基于直流调压充电电路稳定的光伏阵列最大功率点跟踪法制造技术

本发明专利技术涉及独立光伏发电系统用的最大功率点跟踪方法，属于光伏发电技术领域。本发明专利技术所述的光伏阵列利用Ｂｕｃｋ电路对蓄电池充电的控制系统，提出了利用功率对电压的微分值直接控制Ｂｕｃｋ充电电路中ＭＯＳＦＥＴ开关管的占空比，实现光伏阵列在照度及环境温度变化的条件下任能保持最大功率输出，对蓄电池进行优化快速充电。该最大功率跟踪算法的优点是简单直接有效，当光照强度突增或者空中一朵云飘过来时，应用该方法能够使系统做到快速响应，能够及时使系统锁定运行在最大功率工作点，从而有效地阻止了能量损失，提高了系统的效率，间接地降低了系统的成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种稳定快速实现光伏阵列最大功率跟踪的光伏充电技术，属于独立的光伏发电系统控制技术应用领域。
技术介绍
独立光伏发电系统自带储能环节，不需与电网相连就可以提供持续的电能输出，因此在高压钠灯、LED灯应用蓄电池充电等场合得到逐渐应用。 太阳能光伏阵列输出功率与电压、输出电流与电压的电气特性具有强非线性特征，其输出功率受光照强度、环境温度和负载情况的影响。即使在同一光照强度和环境温度下，因为负载的不同太阳能光伏阵列的输出功率也不相同，但是只有在某一负载条件下，太阳能电池阵列的输出功率才能达到最大值。不管光照强度以及环境温度如何变化，通过调节负载使光伏阵列工作在最大功率点，这种方法我们称之为最大功率追踪(MaximumPowerPoint Tracking, MPPT)。 在高压钠灯或LED灯等照明系统中，蓄电池充电技术是关键，在白天利用光伏阵列发出的电能对蓄电池进行充电，晚上利用蓄电池作为高压钠灯、LED灯的照明电源。 一个好的蓄电池充电控制技术不但能延长蓄电池的使用周期而且经常能使蓄电池处于满充状态，能够对太阳能发出的电能进行很好的利用，使整个系统运行在各种工况下的最佳状态。 目前应用于太阳能光伏阵列充电的最大功率跟踪技术有常压法、一阶爬山法、电导调制方法等，这些方法一般需要两个控制环，其中一个控制环用以控制光伏阵列的输出电压或输出电流，另一个控制环控制充电电路的占空比，这两个控制环之间必然存在一些相互影响，从而会造成一些额外功率的损失。还有一种最大功率跟踪方法是根据光伏阵列发出功率的变化方向直接决定BUCK充电电路的占空比，该方法虽然控制简单，但是在实际应用中该方法并不稳定，难以做到光伏阵列稳定运行在最大功率点。 当光伏阵列稳定运行在最大功率点时，其显著特征就是功率对电压的微分dP/dV=0。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种直接有效的最大功率点跟踪控制算法(MaximumPowerPoint Tracking,MPPT)使光伏阵列在不同的光照及环境温度变化的条件下输出最大功率，对蓄电池进行优化充电，提高光伏阵列的转换效率，间接地降低系统成本； 本专利技术的特点在于采用定点型数字信号处理器，应用C语言编写最大功率点跟踪算法，实现光伏阵列在照度及温度变化的条件下保持最大功率输出，对蓄电池进行优化快速充电。 步骤(1).利用数字信号处理器采集光伏阵列当前时刻的直流母线电压Vn，直流母线电流In，以及蓄电池两端的电压Vbat。 步骤(2).判断蓄电池端电压V^是否超过最大限幅电压值V^，如果已经超过3Vmax，即刻停止对蓄电池进行充电，阻止对蓄电池过冲。如果蓄电池端电压未达到V^，进行下一步计算。 步骤(3).利用所测得的直流母线电压Vn和In计算出当前时刻光伏阵列输出功率Pn，然后再计算当前时刻的输出功率Pn与记录下来的前一时刻的输出功率Pp的差值AP，同时计算当前时刻电压Vn与前一时刻记录下来的Vp差值A V。 步骤(4).计算AP/AV值，并根据其值进行判断 若，AP/AV > O，则识别方向标志Sign置-l ; 若，AP/A V < O，则识别方向标志Sign置1 ; 若，AP/A V = O，则识别方向标志Sign置0 ; 步骤(5).根据步骤(4)的判断结果，按照下述公式计算当前时刻的D^(k): Dref (k) = Dref (k-1) +T X Sign 其中T为固定步长值，该值的大小根据数字处理器处理字长的范围以及设定的AD采样速度进行合理设置。 步骤(6).利用步骤(5)计算所得占空比，由数字信号处理器形成一路P丽脉冲，经驱动接口电路接入BUCK电路的开关器件MOSFET的门极电路，从而完成对蓄电池优化充电过程。附图说明 图1.图2.图3.图4.图5.光伏电池阵列功率电压曲线以及最大功率跟踪曲线。实施本算法的光伏阵列最大功率跟踪示意图。光伏阵列BUCK充电电路控制系统结构图。本专利技术所述的最大功率点跟踪算法控制流程图。应用本算法所得到光伏阵列输出功率与电压随照度变化的曲线。具体实施例方式如图3所示，本专利技术所述的应用该最大功率点跟踪技术的独立光伏发电系统包括 1)太阳能电池阵列太阳能电池阵列是独立光伏发电系统的输入，为整个系统提供电能。在白天光照条件下，太阳能电池将所接收的光能转换为电能，经充电电路对蓄电池充电；天黑后，太阳能电池停止工作，输出端开路。2)直流母线输入电容主要起一定的滤波作用。 3)蓄电池作为独立光伏发电系统的储能环节，白天蓄电池将太阳能电池输出的电能转换为化学能储存起来，到夜间再转换回电能输出到负载。智能控制器的电源由蓄电池供给。 4)BUCK电路作为电能变换环节，应用本专利技术所提的算法通过调整驱动占空比改变光伏阵列输出端负载特性，达到跟踪光伏阵列最大功率工作点的目的。 5)输出滤波电感及输出电容降低Buck变换器输出电压纹波。权利要求具有简单直接稳定的最大功率跟踪技术的光伏阵列Buck充电控制系统，其特征是(1)对蓄电池优化充电，防止对蓄电池过冲，延长了蓄电池使用周期；(2)在对蓄电池充电的过程中实现了光伏阵列的最大功率跟踪，其跟踪过程迅捷，并能稳定运行在最大功率工作点。2. 根据权利要求1所述的对蓄电池进行优化充电，防止对蓄电池过冲，延长了蓄电池 的使用周期，其特征是首先设定一个占空比的参考值，在每一次算法循环过程中，先测量 光伏阵列的输出电压、电流和蓄电池电压，判断当蓄电池电压是达到最大值后即停止对蓄 电池充电，阻止对蓄电池过冲。3. 根据权利要求1所，其特征是蓄电池电压未达到设定的最大值，然后计算光伏阵列 的输出功率并减去记录的前一步长的输出功率得到AP，同时计算当前光 伏阵列输出电压 与记录的前一步长输出电压的差值AV，采用定点算法计算AP/AV，当AP/AV大于0时， 说明光伏阵列工作在最大功率点的左边(也可说光伏阵列工作在电流源区)，判断方向标 志Sign置-1 ，减少占空比，使光伏阵列工作点靠近最大功率点；当AP/AV等于0时，方向 标志Sign置O，说明光伏阵列已经工作在最大功率工作点；光照强度或者环境温度发生变 化时，致使AP/AV小于0时，说明光伏阵列工作在最大功率点的右边(也可说光伏阵列工 作在电压源区)，方向标志Sign置l，增加占空比，快速地又将光伏阵列拉回到最大功率工 作点。所述蓄电池充电的过程中实现了光伏阵列的最大功率跟踪，其跟踪过程迅捷，并能稳 定运行在最大功率工作点。全文摘要本专利技术涉及独立光伏发电系统用的最大功率点跟踪方法，属于光伏发电
本专利技术所述的光伏阵列利用Buck电路对蓄电池充电的控制系统，提出了利用功率对电压的微分值直接控制Buck充电电路中MOSFET开关管的占空比，实现光伏阵列在照度及环境温度变化的条件下任能保持最大功率输出，对蓄电池进行优化快速充电。该最大功率跟踪算法的优点是简单直接有效，当光照强度突增或者空中一朵云飘过来时，应用该方法能够使系统做到快速响应，能够及时使系统锁定运行在最大功率工作点，从而有效地阻止了能量损失，提高了系统的效率，间接地降低了系统的成本。文档编号H02J7/00GK101777777SQ200910000650公开日2010年7月14日 申请日期2本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有简单直接稳定的最大功率跟踪技术的光伏阵列Ｂｕｃｋ充电控制系统，其特征是：（１）对蓄电池优化充电，防止对蓄电池过冲，延长了蓄电池使用周期；（２）在对蓄电池充电的过程中实现了光伏阵列的最大功率跟踪，其跟踪过程迅捷，并能稳定运行在最大功率工作点。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周德佳，
申请(专利权)人：周德佳，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]