專利名稱：一種用于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的mppt控制裝置及方法
一種用于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的MPPT控制裝置及方法 技術(shù)領(lǐng)域發(fā)明涉及一種用于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的MPPT控制裝置及方法，屬于 最大功率點(diǎn)跟蹤裝置及方法。
背景技術(shù)：
基于太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(shì)，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(shì)，光伏電池的實(shí)際輸出功率是這兩種趨勢(shì)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(duì)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(duì)擾動(dòng)后的光伏陣列輸出功率進(jìn)行觀測(cè)，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(zhǎng)對(duì)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(zhǎng)過小，則最大功率點(diǎn)跟蹤的 速度較慢；如果選擇的步長(zhǎng)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。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種用于 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的MPPT控制裝置及方法。 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案本發(fā)明一種用于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的MPPT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(zhǎng)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(zhǎng)跟蹤模塊的輸入端接MPPT采樣電 路的輸出端，MPPT變步長(zhǎng)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。
所述的一種用于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的MPPT控制裝置的控制方法，其 特征在于包括如下步驟
步驟301:設(shè)置單位電壓擾動(dòng)值A(chǔ)、誤差電壓s，同時(shí)初始化計(jì)數(shù)器Count 及Count 1;
步驟302:采用MPPT采樣電路采集光伏陣列的輸出電壓及輸出電流并 經(jīng)過MPPT變步長(zhǎng)跟蹤才莫塊計(jì)算得到光伏陣列的輸出功率A;
步驟303:對(duì)光伏陣列的輸出電壓施加一擾動(dòng)值A(chǔ) * 2ACOM"f;
步驟304:采用MPPT采樣電路采集施加擾動(dòng)后的光伏陣列的輸出電壓 及輸出電流并經(jīng)過MPPT變步長(zhǎng)跟蹤才莫塊計(jì)算得到光伏陣列的輸出功率尸2;
步驟305:當(dāng)《>尸2，跳轉(zhuǎn)至步驟307;當(dāng)《<戶2,跳轉(zhuǎn)至步驟306;
步驟306:將計(jì)數(shù)器Countl的值加1;
步驟307:將步驟303所述的電壓擾動(dòng)值取為原值的相反數(shù)，然后返回至 步驟302;
步驟308:繼續(xù)采用MPPT采樣電路采集施加擾動(dòng)后的光伏陣列的輸出 電壓及輸出電流并經(jīng)過MPPT變步長(zhǎng)跟蹤模塊計(jì)算得到光伏陣列的輸出功 率尸"
步驟309:再對(duì)光伏陣列的輸出電壓施加一擾動(dòng)值A(chǔ)*2ACOM"f: 步驟310:采用MPPT采樣電路采集施加擾動(dòng)后的光伏陣列的輸出電壓 及輸出電流并經(jīng)過MPPT變步長(zhǎng)跟蹤模塊計(jì)算得到光伏陣列的輸出功率P2; 步驟311:當(dāng)A〈尸2，跳轉(zhuǎn)至步驟312;當(dāng)/^A, 3兆轉(zhuǎn)至步驟315; 步驟312:將計(jì)數(shù)器Countl的值加1; 步驟313:當(dāng)0 ^1<3,則返回至步驟308;
步驟314:當(dāng)C仰"d >= 3 ,使計(jì)數(shù)器Count的值加1 ，然后返回至步驟308;
步驟315:將電壓擾動(dòng)值取為原值的相反數(shù)，并且將計(jì)數(shù)器Countl的值 清零、計(jì)數(shù)器Count的值減1;
步驟316:當(dāng)電壓擾動(dòng)值A(chǔ)f2AOmw的絕對(duì)值大于誤差電壓s，則跳轉(zhuǎn)至 步驟308;當(dāng)電壓擾動(dòng)值A(chǔ) + 2AC做w的絕對(duì)值小于誤差電壓s，則光伏陣列的
實(shí)際輸出電壓已經(jīng)位于最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸出電壓t/pMAX附近，流程結(jié)束。
本發(fā)明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為本發(fā)明的原理方框圖。
圖2為本發(fā)明采用的電壓擾動(dòng)最大功率跟蹤方法的原理示意圖。 圖3為本發(fā)明采用的變步長(zhǎng)電壓擾動(dòng)MPPT方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明
圖1為本發(fā)明的原理方框圖。如圖所示，本發(fā)明的最大功率點(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(hào)為TMS320LF2812的DSP芯片，其包含MPPT變步長(zhǎng)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t/dc及輸出電流/de,并 且將該等采樣信號(hào)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/。、 /6、 /c,并且將該電流采樣信號(hào)送至DSP處理器15。電壓 釆樣電路14采集公用電網(wǎng)的三相電壓t/。、 "、 t/c，并且將該電壓釆樣信號(hào) 送至DSP處理器15。DSP處理器15中的MPPT變步長(zhǎng)跟蹤模塊151根據(jù)來 自MPPT采樣電路ll的采樣信號(hào)，使用本發(fā)明的改進(jìn)變步長(zhǎng)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(hào)，對(duì) t/。相電壓信號(hào)進(jìn)行鎖相，然后將電壓及電流信號(hào)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(hào)及電流信號(hào)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(zhǎng)跟蹤模塊151及電壓電流雙閉環(huán)控制模塊153的信號(hào)，產(chǎn)生三 相并網(wǎng)逆變器功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。該驅(qū)動(dòng)信號(hào)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為本發(fā)明采用的電壓擾動(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t/與輸出功率尸的關(guān)系，tAP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t/-尸曲線如何隨外在因素變化，
都具有如圖2所示的大致形狀。圖中尸MAX為光伏陣列的最大輸出功率點(diǎn)，
t/pMAX為最大輸出功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光伏陣列輸出電壓，"。c為光伏陣列的的開路
電壓，C/de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L/de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(duì)應(yīng)的光伏陣列輸出電壓t/pMAX, 如圖2中t/de所示，判斷t/尸/^7的極性小于0， t/dc按照?qǐng)D中所示的搜索方向 B變化，即C/dc減小，直至減小到t/pMAx附近，由于C/-尸特性曲線在C/pMAX 附近較為平坦，C/de達(dá)到"PMAX后，可能繼續(xù)減小至C/PMAX的左側(cè)，dP/df/ 的極性發(fā)生變化，即^V^/大于0，此時(shí)C/de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(duì)應(yīng)的光伏陣列輸出電壓f/PMAX,如圖2中
《所示，"dc按照?qǐng)D中所示的搜索方向A變化，即f/dc增大,直至增大到t/pMAx 附近，由于tZ-尸特性曲線在C/PMAX附近4交為平坦，f/de達(dá)到t/pMAX后，可能 繼續(xù)增大至t/pMAX的右側(cè)，dP/dt/的極性發(fā)生變化，即^P/^7小于0，此時(shí) C/dc應(yīng)向反方向移動(dòng)。因受到變量采樣精度的限制，最終t/de會(huì)在t/pMAx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為本發(fā)明采用的變步長(zhǎng)電壓擾動(dòng)MPPT方法的流程圖。如圖所示， 該變步長(zhǎng)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的指凄t倍增大，以達(dá)到快速追蹤至最大功率點(diǎn)處。當(dāng)t/dc在
t/pMAX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t/dc的擺動(dòng)范圍，使C/dc穩(wěn)定于最大輸出功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光伏陣列輸出電壓
f/pMAx處。下面結(jié)合圖2及圖3詳細(xì)的描述該變步長(zhǎng)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A(chǔ)"&置為e、將誤差電壓s設(shè)置為h 其中e、 &為可任意設(shè)定的常數(shù)，同時(shí)將計(jì)數(shù)器Count及Countl設(shè)置為零。 步驟302中，檢測(cè)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 iV步驟303中，對(duì)光伏陣列的輸出電壓施加一擾動(dòng)值A(chǔ)*2ACo"""使光伏 陣列輸出電壓增大或者減小。步驟304中，檢測(cè)此時(shí)刻光伏陣列的輸出電壓 及輸出電流，計(jì)算輸出功率尸2。步驟305中，比較輸出功率A與P2。如果
P一A，說明光伏陣列的實(shí)際輸出電壓離最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸出電壓t/pMAX
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i^A,光伏陣列
的實(shí)際輸出電壓離最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸出電壓C/PMAX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);險(xiǎn)測(cè)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iV步驟309中，對(duì)光伏 陣列的輸出電壓施加一擾動(dòng)值A(chǔ) + 2AQm",,使光伏陣列輸出電壓繼續(xù)增大或 者減小。步驟310中，檢測(cè)此時(shí)刻光伏陣列的輸出電壓及輸出電流，計(jì)算輸 出功率尸2。步驟311中，比較輸出功率/^與尸2。如果S〈A, i兌明光伏陣列 輸出未達(dá)到最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸出電壓，跳轉(zhuǎn)至步驟312。步驟312中，將 計(jì)數(shù)器Countl的值加1。步驟313中，判斷計(jì)數(shù)器Countl的值是否達(dá)到3。 如果0^加1<3,則返回至步驟308。如果0 /"/1>=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〃2八Cmmf變?yōu)樵瓉淼?倍。步驟311中，如果P一g，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(duì)應(yīng)的輸出電壓"PMAX的另一側(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Countl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) + 2八Onm/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(duì)應(yīng)的輸出電壓t/pMAX。步驟316中，判斷
電壓擾動(dòng)值A(chǔ)f2八C做"f的絕對(duì)值是否小于誤差電壓￡。如果電壓擾動(dòng)值 A承2八Co訓(xùn)/的絕對(duì)值大于誤差電壓s,則跳轉(zhuǎn)至步驟308。如果電壓擾動(dòng)值 A*2AOn/W的絕對(duì)值小于誤差電壓S，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(duì)應(yīng)的輸出電壓t/pMAX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、一種用于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的MPPT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(zhǎng)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(zhǎng)跟蹤模塊(151)的輸入端接MPPT采樣電路(11)的輸出端，MPPT變步長(zhǎng)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。
2、 一種基于權(quán)利要求1所述的一種用于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的MPPT 控制裝置的控制方法，其特征在于包括如下步驟步驟301:設(shè)置單位電壓擾動(dòng)值△、誤差電壓s,同時(shí)初始化計(jì)數(shù)器Count 及Countl;步驟302:采用MPPT采樣電路(11 )采集光伏陣列的輸出電壓及輸出 電流并經(jīng)過MPPT變步長(zhǎng)跟蹤模塊(151 )計(jì)算得到光伏陣列的輸出功率尸1;步驟303:對(duì)光伏陣列的輸出電壓施加一擾動(dòng)值△ *2ACOMw ;步驟304:采用MPPT采樣電路(11 )采集施加擾動(dòng)后的光伏陣列的輸 出電壓及輸出電流并經(jīng)過MPPT變步長(zhǎng)跟蹤才莫塊(151 )計(jì)算得到光伏陣列 的^T出功率尸2;步驟305:當(dāng)《>尸2,跳轉(zhuǎn)至步驟307;當(dāng)《〈A， 3兆轉(zhuǎn)至步-驟306; 步驟306:將計(jì)數(shù)器Countl的值加1;步驟307:將步驟303所述的電壓擾動(dòng)值取為原值的相反數(shù)，然后返回至 步驟302;步驟308:繼續(xù)采用MPPT采樣電路(11)采集施加擾動(dòng)后的光伏陣列 的輸出電壓及輸出電流并經(jīng)過MPPT變步長(zhǎng)跟蹤;f莫塊(151)計(jì)算得到光伏 陣列的輸出功率/V,步驟309:再對(duì)光伏陣列的輸出電壓施加一擾動(dòng)值A(chǔ)步驟310:采用MPPT采樣電路(11 )采集施加擾動(dòng)后的光伏陣列的輸 出電壓及輸出電流并經(jīng)過MPPT變步長(zhǎng)跟蹤才莫塊(151 )計(jì)算得到光伏陣列 的輸出功率尸2;步驟311:當(dāng)S〈g,跳轉(zhuǎn)至步驟312;當(dāng)《>尸2, 3兆轉(zhuǎn)至步驟315; 步驟312:將計(jì)數(shù)器Countl的值加1; 步驟313:當(dāng)0^" 1<3,則返回至步驟308;步驟314:當(dāng)。""^1>=3，使計(jì)數(shù)器Count的值加1，然后返回至步驟308;步驟315:將電壓擾動(dòng)值取為原值的相反數(shù)，并且將計(jì)數(shù)器Countl的值 清零、計(jì)數(shù)器Count的值減1;步驟316:當(dāng)電壓擾動(dòng)值厶*2八0 ^的絕對(duì)值大于誤差電壓s,則跳轉(zhuǎn)至 步驟308;當(dāng)電壓擾動(dòng)值A(chǔ)f2AC做w的絕對(duì)值小于誤差電壓s,則光伏陣列的實(shí)際輸出電壓已經(jīng)位于最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸出電壓t/pMAX附近，流程結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種用于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的MPPT控制裝置及方法，本發(fā)明所述裝置包括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。本發(fā)明所述方法當(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)U<sub>dc</sub>在U<sub>PMAX</sub>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U<sub>dc</sub>的擺動(dòng)范圍，使U<sub>dc</sub>穩(wěn)定于最大輸出功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光伏陣列輸出電壓U<sub>PMAX</sub>處。本發(fā)明避免了現(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(hào)H02N6/00GK101599724SQ20091018162
公開日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者劉小寶, 史君海, 徐永邦, 朱國(guó)軍, 薈 樊, 斌 王, 霞 鄧 申請(qǐng)人:中環(huán)(中國(guó))工程有限公司