光伏组件的最大功率点跟踪控制器及光伏组件系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种光伏组件的最大功率点跟踪控制器及具有该控制器的光伏组件系统，所述最大功率点跟踪控制器包括用以电压信号与电流信号采集的信号采集部分、用以将模拟信号转成数字信号的ＡＤＣ转换器、ＭＣＵ单片机（２３）、开关管及ＤＣ－ＤＣ网路。本实用新型专利技术的最大功率点跟踪控制器可以使得具有该控制器光伏组件系统准确、及时、有效地跟踪最大功率点，提高光伏组件的发电效率。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光伏发电
，尤其涉及光伏组件的最大功率点跟踪控制器 及使用该控制器的光伏组件系统。
技术介绍
在光伏组件中，由于环境条件(辐射强度、组件温度、环境温度、阴影遮挡、热斑 等)的变化，光伏组件的工作状态也在随时变化，要想取得阵列或组件对负载的最大功率 输出，必须对光伏组件进行实时状态条件下的最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,简称 MPPT)。MPPT控制的实质上是一个动态寻优过程，通过对光伏组件当前输出电压与电流的 检测，得到光伏组件的当前输出功率，将其与前一时刻功率相比较，然后根据比较结果，改 变工作点，使其向最大功率点不断靠近，如此反复，直至达到最大功率点附近的一个极小区 域内。目前，MPPT技术在光伏组件中已得到广泛应用。MPPT控制系统主要有软件控制和 由升压(Boost)或降压(Buck)电路组成的直流-直流(DC-DC)变换电路两部分组成。其 中软件控制对MPPT有至关重要的作用。目前的MPPT控制方式有多种，但基本控制方式主要有定电压跟踪法(CVT， Constant voltage Tracking)， ；动 Sfi iilj ^去(P&0，Perturbation and observation method)，电导增量法(Incremental conductance method)，其他的控制方式都是在以上三 种控制方式的基础上作了适当的改进。定电压跟踪法是利用光伏组件输出最大功率时的工作电压Um与开路电压Uoc存 在近似的比例关系这一特性进行控制的一种最大功率点跟踪控制方法。这种办法简单易 行，但对温度变化而导致功率浮动不能有效应对。因此只能粗略地跟踪，较少被采用。定电 压跟踪法的控制方法如下令 Um=a*Uoc (a=0. 70—0. 83)，若实际工作点在最大功率点左侧，若U=Um实际工作点在最大功率点，若实际工作点在最大功率点右侧。扰动观察法是通过不断调节MPPT电路的工作状态来比较电路调整前后光伏组件 输出功率和输出电压的变化情况，再根据变化情况调整MPPT电路的工作，最后使光伏组件 工作在最大功率点附近，MPPT电路在每个控制周期用较小的步长改变光伏组件的输出电压 或电流，可以是增加也可以是减小，然后，通过比较该周期前后光伏组件的输出功率，如果 输出功率增加，那么按照上一周期的方向继续改变；如果检测到输出功率减小，则向相反 的方向改变。这样，光伏阵列的实际工作点就能逐渐接近当前最大功率点，最终在其附近的 一个较小范围往复达到稳态。扰动观察法的控制方法如下若dP/dU< 0实际工作点在最大功率点右侧若dP/dU=0实际工作点在最大功率点若dP/dU>0实际工作点在最大功率点左侧电导增量法是对扰动观察法的改进。其控制思想与扰动观察法类似，也是利用dP/ du的方向进行最大功率点跟踪控制，只是光伏器件工作在最大功率点时控制有所不同。可以看出，以上方法的控制思想均基于以下条件1、I-U曲线的形态在最大功率点偏移时并无变化；2、I-U曲线仅存在一个极值点，且为最大功率点；事实上，光伏组件在受到遮挡或因某种原因产生热斑效应时。其曲线形态可能发 生较大的变化，曲线可能产生两个或两个以上的极值点，在这种情况下，用以上的跟踪方 法，就不能完成对最大功率点跟踪，只能跟踪靠近系统状态变化前最大功率点的那个极值 点，而这个极值点在具有多极值点的I-U曲线上并不一定是最大功率点，从而使以上跟踪 方法可能失效。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种光伏组件的最大功率点跟踪控制器，使得最大功 率点跟踪准确。为实现以上技术目的，本技术采用如下技术方案一种光伏组件的最大 功率点跟踪控制器，包括用以电压信号与电流信号采集的信号采集部分、用以将模拟信号 转成数字信号的ADC转换器、MCU单片机、开关管及DC-DC网路。作为本技术的方法进一步改进，所述信号采集部分包括用以采集电压信号的 分压电阻。作为本技术的方法进一步改进，所述信号采集部分包括电流信号的霍尔电流 传感器。本技术的目的在于提供一种具有最大功率点跟踪控制器的光伏组件系统，使 得光伏组件可以工作在最大功率点。为实现以上技术目的，本技术采用如下技术方案一种具有最大功率点 跟踪控制器的光伏组件系统，其包括光伏组件、最大功率点跟踪控制器、DC-DC变换器及负 载，所述最大功率点跟踪控制器包括用以电压信号与电流信号采集的信号采集部分、用以 将模拟信号转成数字信号的ADC转换器、MCU单片机、开关管及DC-DC网路。作为本技术的方法进一步改进，所述信号采集部分包括用以采集电压信号的 分压电阻。作为本技术的方法进一步改进，所述信号采集部分包括电流信号的霍尔电流 传感器。相较于现有技术，本技术的最大功率点跟踪跟踪控制器及具有最大功率点跟 踪控制器的光伏组件系统可以准确、及时、有效地跟踪最大功率点，提高光伏组件的发电效率。附图说明图1是光伏组件的特性曲线图。图2是温度为25摄氏度不同光照强度下的光伏组件的I-U特性曲线图。图3是多极值点的I-U特性曲线图。图4是多极值点的P-U特性曲线图。图5是第一实施例的光伏组件的最大功率点跟踪方法控制流程图。图6是第二实施例的光伏组件的最大功率点跟踪方法控制流程图。图7是本技术光伏组件的结构示意图。图8是本技术光伏组件的MPPT控制器的结构示意图。具体实施方式如图1所示，其显示了光伏组件的特性曲线，从图1中可以看出，光伏组件伏安I/U 特性曲线具有强烈的非线性，它既非恒电压源，也非恒电流源，也不可能为负载提供任意大 的功率P，是一种非线性直流电源，其输出电流在大部分工作电压范围内近似恒定，在接近 开路电压时，电流下降率很大。光伏组件存在一个开路电压值Uoc及一个短路电流值I sc。 光伏组件理论上存在一个最大功率点功率值Rn，此时对应一个最大功率点电压值Um及最 大功率点电流值加。如图2所示，其显示了在温度为25摄氏度的情况下，不同光照强度下的光伏组件 的I-U特性曲线图，从图2中可以看出，随着光照强度的增大，最大功率值也在增大。如图3及图4所示，在光伏组件的实际使用中，可能存在多个功率点峰值的情况， 在本实施例中，仅画出两个峰值Riil及Rii2作为示意。请参图5所示，是第一实施例的光伏组件10的最大功率点跟踪方法，该方法主要 有两大控制策略完成，其中第一控制策略为用第一步长值Z Ul在一定范围内搜寻，以确定 出近似的最大功率点IV，并确定出对应的电压值^1’ ；第二控制策略为用小于第一步长值 」Ul的第二步长值Z U2在近似最大功率点P’ m附近精确跟踪，从而确定光伏组件10的最 大功率点P’ m。 所述第一控制策略包括如下步骤1. 1检测光伏组件10的开路电压Uoc ；1.2确定检测范围，在本实施例中，一定范围为起始电压值为0，终止电压值为 Uoc ；1. 3确定第一步长值」U1，在本实施例中，第一步长值」Ul的取值范围为l%Uoc 的至 10%Uoc ；1. 4令电压值Ul=O ；令近似最大功率值P’ m=0 ；1. 5检测此电压值Ul对应的输出电流，计算出此电压值Ul本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种光伏组件的最大功率点跟踪控制器（２０），其特征在于，包括用以采集电压信号与电流信号的信号采集部分（２１）、用以将模拟信号转成数字信号的ＡＤＣ转换器（２２）、ＭＣＵ单片机（２３）、开关管（２４）及ＤＣ－ＤＣ网路（２５）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：闫广川，
申请(专利权)人：阿特斯中国投资有限公司，常熟阿特斯阳光电力科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]