一种光伏电源结构及最大功率跟踪控制方法技术

本发明专利技术公开了一种光伏电源结构及最大功率点跟踪控制方法，该光伏电源结构包括：光伏组件，BOOST电路，最大功率跟踪控制单元；光伏组件A、B的输出端分别接一个BOOST电路，两个BOOST电路的输出端串联后再并联一个电容，电容的后级通过并网系统并网；最大功率控制单元对两BOOST电路的输出电压进行比较，将差值通过PI调节器转化为相应的占空比，然后将占空比转化为相应的PWM波，来动态调节光伏组件的输出功率，最终使光伏组件稳定的工作在最大功率点。该方法控制简单，不需要电流传感器、存储器和微处理器，只需要简单的电路即可实现最大功率跟踪，能大幅度降低成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光伏发电
，涉及一种光伏电源结构及最大功率点跟踪控制方法。
技术介绍
能源是发展国民经济，提高人民生活水平的物质基础。随着经济社会的发展，传统化石能源日益减少，寻求新的能源来取代化石能源已成为能源发展的必然趋势。太阳能具有储量巨大，无需开采和运输，没有地域性限制等众多优点，因此在所有新能源发电中，太阳能发电地位突出，优势明显，具有重要的研究价值和广阔的应用前景。光伏发电是太阳能发电的主导。在光伏发电系统中，如何使光伏系统获得最大功率，提高整个系统的输出效率至关重要。要使光伏系统获得最大功率，首先得控制每个光伏组件工作在最大功率点。扰动观察法是传统的最大功率点跟踪控制方法，需要同时用到电流传感器和电压传感器，还需要用到存储器来存储对上一时刻的数据进行存储，电路结构复杂，成本高。而且当光照强度很低时，还容易失效。基于传统方案的不足，本专利技术提出。与扰动观察法相比，本方法只需要采样电压，电路结构简单，不需要电流传感器、存储器和微处理器，只需要简单的电路即可实现最大功率的跟踪控制，能大幅度降低成本。
技术实现思路
本专利技术提出了一种光伏电源结构及最大功率点跟踪控制方法，电路结构简单，成本低，能快速有效实现最大功率点的跟踪控制，大幅度降低成本。专利技术的技术解决方案如下:(1)A、B为型号相同的两光伏组件，它们工作于相邻位置，也可认为它们工作的外部环境相同，因此两组件的伏安特性曲线和最大功率点也大致相同。(2)两BOOST电路输出端采用串联结构，输出电流Iwt相等。光伏组件A的输出功率ΡΑ=υΑ*Ι_，组件B的输出功率PB=UB*Iwt，Ua和Ub分别为BOOST电路A和BOOST电路B的输出电压，因此比较光伏组件A、B的输出功率大小,只用比较Ua和Ub的大小。(3)控制光伏组件A、B输出电流为一个较小差值Λ I。由光伏组件的功率-电流曲线知，最大功率点处有dP/dI=0，写成差分形式[Ρ(Ι)-Ρ(Ι+Λ I)]/Λ 1=0，Λ I为一个较小值，当Ρ(Ι)=Ρ(Ι+ΛΙ)时，即认为光伏组件工作在最大功率点处。保持Α、Β两BOOST电路的占空比为D和D+AD，根据BOOST电路的输入与输出电流的关系Iin=Iwt/D，A、B两光伏组件的输出电流分别为U/D和Itjut/(D+AD)，A、B两组件电流差值Λ I=Ia-1b= Δ D*10Ut/[D(D+AD)] ^AD*10Ut/D2, ΛD为一较小正值，因此Λ I也为一个较小正值。(4)动态调节两BOOST电路的输出电压，使Ua=Ub,即光伏组件的工作在最大功率点。光伏组件A的输出电流始终比光伏组件B的输出电流大Λ I，因此组件A的工作点始终在组件B的右侧。对两BOOST电路的输出电压Ua和Ub进行采样，当UA>UB，此时A、B两组件同时工作在最大功率点的左侧，将它们的差值经PI调节器后，占空比D减小，光伏组件的输出电流增大，工作点向右移动，逐渐向峰值靠拢。当UA〈UB，此时A、B两组件同时工作在最大功率点的左侧，将他们的差值经PI调节器后，占空比增大，光伏组件的输出电流减小，工作点向左移动，逐渐向峰值靠拢。最终，组件A工作在峰值右侧，组件B工作在峰值左侧，Ua=Ub,两光伏组件的输出功率相等,可认为光伏组件工作于最大功率点处。Δ D值的大小决定了 ΛI值的大小，Λ I的大小决定了两光伏组件功率相等时与实际最大功率点的逼近程度。ΛD值越小，稳定工作时，光伏组件的工作点越接近于实际最大工作点，但相应的调节时间也越长。本专利技术的有益效果是:1) BOOST电路串联结构保证了输出电流相等，只需对电压进行采样和比较，不用计算出实际功率的大小，就能实现功率大小的比较，控制简单；2)不需要电流传感器、存储器和微处理器，只需要简单的电路就能实现最大功率的跟踪，成本低，结构简单；3) PI调节器加限幅，使其在光照强度很低时，也能很好的控制光伏组件工作在最大功率点。【附图说明】图1为光伏电源结构示意图图2为光伏组件功率-电流曲线图图3为两光伏组件三种不同的工作状态图4为光照强度lOOOw/m2温度为25°C时，本专利技术方案与传统扰动观察法输出功率曲线图(图a为本专利技术方案光伏组件输出功率曲线图，图b为为扰动观察法光伏组件输出功率曲线图)图5为光伏组件A、B外部环境短暂失配后，组件的工作状态(图a为光伏组件输出功率曲线图，图b为占空比曲线图)【具体实施方式】图1为光伏电源结构结构不意图。包括两光伏组件、两BOOST电路、一个最大功率跟踪控制单元。光伏组件的一端与2mH的电感一端相连，电感的另一端与IGBT的集电极和前向导通二极管正极连接，光伏组件的另一端与IGBT的发射极连接。BOOST电路A中的IGBT的发射极与BOOST电路B的前向导通二极管的负极连接，保证了 BOOST电路的输出电流U相等。BOOST电路A的前向导通二极管的负极与BOOST电路B中的IGBT的集电极之间接一个IOOOuF电容，电容后级通过并网系统并网。最大功率跟踪控制单元将两BOOST电路的输出电压作差，将差值通过PI调节器，转化为相应的占空比D，其中PI调节器的比例系数Kp=0.1，积分系数K1=KKL控制光伏组件A、B的占空比分别为D和D+ Λ D，PWM脉冲发生器根据占空比产生相应的脉冲，来动态调节光伏组件的工作点。由BOOST电路输入与输出电流的关系IinUD,则光伏组件A、B的输出电流分别为Iwt/D和Itjut/ (D+ Λ D)，A、B两组件电流差值Λ I=Ia-1b= AD*10Ut/[D(D+AD)]?AD*10Ut/D2，AD 取值 0.01。图2为光伏组件功率-电流曲线图，该图为一条开口向下的光滑曲线，由曲线知:最大功率点处有dP/dI=0，写成差分形式[Ρ(Ι)-Ρ(Ι+Λ I)]/Λ 1=0。Λ I为一较小值，Ρ(Ι)=Ρ(Ι+Λ I)时，即可认为光伏组件工作在最大功率点，且ΛΙ?*，Ρ(Ι)=Ρ(Ι+ΛΙ)时，光伏组件工作点越接近于实际的最大功率点。图3为两光伏组件三种不同的工作状态，由于光伏组件A的输出电流始终比组件B的电流大，所以组件A的工作点始终在组件B的右边。图a为两光伏组件都工作在最大功率点的左侧，输出功率PA>PB，因此BOOST电路的输出电压UA>UB，将Ub与Ua的差值经PI调节器后，占空比D减小，光伏组件的输出电流增大，工作点向右移动，逐渐向峰值靠拢。图b为两光伏组件都工作在最大功率点的右侧，输出功率PA〈PB，因此BOOST电路的输出电压UA〈UB，将Ub与Ua的差值经PI调节器后，占空比D增大，光伏组件的输出电流减小，工作点向左移动，逐渐向峰值靠拢。最终，两光伏组件的工作状态会稳定在图c所示的状态，即组件A工作在峰值右侧，组件B工作在峰值左侧，Pa=Pb，此时可认为光伏组件工作于最大功率点处。图4为光照强度lOOOw/m2温度为25°C时，本专利技术方案与传统扰动观察法性能对t匕。图a和图b分别为本方案与传统扰动观察法的功率-时间曲线。本方案稳定输出功率有效值为187W，扰动观察法输出功率有效值为181W。对比两个曲线图可知，本方案比扰动观察法调节速度快，稳态时的脉动小，这也使得本方案输出功率有效值比扰动观察法稍本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏电源结构及其最大功率点跟踪控制方法，该结构由A、B两个光伏组件、两个BOOST电路和一个最大功率跟踪控制单元组成，每个光伏组件输出端分别接一个BOOST电路，两BOOST电路输出端串联后再并联一个电容，电容的后级通过并网系统并网。

【技术特征摘要】
1.一种光伏电源结构及其最大功率点跟踪控制方法，该结构由A、B两个光伏组件、两个BOOST电路和一个最大功率跟踪控制单元组成，每个光伏组件输出端分别接一个BOOST电路,两BOOST电路输出端串联后再并联一个电容，电容的后级通过并网系统并网。2.根据权利要求1所述的光伏组件，其特征在于两光伏组件为相邻的光伏组件，可认为它们工作的外部环境相同，因此两光伏组件的伏安特性曲线和最大功率点也基本相同。3.根据权利要求书I所述的BOOST电路，其特征在于该BOOST电路由一个2mH的电感、一个IGBT和一个前向导通二极管组成；电感的一端与光伏组件的正极相连，另一端与IGBT的集电极和前向导通二极管的阳极相连，光伏组件的负极与IGBT的发射极相连；B00ST电路A中IGBT的发射极与BOOST电路B中二极管的阴极连接，BOOST电路A中二极管的阴极与BOOST电路B中IGBT的发射极之间接一个1000uF的电容。4.基于权利要求1所述的最大功率控制单元，其特征在于，通过一个加法器、一个PI调节器、一个限幅、一个PWM脉冲发生器来实现最大功率点跟踪控制；加法器用于计算两BOOST电路的输出电压差值，PI调节器对差值进行适当调理，使差值转变为相应的占空比D，所述PI调节器的比例系数为0.1，积分系数为100 ;限幅电路用于防止占空比过大而导致光伏组件工作于开路状态，限幅值为0.9*UMf/UA，其中Uref为光伏组件的开路电压，Ua为BOOST电路A的输出电压；PWM脉冲发生器将占空比值转化为对应的PWM脉冲，其载波频率为 IOKHz。5.权利要求1所述的最大功率点跟踪控制方法的原理及步骤: (1)A、B为型号和内部参数相同的两光伏组件，它们工作于相邻位置，也可认为它们工作的外部环境相同，因此两组间的伏安特性曲线和最大功率点也相同； (2)两BOOST电路输出采用串联结构，保证BOOST电路输出电流It...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣飞，赵志，刘仲钦，刘方荣，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：