓源相連，二極管D12負(fù)極與+15V電壓源相連；二極管D16負(fù)極與二極管D17正極相連，接于電容C18負(fù)極；二極管D16正極與-15V電壓源相連，二極管D17負(fù)極與+15V電壓源相連；電阻R33 —端與電容C18正極相連，另一端與電阻R27的一端相連，共同接于運(yùn)算放大器U2A同相輸入端；電阻R27的另一端接地；電阻R40 —端和電容C18負(fù)極相連，另一端和電阻R45的一端共同接于運(yùn)算放大器U2A反相輸入端，電阻R45的另一端與運(yùn)算放大器U2A的輸出端相連；運(yùn)算放大器U2A的端口 11分別接-15V電源和電容C15，電容C15另一端接地，運(yùn)算放大器U2A的端口 4分別接+15V電源和電容C9，電容C9另一端接地；運(yùn)算放大器U2A輸出端與電阻R39的一端相連，二極管D36負(fù)極和二極管D37正極相連，和電阻R157的一端共同和電阻R39的另一端相連，其中，二極管D36正極接地，二極管D37負(fù)極接入DSP端口，電阻R157的另一端和電容C104相連，并將模擬信號(hào)送入DSP的ad端口，這里采用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)vpv_M，