本发明专利技术涉及一种太阳能最大功率点跟踪系统及其实现方法，系统电路由前端状态检测电路、开关电路、控制器、后端状态检测电路、后端信号调理电路、扰动步长发生器、扰动周期发生器和前端信号调理电路构成；采用了变周期变步长扰动的控制方法，可以将控制器、数据采集电路和逻辑控制电路设计成为一个集成电路，采用高效率的简单控制软件来实现，具有电路结构简单，软件算法简单等特点，能够降低系统本身的电源功耗，具有低功耗、高效率的特点；同时本发明专利技术实现了太阳电池最大功率点跟踪和负载跟踪的控制方法，能够提供负载保护，特别适合于一些中小规模的太阳能蓄电池充电电路和独立运行的太阳电池电站。
【技术实现步骤摘要】
专利技术涉及光伏发电
，，特别涉及一种，系统具有变周期变步长进行扰动观察对太阳电池最大功率点进行跟踪的功能， 能够简化太阳能发电系统的硬件与软件开销，降低功率变换电路的动态功耗，可用于太阳能电池独立发电系统、并网发电系统等。
技术介绍
太阳能是一种洁净无污染的巨大能源，最大限度的开发利用太阳能将是人类科技发展的重要方向；由于全球性能源危机和环境保护的紧迫性，世界重大核事故的警示，使世界各国政府正在积极地推出一系列开发利用太阳能和其他新型可再生能源的鼓励性政策和法规；全球在光伏发电等新能源领域的投资正在呈现快速发展的趋势，包括政府投资、风险资本和私人股本等，该产业已经成为投资的热门领域；全球从事这一领域的科学研究和技术开发人员队伍不断壮大，远远超过了其他所有领域。目前我国已经成为太阳能光伏发电模组的产能大国，正处于市场发展和应用发展的关键阶段，因此自主开发专利技术，对发展我国光伏产业、新能源技术、分布式电网等相关技术与产业具有重要意义。实际上，由于太阳能电池属于半导体器件，具有明显的非线性特性，为了实现光伏发电系统输出功率的最大化，对工作中的太阳电池进行最大功率点跟踪，是太阳电池发电的关键技术之一。目前人们已经掌握了太阳电池最大功率点跟踪的原理，已经有多种太阳电池最大功率点跟踪方法被提了出来，如恒定电压控制法，扰动观测法，导纳增量法，模糊控制法，神经网络控制法，自适应控制法等等。但是太阳电池发电系统是一种比较复杂的系统，受到多种因素的影响，不仅与太阳电池本身有关，而且与发电系统的结构、功率转换电路的拓扑、负载类型以及负载的工作状态等有关。上面所述的各种方法，在实际应用中各有优缺点，如恒定电压控制法控制简单、稳定性好，但是控制精度差、适应性差；而模糊控制法控制精度高、动态和稳态性能好，但是算法复杂，需要复杂的CPU控制器，系统本身的成本与功耗增加。到目前为止还没有一种比较理想的太阳电池最大功率点跟踪技术。对实际的太阳电池发电系统分析，最大功率点跟踪的目的是在安全工作的前提下，最大限度的获取太阳电池发出的电能，所以结构简单、效率高、工作稳定、适应性的强的系统才能满足光伏发电系统需要。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为克服现有技术的不足，提出了一种变周期变步长的扰动观察最大功率点跟踪系统的设计方案与实现方法，在环境条件变化大的情况下能够快速跟踪太阳电池最大功率点，而在环境条件稳定的情况下，系统能够处于静态工作状态，有效降低自身耗电。从而简化电路结构，提高系统效率。本专利技术是通过这样的技术方案实现的一种太阳电池最大功率点跟踪系统，其特征在于，系统电路由前端状态检测电路、开关电路、控制器、后端状态检测电路、后端信号调理电路、扰动步长发生器、扰动周期发生器和前端信号调理电路构成；所述前端状态检测电路的输入端分别与外部太阳电池、外部环境温度传感器、外部光强传感器和控制器的一组数字输出端相连，其输出端与前端信号调理电路的输入端相连；所述前端信号调理电路的输入端与前端状态检测电路的输出端相连，其输出端分别与扰动周期发生器的模拟信号输入端和扰动步长发生器的模拟信号输入端相连；所述后端状态检测电路的输入端分别与开关电路的负载直流母线输出端、外部负载温度传感器和控制器的一组数字输出端相连，其输出端与后端信号调理电路的输入端相连；所述后端信号调理电路的输 入端与后端状态检测电路的输出端相连，其输出端与扰动周期发生器的模拟信号输入端相连；所述扰动周期发生器的模拟信号输入端分别与前端信号调理电路的模拟信号输出端和后端信号调理电路的模拟信号输出端相连，其数字控制信号端与控制器的一组数字控制信号端相连，数据总线DATA与控制器的数据总线相连，其输出端与扰动步长发生器的一个输入端相连；所述扰动步长发生器的模拟信号输入端与前端信号调理电路的模拟信号输出端相连， 其数字控制信号端与控制器的一组数字控制信号端相连，数据总线DATA与控制器的数据总线相连；控制器通过数据总线DATA读取扰动步长发生器内部扰动步长寄存器的内容；所述控制器的数字控制端口分别与前端状态检测电路的数字控制信号端、后端状态检测电路的数字控制信号端、扰动步长发生器的数字控制信号端、扰动周期发生器的数字控制信号端相连，其数据总线分别与扰动步长发生器和扰动周期发生器的数据总线DATA端相连，其控制输出端与开关电路的控制输入端相连；所述开关电路的控制输入端与控制器的控制输出端相连；电源输入端与外部太阳电池相连，其电源输出端与外部负载直流母线相连；所述的前端状态检测电路内部由调零校准电路、隔离电路和输出驱动电路组成；外部光强传感器、温度传感器和太阳电池输出的电压和电流信号通过调零校准电路以后，在隔离电路中分别经过独立的隔离器件进行隔离，然后经过输出驱动电路缓冲后输出到前端信号调理电路的模拟信号输入端；控制器输出的数字控制信号用来控制调零校准电路，实现对每一路模拟信号进行相互独立的调零和校准。所述的前端信号调理电路内部由低通滤波器和信号归一化处理电路组成；低通滤波器用于对采集的信号进行低通滤波，滤除高频干扰信号；信号归一化处理电路将光强信号、温度信号、光伏电池的电压信号和电流信号处理成为一种统一标准的O到3V电压信号， 输出到扰动周期发生器和扰动步长发生器的模拟信号输入端。所述的后端状态检测电路内部结构所述的前端状态检测电路内部结构相同；外部负载温度传感器和本系统输出的直流母线电压与电流信号经过调零校准、隔离和输出驱动电路以后输出到后端信号调理电路的输入端。所述的后端信号调理电路与前端信号调理电路内部结构相同；由低通滤波器和信号归一化处理电路组成；负载电路温度信号和本系统输出的直流母线电压与电流信号经过滤波和归一化处理以后，变成0-3V电压信号输出到扰动周期发生器的模拟信号输入端；所述的前端状态检测电路和前端信号调理电路处理四路独立的模拟信号，用于太阳电池最大功率点跟踪；而后端状态检测电路和后端信号调理电路处理三路独立的模拟信号，用于负载跟踪。所述的扰动周期发生器内部由多路选择器Α、模数转换电路Α、数据锁存器Α、数值比较器、周期设定逻辑电路、周期设定寄存器和系统存储器组成；多路选择器A的模拟信号输入端分别与前端信号调理电路的四个模拟信号输出端和后端信号调理电路的三个模拟信号输出端相连，其数字控制信号输入端C5、C6、C7与控制器的一组控制信号端口对应相连；多 路选择器A的输出端与模数转换电路A的模拟信号输入端相连，模数转换电路A的数字信号输入端C8、C9和一个数字信号输出端ClO与控制电路的一组控制信号端口相连，模数转换电路A的输出端分别与数值比较器的一组数据输入端和数据锁存器A的数据输入端相连；数据锁存器A的数据输出端与数值比较器的一组数据输入端相连，其地址控制端与控制器的一组控制信号端口相连，接收控制器的控制信号；数值比较器的输出端与周期设定逻辑电路的输入端相连；周期设定寄存器的输入端与周期设定逻辑电路的输出端相连， 其输出端与所述的扰动步长发生器的输入端E相连，数值比较器和周期设定寄存器通过数据总线DATA与控制器连在一起，控制器通过DATA总线可以把初始值写入周期设定寄存器， 也可以把模拟信号的极限保护值写入数值比较器内部的16单元数据锁存器中。所述的扰动步长发生器本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种太阳电池最大功率点跟踪系统，其特征在于，系统电路由前端状态检测电路（１）、开关电路（２）、控制器（３）、后端状态检测电路（４）、后端信号调理电路（５）、扰动步长发生器（６）、扰动周期发生器（７）和前端信号调理电路（８）构成；所述前端状态检测电路（１）的输入端分别与外部太阳电池、外部环境温度传感器、外部光强传感器和控制器（３）的一组数字输出端相连，其输出端与前端信号调理电路（８）的输入端相连；所述前端信号调理电路（８）的输入端与前端状态检测电路（１）的输出端相连，其输出端分别与扰动周期发生器（７）的模拟信号输入端和扰动步长发生器（６）的模拟信号输入端相连；所述后端状态检测电路（４）的输入端分别与开关电路（２）的负载直流母线输出端、外部负载温度传感器和控制器（３）的一组数字输出端相连，其输出端与后端信号调理电路（５）的输入端相连；所述后端信号调理电路（５）的输入端与后端状态检测电路（４）的输出端相连，其输出端与扰动周期发生器（７）的模拟信号输入端相连；所述扰动周期发生器（７）的模拟信号输入端分别与前端信号调理电路（８）的模拟信号输出端和后端信号调理电路（５）的模拟信号输出端相连，其数字控制信号端与控制器（３）的一组数字控制信号端相连，数据总线ＤＡＴＡ与控制器（３）的数据总线相连，其输出端与扰动步长发生器（６）的一个输入端相连；所述扰动步长发生器（６）的模拟信号输入端与前端信号调理电路（８）的模拟信号输出端相连，其数字控制信号端与控制器（３）的一组数字控制信号端相连，数据总线ＤＡＴＡ与控制器（３）的数据总线相连；控制器（３）通过数据总线ＤＡＴＡ读取扰动步长发生器（６）内部扰动步长寄存器的内容；所述控制器（３）的数字控制端口分别与前端状态检测电路（１）的数字控制信号端、后端状态检测电路（４）的数字控制信号端、扰动步长发生器（６）的数字控制信号端、扰动周期发生器（７）的数字控制信号端相连，其数据总线分别与扰动步长发生器（６）和扰动周期发生器（７）的数据总线ＤＡＴＡ端相连，其控制输出端与开关电路（２）的控制输入端相连；所述开关电路（２）的控制输入端与控制器（３）的控制输出端相连；电源输入端与外部太阳电池相连，其电源输出端与外部负载直流母线相连。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周锎，耿卫东，杜学伟，郑海华，吕前进，
申请(专利权)人：天津光电惠高电子有限公司，
类型：发明
国别省市：12
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