适合光伏组件并联系统的MPPT控制器技术方案

一种适合光伏组件并联系统的MPPT控制器，包括电压/电流检测和处理模块、并联MPP曲线族寄存器、交点寄存器、MPPg寄存器和子控制器1至子控制器3。为应对无阴影、静态阴影和动态阴影等工况，所述控制器会先寻找光伏组件并联系统输出I‑V曲线与并联MPP曲线族的交点，再从各交点中挑选出最佳交点(即具有最大功率的交点)，最后在最佳交点的基础上找到光伏组件并联系统的全局最大功率点MPPg。本发明专利技术具有准确而快速的全局最大功率点跟踪能力。

【技术实现步骤摘要】
适合光伏组件并联系统的MPPT控制器
本专利技术涉及一种最大功率点跟踪(MPPT)控制器，尤其是一种适合光伏组件并联系统的MPPT控制器，在无阴影、静态阴影和动态阴影条件下均具有全局最大功率点跟踪的能力。
技术介绍
当采用并联形式时，光伏组件可实现扩流。当遮阴情况不同时，同一个光伏组件并联系统的最大功率点会呈现出不同的分布情况。即，无阴影、静态阴影和动态阴影条件下光伏组件并联系统的最大功率点是不同的。而且，在静态和动态阴影条件下，光伏组件并联系统的输出P-V(即功率-电压)曲线呈现出多峰值，光伏组件并联系统的输出I-V(即电流-电压)曲线呈现出多单调区域，局部最大功率点的存在会增加对全局最大功率点跟踪的难度。为了最大可能地获取光伏组件并联系统的电能，现有的MPPT控制方法包括扰动观察法、电导增量法、模拟退火法、大数据统计算法等。其中，扰动观察法和电导增量法容易陷入局部最大功率点而偏离全局最大功率点；而模拟退火法和大数据统计法则无法百分百地锁定全局最大功率点，存在找到次大功率点的可能性。为了提高准确性同时实现快速性，MPPT控制方法还需要进一步改进。
技术实现思路
为克服现有MPPT控制方法易陷入局部最大功率点或存在找到次大功率点可能性的缺陷，本专利技术提出一种适合光伏组件并联系统的MPPT控制器，可协助DC/DC变换器快速而准确地锁定光伏组件并联系统的全局最大功率点，尽最大能力地将光伏组件并联系统的电能传送至直流母线供负载使用。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：<br>一种适合光伏组件并联系统的MPPT控制器，包括电压/电流检测和处理模块、并联MPP曲线族寄存器、交点寄存器、MPPg寄存器和子控制器1至子控制器3；所述电压/电流检测和处理模块检测光伏组件并联系统的输出电压vin和输出电流iin，并将它们转换成数字信号Vin(k)和Iin(k)，k为整数；所述并联MPP曲线族寄存器内部存储有n个光伏组件并联MPP曲线函数Iref1＝fref(Vin)至Irefn＝n×fref(Vin)，n为光伏组件并联系统中光伏组件的个数，Vin为函数输入变量，Iref1至Irefn为函数输出变量，fref()为包含不同光照条件下单个光伏组件最大功率点MPP信息的函数，所述n个光伏组件并联MPP曲线函数与n条光伏组件并联MPP曲线对应，所述n条光伏组件并联MPP曲线与光伏组件并联系统输出I-V曲线存在n个交点，分别为Cross1至Crossn；所述交点寄存器内部存储有n个交点Cross1至Crossn的电压值Vin_Cross1至Vin_Crossn和电流值Iin_Cross1至Iin_Crossn；所述MPPg寄存器内部存储有全局最大功率点MPPg的电压值Vin_MPPg和电流值Iin_MPPg，还存储有与全局最大功率点MPPg对应的DC/DC变换器中电子开关的工作状态，例如：开关频率f_MPPg、占空比D_MPPg、导通时间、关断时间、电压参考值及滞环宽度等；所述电压/电流检测和处理模块、并联MPP曲线族寄存器、交点寄存器、MPPg寄存器、子控制器1至子控制器3之间存在信息交互；为应对无阴影、静态阴影和动态阴影等多种工况，所述子控制器1至子控制器3按顺序分时工作输出控制信号vdriving，周而复始；子控制器1采用光伏组件并联MPP曲线函数Iref1＝fref(Vin)至Irefn＝n×fref(Vin)产生电流参考值，通过调节DC/DC变换器中电子开关的工作状态找到交点Cross1至Crossn，即使得光伏组件并联系统运行于交点Cross1至Crossn，当光伏组件并联系统运行于交点Crossj时，Vin(k)＝Vin_Crossj，Iin(k)＝Iin_Crossj，j的取值范围是1至n；子控制器2在交点Cross1至Crossn的基础上通过调节DC/DC变换器中电子开关的工作状态找到全局最大功率点MPPg，即使得光伏组件并联系统运行于全局最大功率点MPPg，当光伏组件并联系统运行于全局最大功率点MPPg时，Vin(k)＝Vin_MPPg，Iin(k)＝Iin_MPPg；子控制器3监测全局最大功率点MPPg是否发生变化，若全局最大功率点MPPg发生变化，即Vin(k)≠Vin_MPPg或者Iin(k)≠Iin_MPPg或者Vin(k)×Iin(k)≠Vin_MPPg×Iin_MPPg，则再次调用子控制器1至子控制器3找到全局最大功率点MPPg，否则，维持DC/DC变换器中电子开关的工作状态，即保持光伏组件并联系统运行于全局最大功率点MPPg。本专利技术的适合光伏组件并联系统的MPPT控制器检测光伏组件并联系统的输出电压vin和输出电流iin，输出控制信号vdriving，通过调节DC/DC变换器中电子开关的工作状态，使得光伏组件并联系统最终运行于全局最大功率点MPPg。进一步，关于适合光伏组件并联系统的MPPT控制器的第一种优选方案，所述fref()为不同光照条件下单个光伏组件最大功率点MPP的拟合曲线函数，或者是叠加电压或电流边界条件的不同光照条件下单个光伏组件最大功率点MPP的拟合曲线函数；叠加电压或电流边界条件可加快找到交点的速度。拟合函数包括指数函数、多项式函数、折线函数等；电压边界条件包括0≤Vin≤Voc，电流边界条件包括0≤Iref1≤Isc，Voc和Isc为最大光照条件下单个光伏组件的开路电压和短路电流。关于适合光伏组件并联系统的MPPT控制器的第二种优选方案，所述电压/电流检测和处理模块包括电压检测电路、电流检测电路、模数转换电路和平均值计算器或数字滤波器，所述电压检测电路检测光伏组件并联系统的输出电压vin，所述电流检测电路检测光伏组件并联系统的输出电流iin，所述模数转换电路分别将电压检测电路和电流检测电路的模拟检测结果转换成原始的数字信号vin(k)和iin(k)，所述平均值计算器采用平均算法得到原始数字信号vin(k)和iin(k)的平均值，即数字信号Vin(k)和Iin(k)。优选地，所述平均算法采用算式和或者和m为正整数；也可以采用数字滤波器将原始数字信号vin(k)和iin(k)滤波处理成数字信号Vin(k)和Iin(k)，所述数字滤波器可以是低通数字滤波器或带通数字滤波器。所述平均值计算器和数字滤波器作用都是降低原始数字信号的噪声。关于适合光伏组件并联系统的MPPT控制器的第三种优选方案，所述子控制器1包括函数运算器、交点判断器、参考电压发生器1和滞回比较器1，所述函数运算器从并联MPP曲线族寄存器处提取光伏组件并联MPP曲线函数Irefj＝j×fref(Vin)，令函数输入变量Vin等于数字信号Vin(k)，求出函数输出变量Irefj，令电流参考值Irefj(k)等于函数输出变量Irefj，j的取值范围是1至n；所述交点判断器比较电流参考值Irefj(k)和数字信号Iin(k)的大小，若数字信号Iin(k)和电流参考值Irefj(k)的差值ΔI的绝对值小于允许误差，则判断“找到了交点Cros本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适合光伏组件并联系统的MPPT控制器，其特征在于：所述适合光伏组件并联系统的MPPT控制器包括电压/电流检测和处理模块、并联MPP曲线族寄存器、交点寄存器、MPPg寄存器和子控制器1至子控制器3；/n所述电压/电流检测和处理模块检测光伏组件并联系统的输出电压vin和输出电流iin，并将它们转换成数字信号Vin(k)和Iin(k)，k为整数；/n所述并联MPP曲线族寄存器内部存储有n个光伏组件并联MPP曲线函数Iref1＝fref(Vin)至Irefn＝n×fref(Vin)，n为光伏组件并联系统中光伏组件的个数，Vin为函数输入变量，Iref1至Irefn为函数输出变量，fref()为包含不同光照条件下单个光伏组件最大功率点MPP信息的函数，所述n个光伏组件并联MPP曲线函数与n条光伏组件并联MPP曲线对应，所述n条光伏组件并联MPP曲线与光伏组件并联系统输出I-V曲线存在n个交点，分别为Cross1至Crossn；/n所述交点寄存器内部存储有n个交点Cross1至Crossn的电压值Vin_Cross1至Vin_Crossn和电流值Iin_Cross1至Iin_Crossn；/n所述MPPg寄存器内部存储有全局最大功率点MPPg的电压值Vin_MPPg和电流值Iin_MPPg，还存储有与全局最大功率点MPPg对应的DC/DC变换器中电子开关的工作状态；/n所述电压/电流检测和处理模块、并联MPP曲线族寄存器、交点寄存器、MPPg寄存器、子控制器1至子控制器3之间存在信息交互；/n所述子控制器1至子控制器3按顺序分时工作输出控制信号vdriving，周而复始；子控制器1采用光伏组件并联MPP曲线函数Iref1＝fref(Vin)至Irefn＝n×fref(Vin)产生电流参考值，通过调节DC/DC变换器中电子开关的工作状态找到交点Cross1至Crossn，即使得光伏组件并联系统运行于交点Cross1至Crossn，当光伏组件并联系统运行于交点Crossj时，Vin(k)＝Vin_Crossj，Iin(k)＝Iin_Crossj，j的取值范围是1至n；子控制器2在交点Cross1至Crossn的基础上通过调节DC/DC变换器中电子开关的工作状态找到全局最大功率点MPPg，即使得光伏组件并联系统运行于全局最大功率点MPPg，当光伏组件并联系统运行于全局最大功率点MPPg时，Vin(k)＝Vin_MPPg，Iin(k)＝Iin_MPPg；子控制器3监测全局最大功率点MPPg是否发生变化，若全局最大功率点MPPg发生变化，即Vin(k)≠Vin_MPPg或者Iin(k)≠Iin_MPPg或者Vin(k)×Iin(k)≠Vin_MPPg×Iin_MPPg，则再次调用子控制器1至子控制器3找到全局最大功率点MPPg，否则，维持DC/DC变换器中电子开关的工作状态，即保持光伏组件并联系统运行于全局最大功率点MPPg。/n...

【技术特征摘要】
1.一种适合光伏组件并联系统的MPPT控制器，其特征在于：所述适合光伏组件并联系统的MPPT控制器包括电压/电流检测和处理模块、并联MPP曲线族寄存器、交点寄存器、MPPg寄存器和子控制器1至子控制器3；
所述电压/电流检测和处理模块检测光伏组件并联系统的输出电压vin和输出电流iin，并将它们转换成数字信号Vin(k)和Iin(k)，k为整数；
所述并联MPP曲线族寄存器内部存储有n个光伏组件并联MPP曲线函数Iref1＝fref(Vin)至Irefn＝n×fref(Vin)，n为光伏组件并联系统中光伏组件的个数，Vin为函数输入变量，Iref1至Irefn为函数输出变量，fref()为包含不同光照条件下单个光伏组件最大功率点MPP信息的函数，所述n个光伏组件并联MPP曲线函数与n条光伏组件并联MPP曲线对应，所述n条光伏组件并联MPP曲线与光伏组件并联系统输出I-V曲线存在n个交点，分别为Cross1至Crossn；
所述交点寄存器内部存储有n个交点Cross1至Crossn的电压值Vin_Cross1至Vin_Crossn和电流值Iin_Cross1至Iin_Crossn；
所述MPPg寄存器内部存储有全局最大功率点MPPg的电压值Vin_MPPg和电流值Iin_MPPg，还存储有与全局最大功率点MPPg对应的DC/DC变换器中电子开关的工作状态；
所述电压/电流检测和处理模块、并联MPP曲线族寄存器、交点寄存器、MPPg寄存器、子控制器1至子控制器3之间存在信息交互；
所述子控制器1至子控制器3按顺序分时工作输出控制信号vdriving，周而复始；子控制器1采用光伏组件并联MPP曲线函数Iref1＝fref(Vin)至Irefn＝n×fref(Vin)产生电流参考值，通过调节DC/DC变换器中电子开关的工作状态找到交点Cross1至Crossn，即使得光伏组件并联系统运行于交点Cross1至Crossn，当光伏组件并联系统运行于交点Crossj时，Vin(k)＝Vin_Crossj，Iin(k)＝Iin_Crossj，j的取值范围是1至n；子控制器2在交点Cross1至Crossn的基础上通过调节DC/DC变换器中电子开关的工作状态找到全局最大功率点MPPg，即使得光伏组件并联系统运行于全局最大功率点MPPg，当光伏组件并联系统运行于全局最大功率点MPPg时，Vin(k)＝Vin_MPPg，Iin(k)＝Iin_MPPg；子控制器3监测全局最大功率点MPPg是否发生变化，若全局最大功率点MPPg发生变化，即Vin(k)≠Vin_MPPg或者Iin(k)≠Iin_MPPg或者Vin(k)×Iin(k)≠Vin_MPPg×Iin_MPPg，则再次调用子控制器1至子控制器3找到全局最大功率点MPPg，否则，维持DC/DC变换器中电子开关的工作状态，即保持光伏组件并联系统运行于全局最大功率点MPPg。


2.如权利要求1所述的适合光伏组件并联系统的MPPT控制器，其特征在于：所述fref()为不同光照条件下单个光伏组件最大功率点MPP的拟合曲线函数，或者是叠加电压或电流边界条件的不同光照条件下单个光伏组件最大功率点MPP的拟合曲线函数。


3.如权利要求1或2所述的适合光伏组件并联系统的MPPT控制器，其特征在于：所述电压/电流检测和处理模块包括电压检测电路、电流检测电路、模数转换电路和平均值计算器或数字滤波器，所述电压检测电路检测光伏组件并联系统的输出电压vin，所述电流检测电路检测光伏组件并联系统的输出电流iin，所述模数转换电路分别将电压检测电路和电流检测电路的模拟检测结果转换成原始的数字信号vin(k)和iin(k)，所述平均值计算器采用平均算法得到原始数字信号vin(k)和iin(k)的平均值，即数字信号Vin(k)和Iin(k)，所述数字滤波器将原始数字信号vin(k)和iin(k)滤波处理成数字信号Vin(k)和Iin(k)。


4.如权利要求3所述的适合光伏组件并联系统的MPPT控制器，其特征在于：所述平均算法采用算式和或者和m为正整数；所述数字滤波器是低通数字滤波器或带通数字滤波器。


5.如权利要求1或2所述的适合光伏组件并联系统的MPPT控制器，其特征在于：所述子控制器1包括函数运算器、交点判断器、参考电压发生器1和滞回比较器1，
所述函数运算器从并联MPP曲线族寄存器处提取光伏组件并联MPP曲线函数Irefj＝j×fref(Vin)，令函数输入变量Vin等于数字信号Vin(k)，求出函数输出变量Irefj，令电流参考值Irefj(k)等于函数输出变量Irefj，j的取值范围是1至n；
所述交点判断器比较电流参考值Irefj(k)和数字信号Iin(k)的大小，若数字信号Iin(k)和电流参考值Irefj(k)的差值ΔI的绝对值小于允许误差，则判断“找到了交点Crossj”，并将对应的Vin(k)和Iin(k)作为交点Crossj的电压值Vin_Crossj和电流值Iin_Crossj存入交点寄存器中，同时令参考电压发生...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈怡，莫晨飞，谢路耀，周丹，
申请(专利权)人：浙江工业大学之江学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33