CN103281009B - 一种太阳能光伏发电的新型控制电路及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能光伏发电的新型控制电路，包含切换控制开关模块、多重变换单元；所述切换控制开关模块与外部的光伏电池输出端相连，用于将光伏电池输入的电能连接到多重变换单元、所述多重变换单元的输出端与负载相连，给负载供电；所述切换控制开关模块，包含有多组切换开关，每组切换开关互相并联设置；所述多重变换单元，包含多组基本DC/DC变换电路，每组基本DC/DC变换电路互相并联设置；每组切换开关与对应的一组基本DC/DC变换电路电连接；所述太阳能光伏发电的新型控制电路的控制方法通过控制器来实现对切换控制开关模块、多重变换单元的控制，可提高太阳能光伏发电的最大功率点跟踪的控制效率和光伏电池能源利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能光伏发电的控制电路，特指一种可提高太阳能光伏发电的最大功率点跟踪的控制效率和光伏电池能源利用率的太阳能光伏发电的新型控制电路及其控制方法，属于太阳能光伏发电技术领域。
背景技术
在世界能源消耗的结构中，煤、石油、天然气等化石能源是最主要的能源，占据了总能源消耗的主体，随着社会经济的发展，能源短缺成为人们日益关注的问题。常规化石能源的储量有限，同时化石能源的使用中产生大量温室气体和有毒气体，这些气体的排放对生态环境有着极大的破坏。近些年全球各地都面临着能源供应紧张的情况，各国都己面临越来越严重的能源危机，从而寻求绿色环保的新型能源代替化石能源，而太阳能以其独特的优点成为人们青睐的对象。
目前在太阳能光伏发电转换效率还不是很高的情况下，如何最大限度的提高光伏发电效率和太阳能光电转换的利用率，是光伏发电技术推广应用面临的难题之一。由于光伏电池输出特性具有明显的非线性，只有在某一电压下才能输出最大功率，为了提高系统的能量转化效率，必须采用适当的最大功率点跟踪(MPPT)算法控制光伏发电变换器，保证系统总是运行在光伏阵列最大功率点(MPP)。
光伏发电系统实现MPPT的方法常是在太阳能电池和负载间插入DC/DC变换器，应用相应的控制方法对变换器进行调节控制，使总的负载和太阳能电池的内阻相匹配，使实际负载上获得最大功率。常见变换器的参数多是按照太阳能电池的峰值功率Wp来进行设计。而由于光伏发电受光照强度等环境影响较大、电能输出波动性强，并非一直在峰值功率下运行，这样就出现了按最大输出功率设计的MPPT变换器常在轻载下运行，势必降低了变换器的效率和光伏发电MPPT跟踪控制效果，存在性能适应性差、工作范围窄等缺点。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种可提高太阳能光伏发电的最大功率点跟踪的控制效率和光伏电池能源利用率的太阳能光伏发电的新型控制电路及其控制方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种太阳能光伏发电的新型控制电路，包含切换控制开关模块、多重变换单元；所述切换控制开关模块与外部的光伏电池输出端相连，用于将光伏电池输入的电能连接到多重变换单元、所述多重变换单元的输出端与负载相连，给负载供电；所述切换控制开关模块，包含有多组切换开关，每组切换开关互相并联设置；所述多重变换单元，包含多组基本DC/DC变换电路，每组基本DC/DC变换电路互相并联设置；每组切换开关与对应的一组基本DC/DC变换电路电连接。
优选的，所述的切换控制开关模块，在控制器的控制下完成切换开关与对应的一组基本DC/DC变换电路的电导通。
优选的，上述的太阳能光伏发电的新型控制电路的控制方法，包括下述步骤:
第一步，读取采样值和设置参数，对采样值和设置参数进行比较判断；
第二步，根据判断结果，确定控制电路的工作模式，具体的模式判断及模式为控制器根据光伏电池输出电流Iv的与最大峰值电流Ip的关系，并根据控制精度设定的要求，对控制器的工作模式进行划分；工作模式可以分为：
模式1：当光伏电池实际输出电流范围在倍Ip时，多重变换单元全部工作；
模式2：当光伏电池实际输出电流范围在倍Ip时，则n重变换电路中的n-1重逆变器工作；以此类推，可以有模式3到模式n-1；
模式n：当光伏电池实际输出电流范围在(0-1/n)倍Ip时，则n重变换电路中的单重逆变器工作；
第三步，确定工作模式后，调用MPPT控制算法和PWM控制信号产生算法，具体为工作在模式1时，此时多重基本DC/DC变换电路的开关管Q1-Qn由n路触发脉冲互差1/n开关周期的单重DC/DC变换电路并联组成，变换电路的输出电流为n个单重Buck交错叠加，电流脉动幅值却降低到单重DC/DC变换电路的1/n,减小了电流输出的纹波和谐波含量，使变换电路输出的电流更加平滑稳定；工作在模式2时，即开关管Q1和Q(n-1)由n-1路触发脉冲互差1/(n-1)开关周期的单重DC/DC变换电路并联组成，变换电路输出电流的为n-1个单重Buck交错叠加，电流脉动幅值却降低到单重DC/DC变换电路的1/(n-1)，相对于单重DC/DC变换电路，也减小了纹波和谐波的含量；工作在模式n时，开关管Q1单路触发脉冲控制，其中，触发脉冲对应的触发控制对象，单路触发脉冲对应单重变换电路的控制开关管；同时切换开关模块也按照，电路的工作模式进行通断工作控制，如模式n：切换开关S1通过控制信号闭合，其它开关S2…S(n-1)断开，实现不工作变换器的完全隔离，从而降低整个变换电路的损耗；在工作模式n下，所有的切换开关S2…Sn全部接通,在故障模式下，控制信号迅速断开所有的切换开关，实现控制电路的输入和输出部分全部电气隔离，保护光伏电池板，有效地减少故障的影响范围，降低故障损失；
第四步，控制信号通过隔离驱动电路按工作模式驱动控制开关管和切换开关；
第五步，控制电路按照触发控制信号进行工作，实现MPPT控制功能。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明方案所述的太阳能光伏发电的新型控制电路，更加灵活，可以适应不同的工作场合，电路的运行方式也可以根据需要进行调整和组合，能更好、更高效地实现太阳能光伏发电的MPPT功能；本发明所述的太阳能光伏发电的新型控制电路的控制方法可提高太阳能光伏发电的最大功率点跟踪的控制效率和光伏电池能源利用率。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
附图1为本发明所述的太阳能光伏发电的新型控制电路的工作原理图；
附图2为本发明所述的太阳能光伏发电的新型控制电路的电路图；
如附图3为发明所述的太阳能光伏发电的新型控制电路的控制方法框体；
其中：1、太阳能光伏发电的新型控制电路；11、切换控制开关模块；12、多重变换单元。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
附图1为本发明所述的一种太阳能光伏发电的新型控制电路1，包含切换控制开关模块11、多重变换单元12；所述切换控制开关模块11与外部的光伏电池输出端相连，用于将光伏电池输入的电能连接到多重变换单元12、所述多重变换单元12的输出端与负载相连，给负载供电；所述切换控制开关模块11，包含有多组切换开关，每组切换开关互相并联设置；所述多重变换单元12，包含多组基本DC/DC变换电路，每组基本DC/DC变换电路互相并联设置；每组切换开关与对应的一组基本DC/DC变换电路电连接；所述的切换控制开关模块，在控制器的控制下完成切换开关与对应的一组基本DC/DC变换电路的电导通；所述的基本DC/DC变换电路可以是Buck或Boost或Sepic直流变换电路；所述切换控制开关模块可以是继电器或者功率开关器件组成的开关模块。
在本实施例中，太阳能光伏发电的新型控制电路为三重Buck变换电路，参见附图2，包控制开关模块11和多重变换单元12，其中控制开关模块11的输入端设有公共连接端口，多重变换单元12输出端设有输出公共连接端口。控制开关模块11包括由继电器开关S1-S3组成的切换开关组成，通过对其的通断控制，可以灵活的切换多重变换器12的并联工作变换器的路数。多重变换单元12由三重Buck直流变换器组成，其为三个独立的Buck变换电路并联而成，各路可以独立工作，也可以协调同步工作，跟踪工作模式进行选择。
上述电路中，通过改变调节多重变换单元12的主开关管Q1-Q3控制信号脉冲的占空比，就可以调节电路的变换工作状态，从而实现MPPT跟踪控制功能，较现有的控制电路，本发明的控制电路更加灵活，可以适应不同的工作场合，电路的运行方式也可以根据需要进行调整和组合，能更好、更高效地实现太阳能光伏发电的MPPT功能。
如附图3所示，本发明太阳能光伏发电的新型控制电路的控制方法，包括下述步骤:
第一步，读取采样值和设置参数，对采样值和设置参数进行比较判断；
第二步，根据判断结果，确定控制电路的工作模式，具体的模式判断及模式为控制器根据光伏电池输出电流Iv的与最大峰值电流Ip的关系，并根据控制精度设定的要求，对控制器的工作模式进行划分；工作模式可以分为(其中n为变换单元的充数，例如采用图2的即取值为3)：
模式1：当光伏电池实际输出电流范围在倍Ip时，多重变换单元全部工作；即n路切换开关S1-S(n)全部导通，n重DC/DC变换电路全部投入工作；
模式2：当光伏电池实际输出电流范围在倍Ip时，则n重变换电路中的n-1重逆变器工作；即第1、2两路切换开关S1-S2导通，第1、2重DC/DC变换电路工作，第3路切换开关S3关断，第3重电路不工作；以此类推，可以有模式3到模式n-1；
模式n：当光伏电池实际输出电流范围在(0-1/n)倍Ip时，则只有一重DC/DC变换电路单独工作；
第三步，确定工作模式后，调用MPPT控制算法和PWM控制信号产生算法，具体为工作在模式1时，此时多重基本DC/DC变换电路的开关管Q1-Qn的控制信号由n路互差1/n开关周期的触发脉冲组成，变换电路的总输出电流为n个DC/DC变换电路各自输出电流的交错叠加，电流脉动幅值降低到单重DC/DC变换电路的1/n,减小了电流输出的纹波和谐波含量，使变换电路输出的电流更加平滑稳定；工作在模式2时，即开关管Q1和Q(n-1)的控制信号由n-1路互差1/(n-1)开关周期的触发脉冲组成，变换电路输出电流的为n-1个DC/DC变换电路交错叠加，电流脉动幅值可以降低到单重DC/DC变换电路的1/(n-1)，相对于单重DC/DC变换电路，也减小了纹波和谐波的含量；工作在模式n时，开关管Q1为单路触发脉冲控制，其中，触发脉冲对应的触发控制对象也为单重DC/DC变换电路；同时，在不同模式下，不工作的DC/DC变换电路由于对应切换开关的关断，实现了该重电路的完全隔离，有效地提高系统效率和延长装置使用寿命。如模式n：切换开关S1通过控制信号闭合，其它开关S2…S(n-1)断开，实现不工作DC/DC变换电路的完全隔离，从而提高了整个变换电路的效率，也等效的延长了不工作变换电路的使用寿命,此外，该发明在故障模式下，控制信号可以迅速断开所有的切换开关，实现控制电路的输入和输出部分全部电气隔离，保护光伏电池板等关键重要设备，有效地减少故障的影响范围，降低故障损失；
第四步，控制信号通过隔离驱动电路按工作模式驱动控制切换开关和对应的DC/DC变换电路的开关管；
第五步，控制电路按照触发控制信号进行工作，实现MPPT控制功能。
本发明中出发脉冲对应的触发控制对象，单路触发脉冲对应单重变换电路的控制开关管；同时切换开关模块也按照控制电路的工作模式进行通断工作控制，如模式1：切换开关S1通过控制信号闭合，其它开关S2…S(n-1)断开，实现不工作变换器的完全隔离，从而降低整个变换电路的损耗；在工作模式n下，所有的切换开关S2…Sn全部接通；在故障模式下，控制信号迅速断开所有的切换开关，实现控制电路的输入和输出部分全部电气隔离，保护光伏电池板等关键重要设备，有效地减少故障的影响范围，降低故障损失；所述控制电路由于采用了多重的并联复用新技术，可以有效的扩展了控制电路的适用范围和灵活性，同时增加了系统的效率和可靠性。
本发明所述的太阳能光伏发电的新型控制电路的控制方法可提高太阳能光伏发电的最大功率点跟踪的控制效率和光伏电池能源利用率。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种太阳能光伏发电的新型控制电路的控制方法，所述太阳能光伏发电的新型控制电路，包含切换控制开关模块、多重变换单元；所述切换控制开关模块与外部的光伏电池输出端相连，用于将光伏电池输入的电能连接到多重变换单元、所述多重变换单元的输出端与负载相连，给负载供电；其特征在于：所述切换控制开关模块，包含有多组切换开关，每组切换开关互相并联设置；所述多重变换单元，包含多组基本DC/DC变换电路，每组基本DC/DC变换电路互相并联设置；每组切换开关与对应的一组基本DC/DC变换电路电连接；所述的切换控制开关模块，在控制器的控制下完成切换开关与对应的一组基本DC/DC变换电路的电导通，所述的太阳能光伏发电的新型控制电路的控制方法，包括下述步骤:
第一步，读取采样值和设置参数，对采样值和设置参数进行比较判断；
第二步，根据判断结果，确定控制电路的工作模式，具体的模式判断及模式为控制器根据光伏电池输出电流Iv的与最大峰值电流Ip的关系，并根据控制精度设定的要求，对控制器的工作模式进行划分；工作模式可以分为：
模式1：当光伏电池实际输出电流范围在倍Ip时，多重变换单元全部工作；即n路切换开关S1-S(n)全部导通，n重DC/DC变换电路全部投入工作；
模式2：当光伏电池实际输出电流范围在倍Ip时，则n重变换电路中的n-1重逆变器工作；即第1、2两路切换开关S1-S2导通，第1、2重DC/DC变换电路工作，第3路切换开关S3关断，第3重电路不工作；以此类推，可以有模式3到模式n-1；
模式n：当光伏电池实际输出电流范围在(0-1/n)倍Ip时，则只有一重DC/DC变换电路单独工作；
第三步，确定工作模式后，调用MPPT控制算法和PWM控制信号产生算法，具体为工作在模式1时，此时多重基本DC/DC变换电路的开关管Q1-Qn的控制信号由n路互差1/n开关周期的触发脉冲组成，变换电路的总输出电流为n个DC/DC变换电路各自输出电流的交错叠加，电流脉动动幅值可以降低到单重DC/DC变换电路的1/n,减小了电流输出的纹波和谐波含量，使变换电路输出的电流更加平滑稳定；工作在模式2时，即开关管Q1和Q(n-1)的控制信号由n-1路互差1/(n-1)开关周期的触发脉冲组成，变换电路输出电流的为n-1个DC/DC变换电路交错叠加，电流脉动动幅值可以降低到单重DC/DC变换电路的1/(n-1)，相对于单重DC/DC变换电路，也减小了纹波和谐波的含量；工作在模式n时，开关管Q1为单路触发脉冲控制，其中，触发脉冲对应的触发控制对象也为单重DC/DC变换电路；同时，在不同模式下，不工作的DC/DC变换电路由于对应切换开关的关断，实现了该重电路的完全隔离；
第四步，控制信号通过隔离驱动电路按工作模式驱动控制切换开关和对应的DC/DC变换电路的开关管；
第五步，控制电路按照触发控制信号进行工作，实现MPPT控制功能。
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