CN103840764B - 一种光伏发电的mppt控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光伏发电的MPPT控制装置及方法，装置包括：DC/DC斩波电路2、逆变器3、MPPT采样电路6、MPPT计算模块7、PWM产生模块8和第一驱动电路9；光伏电池板1、DC/DC斩波电路2、逆变器3和电网电压源5依次连接；光伏电池板1还通过依次连接的MPPT采样电路6、MPPT计算模块7、PWM产生模块8和第一驱动电路9连接DC/DC斩波电路2。本发明提供的一种光伏发电的MPPT控制装置及方法，根据预设的电流扫描电流进行分析，可以只采集光伏电池板的电压，不用采集电流，也不用求解光伏电池板的输出功率，不仅装置结构简单，而且计算简单，极大的提高了最大功率跟踪的速度，可靠性高。

Description

一种光伏发电的MPPT控制装置及方法

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种光伏发电的MPPT控制装置及方法。

背景技术

基于光伏发电技术得到了广泛的发展，但是光伏电池的输出功率受光伏电池温度以及太阳辐射强度的影响。在相同的辐射条件下，光伏电池的温度越高，则光伏电池的开路电压越低，输出功率越小；反之，光伏电池的温度越低，则光伏电池的开路电压就越高，输出功率越大。在相同的光伏电池温度下，照射到光伏电池上的辐射强度越强，则光伏电池的短路电流就越高，输出功率越大；辐射强度越低，则光伏电池的短路电流越低，输出功率越小。在实际光伏系统中，光伏电池的输出功率往往同时受到温度T及太阳辐射强度S变化的影响，温度T的增加使得光伏电池的输出功率产生减小的趋势，辐射强度S的增加使得光伏电池的输出功率产生增大的趋势，光伏电池的实际输出功率是这两种趋势相互作用的结果。

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于动态变化中，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，传统光伏发电的MPPT控制的扰动法和电导增量法，采集信号量多，求解过程复杂。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种光伏发电的MPPT控制装置及方法，该装置包括：

DC/DC斩波电路2、逆变器3、MPPT采样电路6、MPPT计算模块7、PWM产生模块8和第一驱动电路9；

所述光伏电池板1、DC/DC斩波电路2、逆变器3和电网电压源5依次连接；

所述光伏电池板1还通过依次连接的所述MPPT采样电路6、MPPT计算模块7、PWM产生模块8和第一驱动电路9连接所述DC/DC斩波电路2。

本发明提供的第一优选实施例中：所述MTTP采样电路6对光伏电池板1的输出电压值进行实时采样；

所述MTTP计算模块7实时计算的值，一旦计算出的值大于0时，保存当前的输出电压值；

所述PWM产生模块8根据所述保存的电压值产生相应的PWM信号，把所述PWM信号传给所述第一驱动电路9；

所述第一驱动电路9触发所述DC/DC斩波电路2使其开通；

其中，k为电路的时间常数，Δt为光伏电池板1的输出电压的采样周期，i为采样点数，v(i+1)和v(i）分别为采样点为i+1和i时的输出电压采样值。

本发明提供的第二优选实施例中：设置电流为i(t)＝c·e^t/k，c为电流最大值；

所述MTTP计算模块7实时计算的值时，如果没有发生所述的值大于0的情况时，则判断电流减小到设定的最小电流I_min时触发所述DC/DC斩波电路2使其开通。

本发明提供的第三优选实施例中：所述装置还包括依次连接的电流电压采样电路14、锁相环13、电流电压双环控制12、产生并网PWM模块11和第二驱动电路10，以及连接在所述逆变器3和所述电网电压源5之间的滤波电感4；

所述电流电压采样电路14连接所述电网电压源5，所述第二驱动电路10连接所述逆变器3；

所述电流电压采样电路14采样所述电网电压源5的电流电压值并把该值传给所述锁相环13；

所述锁相环13对电流电压的相位进行跟踪；

电流电压双环控制12实现电流电压的解耦并通过产生并网PWM模块11产生PWM信号，由所述第二号驱动电路10产生所述逆变器3的触发信号，完成光伏发电的并网。

本发明提供的第四优选实施例提供一种光伏发电的MPPT控制方法，方法包括：

步骤1，设置采样周期，实时采样光伏电池板的电压值，开始信号发出时，关闭斩波电路，使其在采样周期内处于关闭状态；

步骤2，设置电压控制电流信号i(t)＝c·e^t/k，c为电流最大值，k为电路的时间常数；

步骤3，实时计算的值，一旦计算出的值大于0时，保存当前的输出电压值，触发所述斩波电路使其开通；

其中，Δt为光伏电池板1的输出电压的采样周期，i为采样点数，v(i+1)和v(i）分别为采样点为i+1和i时的输出电压采样值。

本发明提供的第五优选实施例中：所述步骤3中，如果所述实时计算的的值没有发生大于0的情况时，则判断电流减小到设定的最小电流I_min时触发所述斩波电路使其开通。

本发明提供的第六优选实施例中：所述步骤3中触发所述斩波电路使其开通后，通过采集电网电压源信号触发逆变器，完成并网。本发明提供的一种光伏发电的MPPT控制装置及方法，相对于最接近的现有技术的有益效果包括：

本发明提供的一种光伏发电的MPPT控制装置及方法，根据预设的电流扫描电流进行分析，可以只采集光伏电池板的电压，不用采集电流，也不用求解光伏电池板的输出功率，不仅装置结构简单，而且计算简单，极大的提高了最大功率跟踪的速度，可靠性高。

附图说明

如图1所示为本发明提供的一种光伏发电的MPPT控制装置的结构示意图；

如图2所示为本发明提供的一种光伏发电的MPPT控制装置的实施例的结构示意图；

如图3所示为本发明提供的一种光伏发电的MPPT控制方法的原理图；

图中标号：

1-光伏电池板、2-DC/DC斩波电路、3-逆变器、4-滤波电感、5-电网电压源、6-MPPT采样电路、7-MPPT计算模块、8-PWM产生模块、9-第一驱动电路、10-第二驱动电路、11-产生并网PWM模块、12-电压电流双环控制、13-锁相环、14-电流电压采样电路。

具体实施方式

下面根据附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

本发明提供一种光伏发电的MPPT控制装置及方法，该装置与光伏电池板和电网电压源连接的结构示意图如图1所示，由图1可知，该装置包括：

DC/DC斩波电路2、逆变器3、MPPT采样电路6、MPPT计算模块7、PWM产生模块8和第一驱动电路9。

光伏电池板1、DC/DC斩波电路2、逆变器3和电网电压源5依次连接。

光伏电池板1还通过依次连接的MPPT采样电路6、MPPT计算模块7、PWM产生模块8和第一驱动电路9连接DC/DC斩波电路2。

实施例一：

本发明提供的实施例一为一种光伏发电的MPPT控制装置的实施例，如图2所示为该实施例的结构示意图，该实施例一中，MTTP采样电路6对光伏电池板1的输出电压值进行实时采样，MTTP计算模块7实时计算的值，一旦计算出的值大于0时，保存当前的输出电压值，PWM产生模块8根据该保存的电压值产生相应的PWM信号，把该PWM信号传给第一驱动电路9，第一驱动电路9触发DC/DC斩波电路2使其开通。

其中，k为电路的时间常数，Δt为光伏电池板1的输出电压的采样周期，i为采样点数，v(i+1)和v(i）分别为采样点为i+1和i时的输出电压采样值。

具体的原理为：

设光伏电池板的输出电流：

i(t)＝f(t)（1）

那么光伏电池板输出功率为：

p(t)＝v(t)*i(t)＝v(t)*f(t) （2）

对公式（2）两端关于时间t求导得：

$\frac{\mathrm{dp}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=v\left(t\right)\frac{\mathrm{df}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}+f\left(t\right)\frac{\mathrm{dv}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}---\left(3\right)$

选取函数f(t)＝c·e^t/k，c为电流最大值，使得：

$f\left(t\right)=k\frac{\mathrm{df}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

将公式（4）代入公式（3）得：

$\frac{\mathrm{dp}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=(v\left(t\right)+k\frac{\mathrm{dv}\left(t\right)}{\mathrm{dt}})\frac{\mathrm{df}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}---\left(5\right)$

假设公式（5）两边同时除以可以得到：

$\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{di}}=v\left(t\right)+k\frac{\mathrm{dv}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}---\left(6\right)$

对公式（6）进行差分化处理得到：

$\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{di}}=k\frac{v(i+1)v\left(i\right)}{\mathrm{dt}}+v\left(i\right)---\left(7\right)$

对公式（7）进行化简得到：

$\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{di}}=\frac{k}{k-\mathrm{\Δt}}v(i+1)-v\left(i\right)---\left(8\right)$

由上述公式（1）～(8)可知即为功率关于电流求导后的值，本发明提供的一种MPPT控制装置，采用了电流扫描法，选择电流的值为f(t)＝c·e^t/k，k为负实数，因此该电流随时间以指数形式减小。

在电流扫描时电流随时间减小的过程中，实时判断功率关于电流求导后的值，如果该值小于0，则说明功率值随电流的减小而增大，因此可以继续进行电流扫描；一旦实时计算出的该功率关于电流求导后的值大于0时，说明功率值随电流的减小而减小，因此停止电流扫描过程，并保留当前电压值。通过这种方法可以只采集光伏电池板的电压，不用采集电流，也不用求解光伏电池板的输出功率，不仅装置结构简单，而且计算简单，极大的提高了最大功率跟踪的速度，可靠性高。

电流扫描过程中，如果没有发生MTTP计算模块7实时计算的值大于0的情况时，则判断电流减小到设定的最小电流I_min时触发DC/DC斩波电路2使其开通。

由图1可知，本发明提供的一种光伏发电的MPPT装置的实施例还包括依次连接的电流电压采样电路14、锁相环13、电流电压双环控制12、产生并网PWM模块11和第二驱动电路10，以及连接在逆变器3和电网电压源5之间的滤波电感4，电流电压采样电路14连接电网电压源5，第二驱动电路10连接逆变器3。电流电压采样电路14采样电网电压源5的电流电压值并把该值传给锁相环13；锁相环13对电流电压的相位进行跟踪；电流电压双环控制12实现电流电压的解耦并通过产生并网PWM模块11产生PWM信号，由第二号驱动电路10产生逆变器3的触发信号，完成光伏发电的并网。

实施例二：

本发明提供的实施例二为一种光伏发电的MPPT控制方法，如图3所示为该方法的原理图，光伏发电并网连接时光伏电池板与斩波电路和逆变器依次连接实现与电网电压源的连接，具体的，该方法包括：

步骤1，设置采样周期，实时采样光伏电池板的电压值，开始信号发出时，关闭斩波电路，使其在采样周期内处于关闭状态。

步骤2，设置电压控制电流信号i(t)＝c·e^t/k，c为电流最大值，k为电路的时间常数。

步骤3，实时计算的值，一旦计算出的值大于0时，保存当前的输出电压值，触发斩波电路使其开通。

其中，Δt为光伏电池板1的输出电压的采样周期，i为采样点数，v(i+1)和v(i）分别为采样点为i+1和i时的输出电压采样值。

进一步的，步骤3中，如果实时计算的的值没有发生大于0的情况时，则判断电流减小到设定的最小电流I_min时触发斩波电路使其开通。

步骤3中触发斩波电路使其开通后，通过采集电网电压源信号触发逆变器，完成并网。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种光伏发电的MPPT控制装置，其特征在于，所述装置包括：

DC/DC斩波电路(2)、逆变器(3)、MPPT采样电路(6)、MPPT计算模块(7)、PWM产生模块(8)和第一驱动电路(9)；

光伏电池板(1)、DC/DC斩波电路(2)、逆变器(3)和电网电压源(5)依次连接；

所述光伏电池板(1)还通过依次连接的所述MPPT采样电路(6)、MPPT计算模块(7)、PWM产生模块(8)和第一驱动电路(9)连接所述DC/DC斩波电路(2)；

所述MPPT采样电路(6)对所述光伏电池板(1)的输出电压值进行实时采样；

所述MPPT计算模块(7)实时计算的值，一旦计算出的值大于0时，保存当前的输出电压值；

所述PWM产生模块(8)根据保存的电压值产生相应的PWM信号，把所述PWM信号传给所述第一驱动电路(9)；

所述第一驱动电路(9)触发所述DC/DC斩波电路(2)使其开通；

其中，k为电路的时间常数，Δt为光伏电池板(1)的输出电压的采样周期，i为采样点数，v(i+1)和v(i)分别为采样点为i+1和i时的输出电压采样值。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，设置电流为i(t)＝c·e^t/k，c为电流最大值，t为电路时间，k为电路的时间常数；

所述MPPT计算模块(7)实时计算的值时，如果没有发生的值大于0的情况时，则判断电流减小到设定的最小电流I_min时触发所述DC/DC斩波电路(2)使其开通。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括依次连接的电流电压采样电路(14)、锁相环(13)、电流电压双环控制(12)、产生并网PWM模块(11)和第二驱动电路(10)，以及连接在所述逆变器(3)和所述电网电压源(5)之间的滤波电感(4)；

所述电流电压采样电路(14)连接所述电网电压源(5)，所述第二驱动电路(10)连接所述逆变器(3)；

所述电流电压采样电路(14)采样所述电网电压源(5)的电流电压值并把该值传给所述锁相环(13)；

所述锁相环(13)对电流电压的相位进行跟踪；

电流电压双环控制(12)实现电流电压的解耦并通过产生并网PWM模块(11)产生PWM信号，由所述第二驱动电路(10)产生所述逆变器(3)的触发信号，完成光伏发电的并网。

4.一种光伏发电的MPPT控制方法，其特征在于，方法包括：

步骤1，设置采样周期，实时采样光伏电池板的电压值，开始信号发出时，关闭斩波电路，使其在采样周期内处于关闭状态；

步骤2，设置电压控制电流信号i(t)＝c·e^t/k，c为电流最大值，k为电路的时间常数；

步骤3，实时计算的值，一旦计算出的值大于0时，保存当前的输出电压值，触发所述斩波电路使其开通；

其中，Δt为光伏电池板1的输出电压的采样周期，i为采样点数，v(i+1)和v(i)分别为采样点为i+1和i时的输出电压采样值。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，如果所述实时计算的的值没有发生大于0的情况时，则判断电流减小到设定的最小电流I_min时触发所述斩波电路使其开通。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤3中触发所述斩波电路使其开通后，通过采集电网电压源信号触发逆变器，完成并网。