CN105491701B - 一种光伏磁加热控制器控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光伏磁加热控制器控制系统，其包括采样电路、光伏组件、Buck变换电路、谐振加热电路，所述采样电路采集光伏组件的输出电压Upv与Buck变换电路的输出UBuck输入至MPPT控制器，得到电压差值ΔU，将电压差值ΔU输入至一第一PI控制器得到Iref，所述Iref与Ipv输入至一加法器得到电流差值，并将所述电流差值输入至一第二PI控制器，并将输出至输入至一第一PWM生成模块，所述PWM生成模块输出PWM波至所述Buck变换电路；所述Buck变换电路输出端连接所述谐振加热电路，所述谐振加热电路通过一第二PWM生成模块控制。本发明提供的光伏磁加热控制器控制系统实现了光伏组件直接加热水的功能，采用电磁加热技术工作安全可靠、节能环保。
Description
技术领域
本发明属于光伏离网系统，具体涉及基于光伏电磁加热系统控制方法及调节。
背景技术
国内应用比较普遍的热水系统主要是集中供暖，太阳能热水器、电热水器和燃气热水器。其中电热水器采用电网供电，加热部件电加热管；太阳能热水器的加热部分是真空集热管。
以上的几种热水器存在这加热效率低，能量损耗大等缺点，不够节能环保。其中太阳能热水器光伏利用率低，不可调控，细菌易滋生；电热水器能耗高且不够安全。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种光伏磁加热控制器控制系统，其特征在于，包括采样电路、光伏组件、Buck变换电路、谐振加热电路，
所述采样电路采集光伏组件的输出电压Upv、输出电流Ipv以及Buck变换电路的输出UBuck，所述采样电路采集光伏组件的输出电压Upv与Buck变换电路的输出UBuck输入至MPPT控制器，得到电压差值ΔU，将电压差值ΔU输入至一第一PI控制器得到Iref，所述Iref与Ipv输入至一加法器得到电流差值，并将所述电流差值输入至一第二PI控制器，并将输出至输入至一第一PWM生成模块，所述PWM生成模块输出PWM波至所述Buck变换电路；
所述Buck变换电路输出端连接所述谐振加热电路，所述谐振加热电路通过一第二PWM生成模块控制。
较佳地，所述谐振加热电路包括IGBT开关管S2、谐振加热线圈L2和谐振电容C3，其中谐振加热线圈等效为电感L2和负载电阻。
本发明还提供了一种光伏磁加热控制系统工作方法，其包括以下步骤：
S1：所述光伏组件将太阳能转换为电能，通过所述Buck变换电路为谐振负载电路供电；
S2：当所述光伏组件所转换的能量不能满足最大加热功率时，所述Buck变换电路工作在MPPT模式；
S3：当所述光伏组件所转化的能力过多时，所述Buck变换电路工作在输出限压状态，所述谐振电路部分采用第二PWM生成模块输出固定占空比的PWM2至所述IGBT开关管，使所述IGBT开关管在电压最低点开通，保证谐振工作稳定。
较佳地，，所述谐振加热电路的控制过程为：
S1：开关管S2零电压导通时，直流母线电压直接加载到R和L2两端，给水加热，C3两端电压为0无电流流过；
S2：开关管S2关断，电感L2、电容C3和负载电阻R构成谐振电路，电流保持正向不变，电感向电容充电并消耗能量在电阻上；当电流减小到零时,电路反向，电容C3对电感L2放电并消耗能量在电阻上；当电容C3两端电压为零时，电流保持反向不变，电感对电容方向充电；
S3：当电感对电容的反向充电电流为零时，开关管S2导通；
S4：重复步骤S1至S3过程实现电磁加热功能。
较佳地，所述第二PWM生成模块包括DSP芯片。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的光伏磁加热控制器控制系统实现了光伏组件直接加热水的功能，采用电磁加热技术工作安全可靠、节能环保；采用水温控制策略实现了较高的水温，防止细菌滋生；水温可调，用户体验更舒适。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的光伏磁加热控制器控制系统主电路拓扑图；
图2为本发明实施例提供的Buck降压电路拓扑结构图；
图3为本发明实施例提供的谐振电路拓扑结构图；
图4为本发明实施例提供的谐振电路等效电路图；
图5为本发明实施例提供的控制结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种光伏磁加热控制器控制系统，如图1与图5所示，其包括采样电路、光伏组件1、Buck变换电路2、谐振加热电路3，
所述采样电路采集光伏组件的输出电压Upv、输出电流Ipv以及Buck变换电路的输出UBuck，所述采样电路采集光伏组件1的输出电压Upv与Buck变换电路2的输出UBuck输入至MPPT控制器，得到电压差值ΔU，将电压差值ΔU输入至一第一PI控制器得到Iref，所述Iref与Ipv输入至一加法器得到电流差值，并将所述电流差值输入至一第二PI控制器，并将输出至输入至一第一PWM生成模块，所述PWM生成模块输出PWM波至Buck变换电路2；
Buck变换电路2输出端连接谐振加热电路3，谐振加热电路3通过一第二PWM生成模块控制。
如图2所示，Buck变换电路2包括一个开关管S1、一个二极管D1和一个电感L1。Buck变换前后分别是母线支撑电容C1和Buck滤波电容C2。
Buck降压电路工作原理分析：光伏侧DC/DC变换器在电路拓扑上有很多种选择，其中Buck降压电路2由于以下优点适合作为电加热控制器单相DC/DC变换器：
(1)电路结构简单，工作可靠；
(2)电网加热时，S1短路，功耗小；
(3)可以实现光伏降压控制，兼容电网和光伏谐振加热功能。
如图3所示，谐振加热电路3包括IGBT开关管S2、谐振加热线圈L2和谐振电容C3，如图4所示，其中谐振加热线圈L2等效为电感和负载电阻R。
其工作方法包括以下步骤：
S1：所述光伏组件将太阳能转换为电能，通过所述Buck变换电路为谐振负载电路供电；
S2：当所述光伏组件所转换的能量不能满足最大加热功率时，所述Buck变换电路工作在MPPT模式；
S3：当所述光伏组件所转化的能力过多时，所述Buck变换电路工作在输出限压状态，所述谐振电路部分采用第二PWM生成模块输出固定占空比的PWM2至所述IGBT开关管，使所述IGBT开关管在电压最低点开通，保证谐振工作稳定。
所述谐振加热电路的控制过程为：
S1：开关管S2零电压导通时，直流母线电压直接加载到R和L2两端，给水加热，C3两端电压为0无电流流过；
S2：开关管S2关断，电感L2、电容C3和负载电阻R构成谐振电路，电流保持正向不变，电感向电容充电并消耗能量在电阻上；当电流减小到零时,电路反向，电容C3对电感L2放电并消耗能量在电阻上；当电容C3两端电压为零时，电流保持反向不变，电感对电容方向充电；
S3：当电感对电容的反向充电电流为零时，开关管S2导通；
S4：重复步骤S1至S3过程实现电磁加热功能。
本发明实施例采用高性能的DSP芯片，完成MPPT和磁加热功率控制功能，保证工作的可靠性和安全性，提高光能利用率。通过改变Buck输出电压实现功率的改变，其理论基础是：P＝U2/R，后级采用固定占空比的PWM可近似等效为一固定阻值的电阻。MPPT的功率比较采用输出Buck电压来比较，理论基础：P＝U2/R，采用该方法电流采样精度不需要太高，采样电路简单。同时在光伏弱功率条件下，MPPT效率更高。这是因为负载是磁感应线圈，较小的功率变化会引起Bcuk输出电压较大的改变，因此采用Buck输出电压实现MPPT功能更加优异。谐振部分采用硬件同步电路实现，采用软件较难实现，这是由于谐振频率过高，过快的中断导致DSP资源不足。谐振部分脉宽控制采用DSP发出的PWM波，经RC滤波后的直流电平同锯齿波比较实现，发波起始时间由硬件同步电路实现，保证在IGBT在C极电压最低时导通，减小功率损耗。当光伏不足时，采用降低Buck输出电压控制，工作在MPPT状态，降低磁加热功率，充分利用太阳光能；当光照充足时，光伏磁加热控制器工作在限功率加热状态，防止过大的功率导致器件损坏；当夜晚光照不足时，光伏磁加热控制可以自己关机或切换至电网加热。
本发明提供的光伏磁加热控制器控制系统实现了光伏组件直接加热水的功能，采用电磁加热技术工作安全可靠、节能环保；采用水温控制策略实现了较高的水温，防止细菌滋生；水温可调，用户体验更舒适。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (2)
1.一种光伏磁加热控制器控制系统，其特征在于，包括采样电路、光伏组件、Buck变换电路、谐振加热电路，
所述采样电路采集光伏组件的输出电压Upv、输出电流Ipv以及Buck变换电路的输出UBuck，所述采样电路将光伏组件的输出电压Upv与Buck变换电路的输出UBuck输入至MPPT控制器，得到电压差值ΔU，将电压差值ΔU输入至一第一PI控制器得到Iref，所述Iref与Ipv输入至一加法器得到电流差值，并将所述电流差值输入至一第二PI控制器，并将所述第二PI控制器的输出输入至一第一PWM生成模块，所述PWM生成模块输出PWM波至所述Buck变换电路；
所述Buck变换电路输出端连接所述谐振加热电路，所述谐振加热电路通过一第二PWM生成模块控制；
所述谐振加热电路包括IGBT开关管S2、谐振加热线圈和谐振电容C3，其中谐振加热线圈等效为电感L2和负载电阻；
所述光伏磁加热控制器控制系统工作方法包括以下步骤：
S1：所述光伏组件将太阳能转换为电能，通过所述Buck变换电路为谐振加热电路供电；
S2：当所述光伏组件所转换的能量不能满足最大加热功率时，所述Buck变换电路工作在MPPT模式；
S3：当所述光伏组件所转化的能量过多时，所述Buck变换电路工作在输出限压状态，所述谐振加热电路采用第二PWM生成模块输出固定占空比的PWM波至所述IGBT开关管，使所述IGBT开关管在电压最低点开通，保证谐振工作稳定；
所述谐振加热电路的控制过程为：
S1：开关管S2零电压导通时，直流母线电压直接加载到负载电阻R和电感L2两端，给水加热，电容C3两端电压为0无电流流过；
S2：开关管S2关断，电感L2、电容C3和负载电阻R构成谐振电路，电流保持正向不变，电感向电容充电并消耗能量在电阻上；当电流减小到零时,电路反向，电容C3对电感L2放电并消耗能量在电阻上；当电容C3两端电压为零时，电流保持反向不变，电感对电容方向充电；
S3：当电感对电容的反向充电电流为零时，开关管S2导通；
S4：重复步骤S1至S3过程实现电磁加热功能。
2.如权利要求1所述的光伏磁加热控制系统，其特征在于，所述第二PWM生成模块包括DSP芯片。
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