CN101710805A - 一种独立型光伏发电系统及跟踪其最大功率的工作方法 - Google Patents

一种独立型光伏发电系统及跟踪其最大功率的工作方法 Download PDF

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程德树
周雪松
李圣明
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宋代春
田密
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Abstract

一种独立型光伏发电系统，它是由太阳电池组件、直流变换器和蓄电池组成。一种跟踪独立型光伏发电系统最大功率的工作方法，其特征在于由以下步骤构成：构建独立型光伏发电系统，确定系统的组成；确定直流变换器的输入信号和输出信号；确定太阳电池组件的最大功率跟踪与直流变换器的作用关系；确定系统的最大功率跟踪的工作方案。本发明的优越性：(1)结构简单，带多样化负载；(2)采用最大功率跟踪方法能够提高太阳电池的工作效率，以保证向负载提供最大的电能；(3)同时在太阳电池和负载之间设置直流升压变换器，提升光伏电池输出电压，以满足负载对电压的需求。

Description

一种独立型光伏发电系统及跟踪其最大功率的工作方法
(一)技术领域：
本发明属于光伏发电和电力电子技术领域，特别是一种独立型光伏发电系统及跟踪其最大功率的工作方法。
(二)背景技术：
随着国家新能源发电战略的实施，光伏发电这种洁净能源的开发利用前景广阔，目前已经建立的有光伏并网发电系统和大型光伏电站，正在发展的光伏屋顶计划也受到了国家政策的大力扶持。光伏发电存在的问题是光伏电池的输出特性受外界环境影响较大，光照强度和温度对太阳电池的输出有比较大的影响，光伏电池不能总是输出最大功率，因此在太阳电池和负载之间设置直流变换器，用以实现对最大功率点的跟踪，保证太阳电池始终输出最大功率，提高光伏系统的整体工作效率。目前，对光伏系统的最大功率跟踪控制也有多种方案，如恒电压跟踪法，干扰观测法等，这些方法都具有一定的局限性，存在稳定状态下输出功率反复振荡的缺点。
(三)发明内容：
本发明的目的在于提供一种独立型光伏发电系统及跟踪其最大功率的工作方法，该系统在太阳电池组件和负载之间设置直流升压变换器，将蓄电池作为系统的负载，采取脉宽调制，通过改变PWM波的占空比来控制对蓄电池的充电，利用晶体管工作在开关状态，将太阳电池组件的直流输出信号变换成一个有可变占空比的方波信号来控制直流变换器，实现系统的最大功率跟踪控制。
本发明的技术方案：一种独立型光伏发电系统，其特征在于它是由太阳电池组件、直流变换器和蓄电池组成；太阳电池组件的输出端接直流变换器的输入端，直流变换器的输出端接蓄电池的输入端；所说的太阳电池组件由太阳电池单体串并联而成；所说的直流变换器采用Boost变换器，通过控制电压占空比来达到BOOST变换器的升压性能；所说的蓄电池作为负载，对太阳电池组件吸收的太阳能经过变换而成的电能进行存储。
一种跟踪独立型光伏发电系统最大功率的工作方法，其特征在于由以下步骤构成：
(1)构建独立型光伏发电系统，确定系统的组成；
(2)确定直流变换器的输入信号和输出信号；
(3)确定太阳电池组件的最大功率跟踪与直流变换器的作用关系；
(4)确定系统的最大功率跟踪的工作方案。
上述所说的步骤(2)中的直流变换器采取BOOST变换器，由电感、电容、开关器件、二极管等元器件构成，在电路中设置一个电感，使BOOST变换器工作在连续电流状态；所说的输入信号是指太阳电池组件输出的电压；所说的输出信号是指BOOST变换器的输出电压。
上述步骤(2)中的BOOST变换器具有2个工作状态：分别是电感的储能过程和稳压电容的充电过程。电感的储能过程是指当SW处于通态时，二极管截止，恒压源作用于电感两端，向电感充电，电感电流iL线性上升；稳压电容的充电过程是指当SW关断时，二极管快速导通，恒压源和电感共同向电容充电，并向负载提供能量。
上述所说的步骤(3)中的太阳电池组件的最大功率跟踪与BOOST变换器的作用关系为：利用晶体管工作在开关状态，将太阳电池组件的直流输出信号变换成一个有可变占空比的方波信号来控制直流变换器，改变太阳电池组件的等效负载。
上述步骤(3)中的直流变换器的开关调节采用脉宽调制，与太阳电池组件串联，通过调整脉冲宽度达到调整占空比，使太阳电池组件的输出阻抗与负载阻抗匹配，实现最大功率跟踪。
上述所说的步骤(4)中的最大功率跟踪是指通过实时检测太阳电池组件的输出电压和输出电流，并计算出输出功率，采取自主寻优的方式来制定相应的控制算法，来实现对太阳电池组件最大功率工作点的跟踪，从而充分发挥太阳电池的效能，提高系统的整理效率。
上述所说的步骤(4)中系统对太阳电池组件最大功率工作点的跟踪的具体方式为：首先每一秒钟采样一次太阳电池组件的输出电压和输出电流，通过比较太阳电池组件前后采样时间的输出电流增量与输出电压增量的比值，和当前时刻太阳电池组件的输出电流与电压的比值负数的大小，来对太阳电池组件的输出电压实施扰动，进行反复采样，当二者比值相等的时候，得到系统的最大功率。
本发明的工作原理为：独立性光伏发电系统由太阳电池组件、直流变换器、蓄电池构成。将蓄电池作为光伏发电系统的负载，利用晶体管工作在开关状态，将太阳电池组件的直流输出信号变换成一个有可变占空比的方波信号来控制直流变换器，来改变太阳电池组件的等效负载。直流变换器的开关调节采用脉宽调制，与太阳电池组件串联，通过调整脉冲宽度达到调整占空比，使太阳电池组件的输出阻抗与负载阻抗匹配，实现最大功率跟踪。
本发明的优越性和技术效果及有益效果在于：(1)独立型光伏发电系统具有结构简单，带多样化负载等特点；(2)由于太阳电池组件的输出功率比较小和发电效率比较低，独立性光伏发电系统采用最大功率跟踪方法能够提高太阳电池的工作效率，以保证向负载提供最大的电能；(3)同时在太阳电池和负载之间设置直流升压变换器，提升光伏电池输出电压，以满足负载对电压的需求。
(四)附图说明：
附图1本发明所涉一种独立型光伏发电系统的工作原理图。
其中：PV为光伏电池组件；V、I为光伏电池组件的输出电压和电流；MPPT为最大功率跟踪模块；L、SW、C、D这些元件组成直流升压变换器，分别是电感、开关器件、电容和二极管；SW为开关器件，可以是晶闸管或IGBT开关器件；蓄电池为光伏系统的负载。
附图2为本发明所涉一种独立型光伏发电系统及跟踪其最大功率的工作方法流程示意图。
其中：I、V为光伏电池输出的电压和电流；
Figure G2009102289513D00031
Figure G2009102289513D00032
为光伏电池增加的电导率和瞬时电导率；
Y、N为逻辑判断“满足条件”、“不满足条件”。
(五)具体实施方式：
实施例：一种跟踪独立型光伏发电系统(见图1)，其特征在于它是由太阳电池组件PV、直流变换器和蓄电池组成；太阳电池组件PV的输出端接直流变换器的输入端，直流变换器的输出端接蓄电池的输入端；所说的太阳电池组件PV由太阳电池单体串并联而成；所说的直流变换器采用Boost变换器，通过控制电压占空比来达到BOOST变换器的升压性能；所说的蓄电池作为负载，对太阳电池组件PV吸收的太阳能经过变换而成的电能进行存储。
一种跟踪独立型光伏发电系统最大功率的工作方法(见图2)，其特征在于至少包括以下步骤：
(1)构建独立型光伏发电系统(见图1)，确定系统的组成；
(2)确定直流变换器的输入信号和输出信号；所说的直流变换器采取BOOST变换器，由电感L、电容C、开关器件SW、二极管D等元器件构成，在电路中设置一个电感L，使BOOST变换器工作在连续电流状态；所说的输入信号是指太阳电池组件PV输出的电压；所说的输出信号是指BOOST变换器的输出电压；所说的BOOST变换器具有2个工作状态：分别是电感L的储能过程和稳压电容C的充电过程。电感C的储能过程是指当SW处于通态时，二极管D截止，恒压源作用于电感C两端，向电感C充电，电感电流iL线性上升；稳压电容C的充电过程是指当SW关断时，二极管D快速导通，恒压源和电感C共同向电容C充电，并向负载提供能量。
(3)确定太阳电池组件PV的最大功率跟踪与直流变换器的作用关系；所说的太阳电池组件PV的最大功率跟踪与BOOST变换器的作用关系为：利用晶体管工作在开关状态，将太阳电池组件PV的直流输出信号变换成一个有可变占空比的方波信号来控制直流变换器，改变太阳电池组件PV的等效负载；所说的直流变换器的开关调节采用脉宽调制，与太阳电池组件PV串联，通过调整脉冲宽度达到调整占空比，使太阳电池组件PV的输出阻抗与负载阻抗匹配，实现最大功率跟踪。
(4)确定系统的最大功率跟踪的工作方案；所说的最大功率跟踪是指通过实时检测太阳电池组件PV的输出电压V和输出电流I，并计算出输出功率，采取自主寻优的方式来制定相应的控制算法，来实现对太阳电池组件PV最大功率工作点的跟踪，从而充分发挥太阳电池的效能，提高系统的整理效率；所说的系统对太阳电池组件PV最大功率工作点的跟踪的具体方式为：首先每一秒钟采样一次太阳电池组件PV的输出电压V和输出电流I，通过比较太阳电池组件PV前后采样时间的输出电流增量与输出电压V增量的比值，和当前时刻太阳电池组件PV的输出电流与电压的比值负数的大小，来对太阳电池组件PV的输出电压V实施扰动，进行反复采样，当二者比值相等的时候，得到系统的最大功率。

Claims (8)

1.一种独立型光伏发电系统，其特征在于它是由太阳电池组件、直流变换器和蓄电池组成；太阳电池组件的输出端接直流变换器的输入端，直流变换器的输出端接蓄电池的输入端；所说的太阳电池组件由太阳电池单体串并联而成；所说的直流变换器采用Boost变换器，通过控制电压占空比来达到BOOST变换器的升压性能；所说的蓄电池作为负载，对太阳电池组件吸收的太阳能经过变换而成的电能进行存储。
2.一种跟踪独立型光伏发电系统最大功率的工作方法，其特征在于由以下步骤构成：
(1)构建独立型光伏发电系统，确定系统的组成；
(2)确定直流变换器的输入信号和输出信号；
(3)确定太阳电池组件的最大功率跟踪与直流变换器的作用关系；
(4)确定系统的最大功率跟踪的工作方案。
3.根据权利要求2所说的一种跟踪独立型光伏发电系统最大功率的工作方法，其特征在于所说的步骤(2)中的直流变换器采取BOOST变换器，由电感、电容、开关器件、二极管等元器件构成，在电路中设置一个电感，使BOOST变换器工作在连续电流状态；所说的输入信号是指太阳电池组件输出的电压；所说的输出信号是指BOOST变换器的输出电压。
4.根据权利要求3所说的一种跟踪独立型光伏发电系统最大功率的工作方法，其特征在于所说的BOOST变换器具有2个工作状态：分别是电感的储能过程和稳压电容的充电过程。电感的储能过程是指当SW处于通态时，二极管截止，恒压源作用于电感两端，向电感充电，电感电流iL线性上升；稳压电容的充电过程是指当SW关断时，二极管快速导通，恒压源和电感共同向电容充电，并向负载提供能量。
5.根据权利要求2所说的一种跟踪独立型光伏发电系统最大功率的工作方法，其特征在于所说的步骤(3)中的太阳电池组件的最大功率跟踪与BOOST变换器的作用关系为：利用晶体管工作在开关状态，将太阳电池组件的直流输出信号变换成一个有可变占空比的方波信号来控制直流变换器，改变太阳电池组件的等效负载。
6.根据权利要求5所说的一种跟踪独立型光伏发电系统最大功率的工作方法，其特征在于所说的直流变换器的开关调节采用脉宽调制，与太阳电池组件串联，通过调整脉冲宽度达到调整占空比，使太阳电池组件的输出阻抗与负载阻抗匹配，实现最大功率跟踪。
7.根据权利要求2所说的一种跟踪独立型光伏发电系统最大功率的工作方法，其特征在于所说的步骤(4)中的最大功率跟踪是指通过实时检测太阳电池组件的输出电压和输出电流，并计算出输出功率，采取自主寻优的方式来制定相应的控制算法，来实现对太阳电池组件最大功率工作点的跟踪，从而充分发挥太阳电池的效能，提高系统的整理效率。
8.根据权利要求7所说的一种跟踪独立型光伏发电系统最大功率的工作方法，其特征在于所说的独立型光伏发电系统对太阳电池组件最大功率工作点的跟踪的具体方式为：首先每一秒钟采样一次太阳电池组件的输出电压和输出电流，通过比较太阳电池组件前后采样时间的输出电流增量与输出电压增量的比值，和当前时刻太阳电池组件的输出电流与电压的比值负数的大小，来对太阳电池组件的输出电压实施扰动，进行反复采样，当二者比值相等的时候，得到系统的最大功率。
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