CN102854912A - 一种双路mppt跟踪装置及方法 - Google Patents

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本发明涉及一种双路MPPT跟踪装置及方法，所述跟踪装置包括控制电路和控制系统，所述控制电路包括两个太阳能电池板和逆变器，所述两个太阳能电池板与逆变器之间各设有一个直流开关和一个BOOST升压电路；所述两个BOOST升压电路为两级式拓扑结构，BOOST升压电路末端与逆变器连接处设有滤波电路。本发明的有益效果为：本双路MPPT跟踪装置采用双路MPPT协同控制，同时跟踪两路PV源，以扩展到多路PV源的最大功率点跟踪领域，解决了跟踪精度和跟踪速度的矛盾，以及可能出现的误判现象。

Description

一种双路MPPT跟踪装置及方法
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种双路MPPT跟踪装置及方法。
背景技术
随着数字信号处理器和高精度传感器技术的发展，不断有新的MPPT（最大功率点追踪）方法被提出和研究，讨论最多的包括扰动观测法、电导增量法、模糊控制方法、神经元网络分析法等，他们实现MPPT控制的基本原理都是类似的，但是现在一般最大功率点跟踪都是采用单路控制，这些方法在实际使用中的使用方式以及使用效果上都存在局限性，不能满足实际应用的需要。因此针对其跟踪精度和跟踪速度的矛盾，以及可能出现的误判现象，需要提出变步长和间歇扰动判断的改善措施。
发明内容
本发明的技术解决问题是：采用双路MPPT协同控制，同时跟踪两路PV源，此控制方法可以扩展到多路PV源的最大功率点跟踪等领域。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
本发明所述的一种双路MPPT跟踪装置，包括控制电路和控制系统，所述控制电路包括两个太阳能电池板和逆变器，所述两个太阳能电池板与逆变器之间各设有一个直流开关和一个BOOST升压电路；所述两个BOOST升压电路为两级式拓扑结构，BOOST升压电路末端与逆变器连接处设有滤波电路；所述控制系统包括DSP控制平台，所述DSP（数字信号处理）控制平台连接有保护模块、采样调理模块和电平转换模块，所述电平转换模块连接有I/O信息模块和驱动模块。
本发明所述的一种双路MPPT跟踪方法，包括以下步骤：
1）在DSP控制平台中加入电压滞环带的控制程序；
2）启动BOOST电路以及双路MPPT跟踪装置，并计算下一时刻电压工作点的工作电压，若工作电压高于380V，则系统封锁Boost电路的PWM（脉冲宽度调节）脉冲，由逆变控制实现MPPT；若当旁路Boost只运行逆变电路时，下一时刻电压工作点的工作电压低于370V，系统启动Boost电路，逆变外环电压控制给定380V；
3）利用DSP控制平台判断本次计算是否进行电压扰动，并记录本次电压扰动的方向，并在两次扰动的时间间隔之间采用恒压控制；以及
4）根据电压扰动引起的功率变化的大小及前一周期电压扰动方向确定下一周期的扰动。
优选的，所述两次扰动的时间间隔为0.1s。
本发明的有益效果为：本双路MPPT跟踪装置采用双路MPPT协同控制，同时跟踪两路PV源，以扩展到多路PV源的最大功率点跟踪领域，解决了跟踪精度和跟踪速度的矛盾，以及可能出现的误判现象。
附图说明
图1为本发明实施例中一种双路MPPT跟踪装置的电路原理图； 
图2为本发明实施例中一种双路MPPT跟踪装置的系统结构框图；
图3为本发明实施例中一种双路MPPT跟踪方法的工作示意图；
图4为本发明实施例中一种双路MPPT跟踪方法的变步长扰动观测法的程序流程图。
具体实施方式
本发明实施例所述的一种双路MPPT跟踪装置，包括控制电路和控制系统，所述控制电路包括两个太阳能电池板和逆变器，所述两个太阳能电池板与逆变器之间各设有一个直流开关和一个BOOST升压电路；所述两个BOOST升压电路为两级式拓扑结构，BOOST升压电路末端与逆变器连接处设有滤波电路；所述控制系统包括DSP控制平台，所述DSP控制平台连接有保护模块、采样调理模块和电平转换模块，所述电平转换模块连接有I/O信息模块和驱动模块。
本发明实施例所述的一种双路MPPT跟踪方法，包括以下步骤：
1）在DSP控制平台中加入电压滞环带的控制程序；
2）启动BOOST电路以及双路MPPT跟踪装置，并计算下一时刻电压工作点的工作电压，若工作电压高于380V，则系统封锁Boost电路的PWM脉冲，由逆变控制实现MPPT；若当旁路Boost只运行逆变电路时，下一时刻电压工作点的工作电压低于370V，系统启动Boost电路，逆变外环电压控制给定380V；
3）利用DSP控制平台判断本次计算是否进行电压扰动，并记录本次电压扰动的方向，并在两次扰动的时间间隔之间采用恒压控制；以及
4）根据电压扰动引起的功率变化的大小及前一周期电压扰动方向确定下一周期的扰动。
优选的，所述两次扰动的时间间隔为0.1s。
具体实施时，整个系统的结构如图1和图2所示，PV1和PV2是两路太阳能电池板，给逆变器提供多路输入，在直流输入与逆变器之间经过一个直流开关，此开关在物理上彻底断开太阳能电池板，提高了安全性。由于此系统带有BOOST升压电路，在BOOST升压会带来前端的电压纹波，所以适当的加入滤波电路，这样可以滤掉前端的电压纹波。
主回路采用两级式拓扑结构，以扩大电池板输入电压的范围。前级升压电路采用传统的Boost电路，将电池板输入电压升高至满足逆变器要求的高电压，同时完成对电池板最大功率点的跟踪，后级单相全桥电路将直流电压逆变为交流电压实现单位功率因数并网发电。并网开关为功率继电器控制，在并网发电时闭合。整个逆变器中不包含隔离变压器元件，使系统能获得更高的效率性能。
系统的控制部分由TI公司的高性能32位浮点型DSP芯片完成，包括对模拟量的采样保持并进行模数转换、两级电路的闭环算法实现、最大功率点跟踪计算、IO口数据采集。
此装置为了降低升压电路的容量，采用两路BOOST结构，两路升压结构可以降低每路升压电路的电流的负荷。采用高端数字信号处理器DSP的28x系列微处理器通过电压调理电路、光电隔离电路采集到电池板的电压、电流信号。DSP根据采集到的电压电流来控制前级的升压。
Ua<380V且Ub<380V时，两路分别通过MPPT来控制升压，中间直流母线升压到400V。
Ua<380V且Ub>380V时,  中间直流母线电压由Ub决定。
Ua>380V且Ub<380V时,  中间直流母线电压由Ub决定。
Ua>380V且Ub>380V时，中间直流母线由后端决定。
当电池板的工作电压满足逆变要求时，系统可以旁路Boost电路由逆变控制器的电压外环直接进行MPPT控制，由于省掉了Boost电路级的损耗，可使系统的效率大大提升。
若系统只设定单一的电压值作为启停Boost电路的判断，电路有可能在临界电压点处出现反复的现象，使Boost电路重复的启停工作，对系统运行非常不利，所以程序上加入了电压滞环带的控制。
当Boost电路启动时，若MPPT计算下一时刻电压工作点大于380V，系统封锁Boost电路的PWM脉冲，由逆变控制实现MPPT；当旁路Boost只运行逆变电路时，若MPPT计算下一时刻电压工作点低于370V，系统启动Boost电路，逆变外环电压控制给定380V。通过设置10V的电压滞环带，可有效避免系统重复地启停Boost电路。
由于单纯的采用扰动观察法可能出现误判现象，本装置采用功率差值比较与扰动观察法相结合的最大功率点跟踪算法，如图3所示。t0时刻电池板工作点为曲线1的（Vk，Pk），经过T/2的t1时刻将工作点向按压增大的方法调整为Vk+1，此时光强发生突变，实际工作点变化到曲线2上的（Vk+1，Pk+1），再经过T/2的t2时刻，工作点不进行扰动，光强继续变化，实际工作点变化到曲线3的（Vk+1，Pk+2）。
由t0时刻到t1时刻，电池板输出功率变化是由电压偏移和曲线变化共同影响产生的，
dP1=Pk+1 - Pk
由t1时刻到t2时刻，电池板输出功率变化是完全由曲线变化所引起，
dP2=Pk+2 -Pk+1
由于电压扰动引起的功率变化dP为:
dP=dP1-dP2=2Pk+1 - Pk - Pk+2
根据dP的大小及前一周期电压扰动方向确定下一周期的扰动，由此可以避免因为光强连续变化产生的扰动方向的误判。
DSP程序算法流程图如图4所示。其中，变量k判断本次计算是否进行电压扰动，变量ku记录本次电压扰动的方向，由于光照变化的速度一般较慢，所以工作点扰动的周期设置不宜过快，程序中设置每0.1s进入一次MPPT计算，由于无论是电压外环是Boost电路实现MPPT，采样的电压和电流瞬时值都是抖动的，为了稳定减小电池板输出电压的抖动，在两次扰动的时间间隔之间采用恒压控制。
用于功率计算的电压、电流采样值为前0.05s内AD采样的平均值。电压扰动步长根据计算所得的功率差值选择不同的值，当功率差值大于50W时，扰动步长选择5V，当功率差值小于50W时，步长缩小为2V。 
虽然以上仅描述了本发明的具体实施方式范例，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更或修改均落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种双路MPPT跟踪装置，包括控制电路和控制系统，其特征在于：所述控制电路包括两个太阳能电池板和逆变器，所述两个太阳能电池板与逆变器之间各设有一个直流开关和一个BOOST升压电路；所述两个BOOST升压电路为两级式拓扑结构，BOOST升压电路末端与逆变器连接处设有滤波电路；所述控制系统包括DSP控制平台，所述DSP控制平台连接有保护模块、采样调理模块和电平转换模块，所述电平转换模块连接有I/O信息模块和驱动模块。
2.一种双路MPPT跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）在DSP控制平台中加入电压滞环带的控制程序；
2）启动BOOST电路以及双路MPPT跟踪装置，并计算下一时刻电压工作点的工作电压，若工作电压高于380V，则系统封锁Boost电路的PWM脉冲，由逆变控制实现MPPT；若当旁路Boost只运行逆变电路时，下一时刻电压工作点的工作电压低于370V，系统启动Boost电路，逆变外环电压控制给定380V；
3）利用DSP控制平台判断本次计算是否进行电压扰动，并记录本次电压扰动的方向，并在两次扰动的时间间隔之间采用恒压控制；以及
4）根据电压扰动引起的功率变化的大小及前一周期电压扰动方向确定下一周期的扰动。
3.根据权利要求2所述的一种双路MPPT跟踪方法，其特征在于：所述两次扰动的时间间隔为0.1s。
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