CN102437794A - 太阳能光伏mppt控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种太阳能光伏MPPT控制系统，其包括：连接在太阳能光伏电池的正极与负极之间的电池电压采样电路；阳极连接太阳能光伏电池正极的二极管D1，其阴极连接晶体管的漏极；与晶体管的源极连接的电流采样电路；与负载并联的负载电压采样电路；电池电压采样电路的输出端、电流采样电路的输出端和负载电压采样电路的输出端均连接控制器，由控制器输出PWM信号至晶体管的栅极，通过改变PWM信号的占空比来产生扰动电流，并控制扰动方向来控制太阳能光伏电池输出达到最大功率点。本发明避免了现有最大功率点跟踪技术存在的跟踪速度慢、在最大工作电压附近摆动的现象，实现太阳能光伏电池输出功率最大化。

Description

太阳能光伏MPPT控制系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能光伏充电控制技术，尤其是涉及一种太阳能光伏MPPT控制系统。
背景技术
新能源的开发和应用成为当今世界发展的必然趋势。太阳能是一种十分具有潜力的新能源，光伏发电是当前利用太阳能的主要方式之一。太阳能光伏发电对缓解能源危机和减少环境污染具有重要的意义，并具有广阔的应用前景。
由于光伏阵列的特性受日照强度(或辐射强度)和环境温度影响，逆变器还必须满足光伏阵列的运行要求。必须通过逆变器的调节使光伏阵列输出电压趋近最大功率点输出电压，以保证光伏阵列在最大功率点运行而获得最大能源。光伏电池的输出电压和输出电流随着日照强度和电池结温的变化具有强烈的非线性，因此在特定的工作环境下存在着一个唯一的最大功率输出点(Maximum Power Point，MPP)。
在实际的应用系统中，自然光的辐射强度及大气的透光率均处十动态变化中，为了在同样的日照强度和电池结温下获得尽可能多的电能，就存在着一个最大功率输出点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)的问题。
为了获得光伏电池的最大输出功率，需要在光伏电池与负载之间增加串联一级转换器。最大功率点跟踪控制技术就是用于控制中间串联的这级转换器，使其调整光伏电池的输出电压，在变化环境条件下依然使光伏电池输出电压始终跟踪当前环境所对应的最大功率点电压，从而实现光伏电池输出功率最大化技术。
传统的电压扰动法采用固定步长对光伏阵列输出电压进行扰动，存在工作电压在光伏阵列最大工作电压附近摆动的问题。如果选择的步长过小，则最大功率点跟踪的速度较慢；如果选择的步长过大，则工作电压在光伏阵列最大工作电压附近的摆动幅度大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷提供一种用于太阳能光伏发电系统的MPPT控制系统。
本发明采用如下技术方案实现：一种太阳能光伏MPPT控制系统，其包括：连接在太阳能光伏电池的正极与负极之间的电池电压采样电路；阳极连接太阳能光伏电池正极的二极管D1，其阴极连接晶体管的漏极；与晶体管的源极连接的电流采样电路；与负载并联的负载电压采样电路；电池电压采样电路的输出端、电流采样电路的输出端和负载电压采样电路的输出端均连接控制器，由控制器输出PWM信号至晶体管的栅极，通过改变PWM信号的占空比来产生扰动电流，通过测量扰动电流导致太阳能光伏电池输出功率和电压的变化，决定下一周期的扰动方向：当扰动方向正确时，太阳能光伏电池的输出功率增加，下周期继续朝同一方向扰动，反之，朝反方向扰动。
其中，电池电压采样电路包括串接在太阳能光伏电池的正极与负极之间的电阻R1和电阻R2，电阻R1和电阻R2的公共端为电池电压采样电路的输出端。
其中，电流采样电路包括串接晶体管源极的电感器，原边与电感器串接的变压器，变压器的副边连接控制器。
其中，负载电压采样电路包括串接在负载两端的电阻R3和电阻R4，电阻R3和电阻R4的公共端为负载电压采样电路的输出端。
其中，在太阳能光伏电池的负极与晶体管的源极之间串接二极管D2，其中二极管D2的阳极连接太阳能光伏电池的负极，而阴极连接晶体管的源极。
其中，太阳能光伏电池的正极与负极之间通过开关连接负载。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的有益效果在于避免了现有最大功率点跟踪技术存在的跟踪速度慢、在最大工作电压附近摆动的现象，实现太阳能光伏电池输出功率最大化。
附图说明
图1是本发明的原理示意图；
图2是本发明一个具体实施例的电路示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提出一种太阳能光伏MPPT控制系统，其包括：连接在太阳能光伏电池1正负极之间的电池电压采样电路3，用于对太阳能光伏电池1的输出电压采样；串接在太阳能光伏电池1正极的二极管D1和晶体管Q1，其中，二极管D1的阳极连接太阳能光伏电池1正极，二极管D1的阴极连接晶体管Q1的漏极，晶体管Q1的源极和衬底连接电流采样电路5，而晶体管Q1的栅极连接控制器4的输出端；太阳能光伏电池1正负极之间串接开关K1为负载2供电；与负载2并联的负载电压采样电路6，用于对输出到负载的电压进行采用；并且，电池电压采样电路3的输出端、电流采样电路5的输出端和负载电压采样电路6的输出端均连接控制器4，由控制器4输出脉冲宽度调制(PWM，PulseWidth Modulation)信号至晶体管Q1的栅极，通过改变PWM信号的占空比来产生扰动电流。
由于扰动电流的存在，太阳能光伏电池1的输出的电流和电压亦将随之变化(即电流采样电路5输出的采用电流、电池电压采样电路3输出的采样电压均随之变化)，通过测量扰动太阳能光伏电池1输出功率和电压的变化，以决定下一周期的扰动方向：当扰动方向正确时，太阳能光伏电池1的输出功率增加，下周期继续朝同一方向扰动(即下一周期的PWM的占空比与上一周期的PWM相同的减小或增大占空比)，反之，朝反方向扰动(若上一个周期是增大PWM的占空比，则下一个周期减小PWM的占空比，反之亦然)，如此，反复进行着扰动来控制太阳能光伏电池1输出达到最大功率点。
结合图2所示，在一个具体实施例中，电池电压采样电路3包括串接在太阳能光伏电池1正负极之间的电阻R1和电阻R2，电阻R1和电阻R2的公共端为电池电压采样电路3的输出端。电流采样电路5包括串接晶体管Q1源极的电感器L1，原边与电感器L1串接的变压器T1，其副边连接控制器4。负载电压采样电路6包括串接在负载2两端的电阻R3和电阻R4，电阻R3和电阻R4的公共端为负载电压采样电路6的输出端。
另外，在太阳能光伏电池1的负极与晶体管Q1的源极之间串接二极管D2，其中二极管D2的阳极连接太阳能光伏电池1的负极，而阴极连接晶体管Q1的源极。
经过试验证明，采用本发明太阳能光伏MPPT控制系统后，太阳能光伏电池1的输出功率将增加30-40％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种太阳能光伏MPPT控制系统，其特征在于，所述MPPT控制系统包括：
连接在太阳能光伏电池的正极与负极之间的电池电压采样电路；
阳极连接太阳能光伏电池正极的二极管D1，其阴极连接晶体管的漏极；
与晶体管的源极连接的电流采样电路；
与负载并联的负载电压采样电路；
电池电压采样电路的输出端、电流采样电路的输出端和负载电压采样电路的输出端均连接控制器，由控制器输出PWM信号至晶体管的栅极，通过改变PWM信号的占空比来产生扰动电流，通过测量扰动电流导致太阳能光伏电池输出功率和电压的变化，决定下一周期的扰动方向：当扰动方向正确时，太阳能光伏电池的输出功率增加，下周期继续朝同一方向扰动，反之，朝反方向扰动。
2.根据权利要求1所述太阳能光伏MPPT控制系统，其特征在于，电池电压采样电路包括串接在太阳能光伏电池的正极与负极之间的电阻R1和电阻R2，电阻R1和电阻R2的公共端为电池电压采样电路的输出端。
3.根据权利要求1所述太阳能光伏MPPT控制系统，其特征在于，电流采样电路包括串接晶体管源极的电感器，原边与电感器串接的变压器，变压器的副边连接控制器。
4.根据权利要求1所述太阳能光伏MPPT控制系统，其特征在于，负载电压采样电路包括串接在负载两端的电阻R3和电阻R4，电阻R3和电阻R4的公共端为负载电压采样电路的输出端。
5.根据权利要求1所述太阳能光伏MPPT控制系统，其特征在于，在太阳能光伏电池的负极与晶体管的源极之间串接二极管D2，其中二极管D2的阳极连接太阳能光伏电池的负极，而阴极连接晶体管的源极。
6.根据权利要求1-5任何一项所述太阳能光伏MPPT控制系统，其特征在于，太阳能光伏电池的正极与负极之间通过开关连接负载。
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