CN101692599B

CN101692599B - 光伏发电系统最大功率点跟踪的阻抗匹配控制方法

Info

Publication number: CN101692599B
Application number: CN 200910075670
Authority: CN
Inventors: 郑颖楠
Original assignee: Yanshan University
Current assignee: Yanshan University
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: CN101692599A

Abstract

本发明公开了一种光伏发电系统最大功率点跟踪(Maximum Power PointTracking简称MPPT)的阻抗匹配控制方法(Impedance Matching Control简称IMC)，其特征是：在光伏电池与功率变换器之间连接电压检测器和电流检测器，电压检测器检测到的电压信号和电流检测器检测到的电流信号送入信号处理单元，信号处理单元计算并产生控制信号送入功率变换器，对功率变换器控制，完成使光伏电池处于最大功率输出状态的目的。由于本方法构造简单，并且总能够使功率变换器快速跟踪光伏电池的最大输出能力，因此有响应速度快、稳态跟踪性能高的特点。

Description

光伏发电系统最大功率点跟踪的阻抗匹配控制方法

技术领域

本发明涉及一种利用太阳光伏电池发电的最大功率点跟踪控制技术，属于太阳能电源技术领域。

技术背景

太阳能电源作为一种清洁能源被广泛开发使用。太阳能电源的发电过程中由于日照强度和环境温度的影响，需要经过一个功率变换器的适当调节才能实现太阳光伏电池最佳发电工作状态，这就是最大功率点跟踪技术，简称MPPT技术。已经有许多种MPPT专利技术问世，特点不一，但基本特征都是追求逼近光伏电池最佳工作状态的快速性和准确性。

发明内容

为了提高光伏电池的利用率，本发明提供了一种使用数字电路实现的光伏发电系统最大功率点跟踪控制方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在光伏电池(PV)与功率变换器(PC)之间连接电压检测器(Sv)和电流检测器(Si)，电压检测器(Sv)检测到的电压信号(V)和电流检测器(Si)检测到的电流信号(I)送入信号处理单元(SP)，信号处理单元(SP)计算并产生控制信号(U)送入功率变换器(PC)实现功率变换器输入阻抗的快速调节，使功率变换器输入阻抗总能快速跟踪光伏电池的动态内阻，实现使光伏电池处于最大功率输出状态的目的。

本发明的有益效果是：(1)采用本发明提出的信号处理方法可以使光伏电池和功率变换器的阻抗实现快速匹配，也就实现了快速MPPT特性，从而克服了许多已有技术或者快速性不理想，或者在光伏电池最佳工作点附近存在震荡现象，具有更小的静态误差，有效提高光伏电池设备利用率，获得更好的经济效益。(2)本发明的另外一个有益效果是本方法不受光伏电池和功率变换器容量、性能、日照强度和环境温度等因素限制，总能使光伏电池和功率变换器自动快速运行于匹配状态。

本发明涉及的算法中乘、除法稍多。但是总的程序运算量不大，程序也不复杂，从成本效益角度是可取的。特别是数字运算器件性能日渐上升，成本逐渐下降，已经和模拟器件相差无几，本方法更具优越性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

在本光伏发电系统中，信号处理单元是实现最大功率点跟踪的核心部分。图1是光伏发电系统的各功能单元的连接图，图2是具体实施方式1的信号处理单元的处理流程图，图3是具体实施方式2的信号处理单元的流程示意图。

在图2和图3中，D1、D2是差分器；D3、D4是除法器；A是加法器；D5是调节器；Δv_k是电压信号V的差分值；Δi_k是电流信号I的差分值；V是电压检测器的检测信号；I是电流检测器的检测信号U是信号处理单元输出的信号，在图2中的U是开关量信号；图3中的U是模拟量信号。

具体实施方式1

按照图1的系统连接，信号处理单元(SP)采用数字器件实现如图2。在光伏电池(PV)与功率变换器(PC)之间连接电压检测器(Sv)和电流检测器(Si)，电压检测器(Sv)检测到的电压信号(V)和电流检测器(Si)检测到的电流信号(I)送入信号处理单元(SP)，信号处理单元(SP)计算并产生控制信号(U)送入功率变换器实现对功率变换器的控制，完成使光伏电池处于最大功率输出状态的目的。

信号处理单元(SP)包含模数转换器(A/D)，使用软件程序实现的两个差分器(D1)、(D2)，以软件程序实现的两个除法器(D3)、(D4)，以软件程序实现的加法器(A)，以软件程序实现的调节器(D5)和以软件程序控制实现的脉冲宽度调制器(PWM)。信号处理单元实现如下步骤：使用信号处理单元(SP)中的模数转换器(A/D)对检测到的光伏电池电压信号(V)和电流信号(I)完成模拟量到数字量的转换，使用差分器(D1)对转换成数字量的光伏电池电压信号(V_k)做差分运算，同时使用另一个差分器(D2)对转换成数字量的光伏电池输出的电流信号(I_k)做差分运算，使用除法器(D3)将电压差分后的信号(Δv_k)除以电流差分后的信号(Δi_k)，使用除法器(D4)将由模数转换器(A/D)转换的数字电压信号(V_k)除以由模数转换器(A/D)转换的数字电流信号(I_k)，用加法器(A)将除法器(D3)得到的信号和除法器(D4)得到的信号相加，以上信号处理运算实现的算式是：

e_{k} = \frac{V_{k}}{I_{k}} + \frac{{Δv}_{k}}{{Δi}_{k}}

加法器(A)的相加结果(e_k)经过调节器(D5)得到的控制信号由数字脉冲调制器(PWM)发出开关量控制信号(U)控制功率变换器(PC)实现对光伏电池最大功率点跟踪目的。

具体实施方式2

按照图1的系统连接，信号处理单元(SP)采用数字器件实现如图3。在光伏电池(PV)与功率变换器(PC)之间连接电压检测器(Sv)和电流检测器(Si)，电压检测器(Sv)检测到的电压信号(V)和电流检测器(Si)检测到的电流信号(I)送入信号处理单元(SP)，信号处理单元(SP)计算并产生控制信号(U)送入功率变换器实现对功率变换器的控制，完成使光伏电池处于最大功率输出状态的目的。

信号处理单元(SP)包含模数转换器(A/D)，数模转换器(D/A)，使用软件程序实现的两个差分器(D1)、(D2)，以软件程序实现的两个除法器(D3)、(D4)，以软件程序实现的加法器(A)，以软件程序实现的调节器(D5)。信号处理单元实现如下步骤：使用信号处理单元(SP)中的模数转换器(A/D)对检测到的光伏电池电压信号(V)和电流信号(I)完成模拟量到数字量的转换，使用差分器(D1)对转换成数字量的光伏电池电压信号(V_k)做差分运算，同时使用另一个差分器(D2)对转换成数字量的光伏电池输出的电流信号(I_k)做差分运算，使用除法器(D3)将电压差分后的信号(Δv_k)除以电流差分后的信号(Δi_k)，使用除法器(D4)将由模数转换器(A/D)转换的数字电压信号(V_k)除以由模数转换器(A/D)转换的数字电流信号(I_k)，用加法器(A)将除法器(D3)得到的信号和除法器(D4)得到的信号相加，以上信号处理运算实现的算式是：

e_{k} = \frac{V_{k}}{I_{k}} + \frac{{Δv}_{k}}{{Δi}_{k}}

加法器(A)的相加结果(e_k)经过调节器(D5)得到的控制信号由数模转换器(D/A)转换成模拟信号(U)控制功率变换器(PC)实现对光伏电池最大功率点跟踪目的。

Claims

1.一种光伏发电系统最大功率点跟踪的阻抗匹配控制方法，在光伏电池(PV)与功率变换器(PC)之间连接电压检测器(Sv)和电流检测器(Si)，电压检测器(Sv)检测到的电压信号V和电流检测器(Si)检测到的电流信号I送入信号处理单元(SP)，信号处理单元(SP)对检测的电压信号和电流信号做差分计算并产生控制信号U送入功率变换器(PC)，其特征是：所述的信号处理单元(SP)包含模数转换器(A/D)，使用软件程序实现的两个差分器(D1)、(D2)，以软件程序实现的两个除法器(D3)、(D4)，以软件程序实现的加法器(A)，以软件程序实现的调节器(D5)和以软件程序控制实现的脉冲宽度调制器(PWM)，信号处理单元实现如下步骤：使用信号处理单元(SP)中的模数转换器(A/D)对检测到的光伏电池电压信号(V)和电流信号(I)完成模拟量到数字量的转换；使用差分器(D1)对转换成数字量的光伏电池电压信号(V_k)做差分运算，同时使用另一个差分器(D2)对转换成数字量的光伏电池输出的电流信号(I_k)做差分运算；使用除法器(D3)将电压的差分后的信号(Δv_k)除以电流差分后的信号(Δi_k)；使用除法器(D4)将由模数转换器(A/D)转换的数字电压信号(V_k)除以由模数转换器(A/D)转换的数字电流信号(I_k)；用加法器(A)将除法器(D3)得到的信号和除法器(D4)得到的信号相加，以上信号处理运算实现的算式是：

e_{k} = \frac{V_{k}}{I_{k}} + \frac{Δ v_{k}}{Δ i_{k}}

2.根据权利要求1所述光伏发电系统最大功率点跟踪的阻抗匹配控制方法，其特征是：所述的信号处理单元(SP)包含模数转换器(A/D)，数模转换器(D/A)，使用软件程序实现的两个差分器(D1)、(D2)，以软件程序实现的两个除法器(D3)、(D4)，以软件程序实现的加法器(A)，以软件程序实现的调节器(D5)，信号处理单元实现如下步骤：使用信号处理单元(SP)中的模数转换器(A/D)对检测到的光伏电池电压信号(V)和电流信号(I)完成模拟量到数字量的转换；使用差分器(D1)对转换成数字量的光伏电池电压信号(V_k)做差分运算，同时使用另一个差分器(D2)对转换成数字量的光伏电池输出的电流信号(I_k)做差分运算；使用除法器(D3)将电压的差分后的信号(Δv_k)除以电流差分后的信号(Δi_k)；使用除法器(D4)将由模数转换器(A/D)转换的数字电压信号(V_k)除以由模数转换器(A/D)转换的数字电流信号(I_k)；用加法器(A)将除法器(D3)得到的信号和除法器(D4)得到的信号相加，以上信号处理运算实现的算式是：

e_{k} = \frac{V_{k}}{I_{k}} + \frac{Δ v_{k}}{Δ i_{k}}

加法器(A)的相加结果(e_k)经过调节器(D5)得到的控制信号由数模转换器(D/A)转换成模拟量控制信号(U)控制功率变换器(PC)实现对光伏电池最大功率点跟踪目的。