一種用於太陽能光伏發電系統的mppt控制裝置及方法
2023-05-31 23:45:11
專利名稱：一種用於太陽能光伏發電系統的mppt控制裝置及方法
一種用於太陽能光伏發電系統的MPPT控制裝置及方法 技術領域發明涉及一種用於太陽能光伏發電系統的MPPT控制裝置及方法，屬於 最大功率點跟蹤裝置及方法。
背景技術：
基於太陽能利用的光伏發電技術得到了廣泛的關注，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，輸出功率越小；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度越強，則光伏電池的短路 電流就越高，輸出功率越大；輻射強度越低，則光伏電池的短路電流越低， 輸出功率越小。在實際光伏系統中，光伏電池的輸出功率往往同時受到溫度 T及太陽輻射強度S變化的影響，溫度T的增加使得光伏電池的輸出功率產 生減小的趨勢，輻射強度S的增加使得光伏電池的輸出功率產生增大的趨 勢，光伏電池的實際輸出功率是這兩種趨勢相互作用的結果。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電量，需要 針對光伏電池的上述特性，採用 一定的控制策略來使光伏發電系統工作在光 伏電池的最大功率點上。已知的電壓擾動法MPPT策略先擾動光伏陣列輸出 電壓值，再對擾動後的光伏陣列輸出功率進行觀測，然後與擾動之前功率值 相比，若擾動後的功率值增加，則擾動方向不變；若擾動後的功率值減小， 則改變擾動方向，直至搜索到光伏陣列的最大工作電壓附近。傳統的電壓擾 動法採用固定步長對光伏陣列輸出電壓進行擾動，存在工作電壓在光伏陣列 最大工作電壓附近擺動的問題。如果選擇的步長過小，則最大功率點跟蹤的 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 的擺動幅度大。發明內容本發明所要解決的技術問題是針對現有技術存在的缺陷提供一種用於 太陽能光伏發電系統的MPPT控制裝置及方法。 本發明為實現上述目的，採用如下技術方案本發明一種用於太陽能光伏發電系統的MPPT控制裝置，包括MPPT 採樣電路、驅動電路、電流採樣電路以及電壓採樣電路，其中MPPT採樣電 路的輸入端接光伏陣列的輸出直流電壓及輸出電流端，電流採樣電路的輸入 端接三相併網逆變器的輸出端，電壓採樣電路的輸入端接公用電網的三相電壓輸入端，驅動電路的輸出端接三相併網逆變器的輸入端，其特徵在於還包
括由MPPT變步長跟蹤模塊、PWM產生模塊、電壓電流雙閉環控制模塊和 鎖相環構成的DSP處理器，其中鎖相環的輸入端分別接電流採樣電路以及 電壓採樣電路的輸出端，鎖相環的輸出端串接電壓電流雙閉環控制模塊後接 PWM產生模塊的輸入端，MPPT變步長跟蹤模塊的輸入端接MPPT採樣電 路的輸出端，MPPT變步長跟蹤模塊的輸出端接PWM產生模塊的輸入端， PWM產生模塊的輸出端接驅動電路的輸入端。
所述的一種用於太陽能光伏發電系統的MPPT控制裝置的控制方法，其 特徵在於包括如下步驟
步驟301:設置單位電壓擾動值A、誤差電壓s，同時初始化計數器Count 及Count 1;
步驟302:採用MPPT採樣電路採集光伏陣列的輸出電壓及輸出電流並 經過MPPT變步長跟蹤才莫塊計算得到光伏陣列的輸出功率A;
步驟303:對光伏陣列的輸出電壓施加一擾動值A * 2ACOM"f;
步驟304:採用MPPT採樣電路採集施加擾動後的光伏陣列的輸出電壓 及輸出電流並經過MPPT變步長跟蹤才莫塊計算得到光伏陣列的輸出功率屍2;
步驟305:當《>屍2，跳轉至步驟307;當《<戶2,跳轉至步驟306;
步驟306:將計數器Countl的值加1;
步驟307:將步驟303所述的電壓擾動值取為原值的相反數，然後返回至 步驟302;
步驟308:繼續採用MPPT採樣電路採集施加擾動後的光伏陣列的輸出 電壓及輸出電流並經過MPPT變步長跟蹤模塊計算得到光伏陣列的輸出功 率屍"
步驟309:再對光伏陣列的輸出電壓施加一擾動值A*2ACOM"f: 步驟310:採用MPPT採樣電路採集施加擾動後的光伏陣列的輸出電壓 及輸出電流並經過MPPT變步長跟蹤模塊計算得到光伏陣列的輸出功率P2; 步驟311:當A〈屍2，跳轉至步驟312;當/^A, 3兆轉至步驟315; 步驟312:將計數器Countl的值加1; 步驟313:當0 ^1<3,則返回至步驟308;
步驟314:當C仰"d >= 3 ,使計數器Count的值加1 ，然後返回至步驟308;
步驟315:將電壓擾動值取為原值的相反數，並且將計數器Countl的值 清零、計數器Count的值減1;
步驟316:當電壓擾動值Af2AOmw的絕對值大於誤差電壓s，則跳轉至 步驟308;當電壓擾動值A + 2AC做w的絕對值小於誤差電壓s，則光伏陣列的
實際輸出電壓已經位於最大功率點對應的輸出電壓t/pMAX附近，流程結束。
本發明的有益效果在於避免了現有最大功率點跟蹤技術存在的跟蹤速 度慢、在最大工作電壓附近擺動的現象。
圖1為本發明的原理方框圖。
圖2為本發明採用的電壓擾動最大功率跟蹤方法的原理示意圖。 圖3為本發明採用的變步長電壓擾動MPPT方法的流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對發明的技術方案進行詳細說明
圖1為本發明的原理方框圖。如圖所示，本發明的最大功率點跟蹤 (MPPT)控制裝置1包括MPPT採樣電路11 、驅動電路12、電流採樣電路 13、電壓採樣電路14以及DSP處理器15。該DSP處理器15為TI公司型 號為TMS320LF2812的DSP晶片，其包含MPPT變步長跟蹤模塊151、PWM 產生模塊152、電壓電流雙閉環控制模塊153及鎖相環模塊154。
MPPT採樣電路11採集光伏陣列的輸出直流電壓t/dc及輸出電流/de,並 且將該等採樣信號送至DSP處理器15。電流採樣電路13採集三相併網逆變 器的輸出電流/。、 /6、 /c,並且將該電流採樣信號送至DSP處理器15。電壓 釆樣電路14採集公用電網的三相電壓t/。、 "、 t/c，並且將該電壓釆樣信號 送至DSP處理器15。DSP處理器15中的MPPT變步長跟蹤模塊151根據來 自MPPT採樣電路ll的採樣信號，使用本發明的改進變步長電壓擾動法進 行計算，並且將計算結果輸出至PWM產生模塊152。 DSP處理器15中的鎖 相環模塊154根據來自電流採樣電路13及電壓採樣電路14的採樣信號，對 t/。相電壓信號進行鎖相，然後將電壓及電流信號傳遞至電壓電流雙閉環控制 模塊153。電壓電流雙閉環控制模塊153將電壓信號及電流信號進行計算， 並且將計算結果輸出至PWM產生模塊152。 PWM產生模塊152根據來自 MPPT變步長跟蹤模塊151及電壓電流雙閉環控制模塊153的信號，產生三 相併網逆變器功率開關管的驅動信號。該驅動信號輸出至驅動電路12，經隔 離放大後施加至三相併網逆變器功率開關管。
圖2為本發明採用的電壓擾動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/與輸出功率屍的關係，tAP曲線不是固定不 變的，它隨著日照強度和溫度變化，但不管t/-屍曲線如何隨外在因素變化，
都具有如圖2所示的大致形狀。圖中屍MAX為光伏陣列的最大輸出功率點，
t/pMAX為最大輸出功率點對應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。
最大功率點跟蹤控制過程，就是光伏陣列工作電壓L/de的移動過程。如 果光伏陣列工作電壓大於最大輸出功率點對應的光伏陣列輸出電壓t/pMAX, 如圖2中t/de所示，判斷t/屍/^7的極性小於0， t/dc按照圖中所示的搜索方向 B變化，即C/dc減小，直至減小到t/pMAx附近，由於C/-屍特性曲線在C/pMAX 附近較為平坦，C/de達到"PMAX後，可能繼續減小至C/PMAX的左側，dP/df/ 的極性發生變化，即^V^/大於0，此時C/de應向反方向移動。如果光伏陣列工作電壓小於最大輸出功率點對應的光伏陣列輸出電壓f/PMAX,如圖2中
《所示，"dc按照圖中所示的搜索方向A變化，即f/dc增大,直至增大到t/pMAx 附近，由於tZ-屍特性曲線在C/PMAX附近4交為平坦，f/de達到t/pMAX後，可能 繼續增大至t/pMAX的右側，dP/dt/的極性發生變化，即^P/^7小於0，此時 C/dc應向反方向移動。因受到變量採樣精度的限制，最終t/de會在t/pMAx附近 某一個範圍內擺動，實現最大功率點的跟蹤。
圖3為本發明採用的變步長電壓擾動MPPT方法的流程圖。如圖所示， 該變步長電壓擾動MPPT方法的特點在於，當擾動方向持續3次不變時，電 壓擾動值乘以2的指悽t倍增大，以達到快速追蹤至最大功率點處。當t/dc在
t/pMAX附近擺動時，電壓擾動值除以2的指數倍減小，從而減小光伏陣列電 壓t/dc的擺動範圍，使C/dc穩定於最大輸出功率點對應的光伏陣列輸出電壓
f/pMAx處。下面結合圖2及圖3詳細的描述該變步長電壓擾動MPPT方法的 工作流程
步驟301中，將單位電壓擾動值A"&置為e、將誤差電壓s設置為h 其中e、 &為可任意設定的常數，同時將計數器Count及Countl設置為零。 步驟302中，檢測此時刻光伏陣列的輸出電壓及輸出電流，計算輸出功率 iV步驟303中，對光伏陣列的輸出電壓施加一擾動值A*2ACo"""使光伏 陣列輸出電壓增大或者減小。步驟304中，檢測此時刻光伏陣列的輸出電壓 及輸出電流，計算輸出功率屍2。步驟305中，比較輸出功率A與P2。如果
P一A，說明光伏陣列的實際輸出電壓離最大功率點對應的輸出電壓t/pMAX
越來越遠，跳轉至步驟307。步驟307中，將電壓擾動值取為原值的相反數， 即令輸出電壓的變化方向相反，然後返回至步驟302。如果i^A,光伏陣列
的實際輸出電壓離最大功率點對應的輸出電壓C/PMAX越來越近，跳轉至步驟
306。步驟306中，將計數器Countl的值加1。步驟308中，繼續;險測此時 刻光伏陣列的輸出電壓及輸出電流，計算輸出功率iV步驟309中，對光伏 陣列的輸出電壓施加一擾動值A + 2AQm",,使光伏陣列輸出電壓繼續增大或 者減小。步驟310中，檢測此時刻光伏陣列的輸出電壓及輸出電流，計算輸 出功率屍2。步驟311中，比較輸出功率/^與屍2。如果S〈A, i兌明光伏陣列 輸出未達到最大功率點對應的輸出電壓，跳轉至步驟312。步驟312中，將 計數器Countl的值加1。步驟313中，判斷計數器Countl的值是否達到3。 如果0^加1=3，說明輸出電壓已經向同 一個方向擾動3次，為了加快跟蹤速度，應增加電壓擾動值。步驟314中， 使計數器Count的值加1，然後返回至步驟308。下次電壓擾動時，擾動電 壓值〃2八Cmmf變為原來的2倍。步驟311中，如果P一g，說明光伏陣列的
實際輸出電壓值已經位於最大功率點對應的輸出電壓"PMAX的另一側，跳轉
至步驟315。步驟315中，將電壓擾動值取為原值的相反數，即令輸出電壓 的變化方向相反，並且將計數器Countl的值清零、計數器Count的值減1。 減小計數器Count的值，可使電壓擾動值A + 2八Onm/減小，從而使得光伏陣列輸出電壓快速達到最大功率點對應的輸出電壓t/pMAX。步驟316中，判斷
電壓擾動值Af2八C做"f的絕對值是否小於誤差電壓￡。如果電壓擾動值 A承2八Co訓/的絕對值大於誤差電壓s,則跳轉至步驟308。如果電壓擾動值 A*2AOn/W的絕對值小於誤差電壓S，說明光伏陣列的實際輸出電壓已經位於 最大功率點對應的輸出電壓t/pMAX附近，可以認為實現了最大功率點跟蹤， 流程結束。
權利要求
1、一種用於太陽能光伏發電系統的MPPT控制裝置，包括MPPT採樣電路(11)、驅動電路(12)、電流採樣電路(13)以及電壓採樣電路(14)，其中MPPT採樣電路(11)的輸入端接光伏陣列的輸出直流電壓及輸出電流端，電流採樣電路(13)的輸入端接三相併網逆變器的輸出端，電壓採樣電路(14)的輸入端接公用電網的三相電壓輸入端，驅動電路(12)的輸出端接三相併網逆變器的輸入端，其特徵在於還包括由MPPT變步長跟蹤模塊(151)、PWM產生模塊(152)、電壓電流雙閉環控制模塊(153)和鎖相環(154)構成的DSP處理器(15)，其中鎖相環(154)的輸入端分別接電流採樣電路(13)以及電壓採樣電路(14)的輸出端，鎖相環(154)的輸出端串接電壓電流雙閉環控制模塊(153)後接PWM產生模塊(152)的輸入端，MPPT變步長跟蹤模塊(151)的輸入端接MPPT採樣電路(11)的輸出端，MPPT變步長跟蹤模塊(151)的輸出端接PWM產生模塊(152)的輸入端，PWM產生模塊(152)的輸出端接驅動電路(12)的輸入端。
2、 一種基於權利要求1所述的一種用於太陽能光伏發電系統的MPPT 控制裝置的控制方法，其特徵在於包括如下步驟步驟301:設置單位電壓擾動值△、誤差電壓s,同時初始化計數器Count 及Countl;步驟302:採用MPPT採樣電路(11 )採集光伏陣列的輸出電壓及輸出 電流並經過MPPT變步長跟蹤模塊(151 )計算得到光伏陣列的輸出功率屍1;步驟303:對光伏陣列的輸出電壓施加一擾動值△ *2ACOMw ;步驟304:採用MPPT採樣電路(11 )採集施加擾動後的光伏陣列的輸 出電壓及輸出電流並經過MPPT變步長跟蹤才莫塊(151 )計算得到光伏陣列 的^T出功率屍2;步驟305:當《>屍2,跳轉至步驟307;當《〈A， 3兆轉至步-驟306; 步驟306:將計數器Countl的值加1;步驟307:將步驟303所述的電壓擾動值取為原值的相反數，然後返回至 步驟302;步驟308:繼續採用MPPT採樣電路(11)採集施加擾動後的光伏陣列 的輸出電壓及輸出電流並經過MPPT變步長跟蹤;f莫塊(151)計算得到光伏 陣列的輸出功率/V,步驟309:再對光伏陣列的輸出電壓施加一擾動值A步驟310:採用MPPT採樣電路(11 )採集施加擾動後的光伏陣列的輸 出電壓及輸出電流並經過MPPT變步長跟蹤才莫塊(151 )計算得到光伏陣列 的輸出功率屍2;步驟311:當S〈g,跳轉至步驟312;當《>屍2, 3兆轉至步驟315; 步驟312:將計數器Countl的值加1; 步驟313:當0^" 1=3，使計數器Count的值加1，然後返回至步驟308;步驟315:將電壓擾動值取為原值的相反數，並且將計數器Countl的值 清零、計數器Count的值減1;步驟316:當電壓擾動值厶*2八0 ^的絕對值大於誤差電壓s,則跳轉至 步驟308;當電壓擾動值Af2AC做w的絕對值小於誤差電壓s,則光伏陣列的實際輸出電壓已經位於最大功率點對應的輸出電壓t/pMAX附近，流程結束。
全文摘要
本發明公布了一種用於太陽能光伏發電系統的MPPT控制裝置及方法，本發明所述裝置包括MPPT採樣電路、驅動電路、電流採樣電路、電壓採樣電路以及DSP處理器。本發明所述方法當擾動方向持續3次不變時，電壓擾動值乘以2的指數倍增大，以達到快速追蹤至最大功率點處。當Udc在UPMAX附近擺動時，電壓擾動值除以2的指數倍減小，從而減小光伏陣列電壓Udc的擺動範圍，使Udc穩定於最大輸出功率點對應的光伏陣列輸出電壓UPMAX處。本發明避免了現有最大功率點跟蹤技術存在的跟蹤速度慢、在最大工作電壓附近擺動的現象。
文檔編號H02N6/00GK101599724SQ20091018162
公開日2009年12月9日 申請日期2009年7月24日 優先權日2009年7月24日
發明者劉小寶, 史君海, 徐永邦, 朱國軍, 薈 樊, 斌 王, 霞 鄧 申請人:中環(中國)工程有限公司