CN107248844B - 一种光伏电源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种光伏电源。包括Boost电路、电容、电流检测电路、电压检测电路、乘法电路、第一延迟电路、第二延迟电路、第一比较电路、第二比较电路、同或逻辑电路和驱动电路。根据光伏电池输出电压和输出功率的大小变化规律，形成逻辑控制电路，实现对电力变换电路中的电力电子器件的导通或关断控制，电路结构简单，跟踪速度快，实用性强。在实现对最大功率点跟踪的过程中，无需任何的控制算法和控制策略，避免了传统的扰动观察法、导纳增量法等方法的控制器设计、控制参数调节等问题，易于实现。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种光伏电源，具体地说是一种能够实现光伏电池最大功率点跟踪的光伏电源。
背景技术
目前光伏电源的MPPT控制方法种类繁多，根据实现控制算法的具体形式，MPPT控制方法可分为基于采样数据的直接MPPT控制法、基于参数选择方式的间接控制法和人工智能控制法等。比较常用的MPPT算法有恒定电压法、扰动观察法、导纳增量法、人工神经网络法、模糊控制法等。扰动观察法因跟踪方法简单、实现容易等优点而被普遍采用，但是存在在功率点附近振荡等缺点，当光照强度剧烈变化时会出现方向误判的情况，而且负载变化时跟踪精度也会下降，往往需要修正PI控制器的参数；导纳增量法和人工神经网络法控制算法较复杂，计算量较大，且采样精度要求高，实际应用中还受硬件条件限制；模糊控制法因所依赖的控制规则缺乏在线自学习能力，控制器参数缺乏自调整能力等问题，也难以满足实际控制需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在实现最大功率点跟踪的过程中，无需控制算法，可极大地简化电源的设计和实现过程的光伏电源。
本发明的目的是这样实现的：
包括Boost电路、电容、电流检测电路、电压检测电路、乘法电路、第一延迟电路、第二延迟电路、第一比较电路、第二比较电路、同或逻辑电路和驱动电路，
光伏电池的输出与Boost电路的输入相连接，电流检测电路对光伏电池的输出电流进行检测，电压检测电路对光伏电池的输出电压进行检测，电容正极与Boost电路的输入正极连接、负极与Boost电路的输入负极连接，Boost电路的输出正、负极连接外部用电负荷，乘法电路的一个输入与电流检测电路的输出相连接、另一个输入与电压检测电路的输出相连接，第一延迟电路的输入与乘法电路的输出相连接，第二延迟电路的输入与电压检测电路的输出相连接，第一比较电路的同相输入端与第一延迟电路的输出相连接，第一比较电路的反相输入端与乘法电路的输出相连接，第二比较电路的同相输入端与电压检测电路的输出相连接，第二比较电路的反相输入端与第二延迟电路的输出相连接，同或逻辑电路的一个输入端与第一比较电路的输出相连接、另一个输入端与第二比较电路的输出相连接，驱动电路的输入端与同或逻辑电路的输出相连接，驱动电路的输出与Boost电路中的电力电子器件的控制端相连接。
本发明还可以包括：
1、电流检测电路对光伏电池的输出电流进行实时检测，并将检测的结果以模拟信号的形式实时输出。
2、电压检测电路对光伏电池的输出电压进行实时检测，并将检测的结果以模拟信号的形式实时输出。
3、乘法电路对电流检测电路的输出和电压检测电路的输出进行乘法运算，得到当前光伏电池的输出功率值，并将运算结果以模拟信号的形式实时输出。
4、第一延迟电路和第二延迟电路将输入信号延迟一段时间后再输出，即输出信号与输入信号的波形完全一致，只是输出信号波形在时间上滞后于输入信号波形一个固定时间TD，且两个延迟电路的延迟时间大小相等、都为TD。
5、第一比较电路和第二比较电路对各自的两个输入信号进行比较，当同相输入端信号大于反相输入端信号时，电路输出高电平；当同相输入端信号小于反相输入端信号时，电路输出低电平。
6、同或逻辑电路将两个输入信号进行同或逻辑运算，并将逻辑运算结果输出。
7、驱动电路对同或逻辑电路的输出信号进行电气隔离和功率放大处理，使之能够实现对Boost电路中的电力电子器件的驱动，当同或逻辑电路的输出信号为高电平时，驱动电路控制Boost电路中的电力电子器件导通，当同或逻辑电路的输出信号为低电平时，驱动电路控制Boost电路中的电力电子器件关断。
针对已有光伏电源MPPT控制方法的不足，本发明提出了一种根据光伏电池输出电压和功率的逻辑关系实现最大功率点跟踪的光伏电源，该光伏电源在实现最大功率点跟踪的过程中，无需控制算法，可极大地简化电源的设计和实现过程。
本发明所提出的光伏电源与光伏电池、用电负荷正确连接后，在正常的工作过程中，其工作原理如下所述：
电流检测电路对光伏电池的输出电流进行检测，并将检测的结果传送至乘法电路的一个输入端；电压检测电路对光伏电池的输出电压进行检测，并将检测的结果同时传送至乘法电路的另一个输入端、延迟电路2的输入端和比较电路2的同相输入端；延迟电路2将输入的电压信号延迟一定时间(TD)后，再输出至比较电路2的反相输入端，比较电路2将同相输入端和反相输入端的信号进行比较，当同相输入端大于反相输入端时，比较电路2输出高电平，即表明光伏电池的输出电压呈增加趋势，当同相输入端小于反相输入端时，比较电路2输出低电平，即表明光伏电池的输出电压呈下降趋势；乘法电路将电流和电压检测电路检测到的光伏电池输出电流信号和输出电压信号相乘，得到光伏电池的输出功率信号，并将该输出功率信号同时传送至比较电路1的反相输入端和延迟电路1的输入端；延迟电路1将输入的信号延迟一定时间(TD)后，再输出至比较电路1的同相输入端；比较电路1将同相输入端和反相输入端的信号进行比较，当同相输入端大于反相输入端时，比较电路1输出高电平，即表明光伏电池的输出功率呈下降趋势，当同相输入端小于反相输入端时，比较电路1输出低电平，即表明光伏电池的输出功率呈增加趋势；比较电路1和比较电路2的输出经过同或逻辑电路和驱动电路后实现对Boost电路中的电力电子器件的导通或关断控制。
当同或逻辑电路的输出结果是高电平时，此时可能有两种情况：第一种情况是光伏电池输出功率处于减小趋势而输出电压幅值处于增加趋势，即比较电路1和比较电路2的输出都为高电平；另一种情况是光伏电池输出功率处于增加趋势而输出电压幅值处于减小趋势，即比较电路1和比较电路2的输出都为低电平。根据光伏电池的PU曲线(功率、电压特性曲线)可知，在这两种情况下，光伏电池的输出功率点均在曲线的右半坡(即在最大功率点的右侧)。当输出功率点在曲线的右半坡时，要想实现最大功率输出，需要减小光伏电池的输出电压，此时同或逻辑电路输出的高电平信号经过驱动电路后，控制Boost电路中的电力电子器件导通，Boost电路中的电感进行充电，电感电流开始增加，由于光伏电池的输出特性近似为恒流源，电感电流的持续增加必然导致电容C1的充电电流减小然后转换至放电状态，光伏电池的输出电压开始下降，光伏电池的输出功率点沿PU曲线左移并接近最大功率点。
当同或逻辑电路的输出结果是低电平时，此时也可能有两种情况：第一种情况是光伏电池的输出功率和输出电压幅值处于增加趋势，即比较电路1的输出为低电平，比较电路2的输出为高电平；另一种情况是光伏电池的输出功率和输出电压幅值都处于减小趋势，即比较电路1的输出为高电平，比较电路2的输出为低电平。根据光伏电池的PU曲线(功率、电压特性曲线)可知，在这两种情况下，光伏电池的输出功率点均在曲线的左半坡(即在最大功率点的左侧)。当输出功率点在曲线的左半坡时，要想实现最大功率输出，需要增加光伏电池的输出电压，此时同或逻辑电路输出的低电平信号经过驱动电路后，控制Boost电路中的电力电子器件关断，Boost电路中的电感开始放电，电感电流减小，由于光伏电池的输出特性近似为恒流源，电感电流的持续减小必然导致电容C1的放电电流减小然后转换至充电状态，光伏电池的输出电压开始增加，光伏电池的输出功率点沿PU曲线右移并接近最大功率点。
以上过程不断反复进行，光伏电池的输出功率点逐渐趋近于PU曲线的最大功率点，最终实现对光伏电池的最大功率点跟踪。
本发明所提出的光伏电源与现有能够实现光伏电池最大功率点跟踪的电源相比，具有以下优点：
(1)根据光伏电池输出电压和输出功率的大小变化规律，形成逻辑控制电路，实现对电力变换电路中的电力电子器件的导通或关断控制，电路结构简单，跟踪速度快，实用性强。
(2)在实现对最大功率点跟踪的过程中，无需任何的控制算法和控制策略，避免了传统的扰动观察法、导纳增量法等方法的控制器设计、控制参数调节等问题，易于实现。
附图说明
图1为能够实现光伏电池最大功率点跟踪的光伏电源的电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作进一步描述。
本发明的光伏电源主要由电力变换电路、控制电路等部分构成，具体包含Boost电路、电容C1、电流检测电路、电压检测电路、乘法电路、延迟电路1、延迟电路2、比较电路1、比较电路2、同或逻辑电路、驱动电路。
本发明所提出的光伏电源的电路结构图如图1所示，电路的连接关系为：电路输入连接点A和B分别与光伏电池的正、负极相连，即光伏电池的输出与Boost电路的输入相连接；电流检测电路对光伏电池的输出电流进行检测；电压检测电路对光伏电池的输出电压进行检测；电容C1并联在Boost电路的输入端，其正极与Boost电路的输入正极连接，其负极与Boost电路的输入负极连接；Boost电路的输出正、负极与电路输出连接点C和D连接；外部用电负荷连接在连接点C和连接点D之间，即外部用电负荷与Boost电路的输出相连接；乘法电路的一个输入与电流检测电路的输出相连接，乘法电路的另一个输入与电压检测电路的输出相连接；延迟电路1的输入与乘法电路的输出相连接；延迟电路2的输入与电压检测电路的输出相连接；比较电路1的同相输入端与延迟电路1的输出相连接，比较电路1的反相输入端与乘法电路的输出相连接；比较电路2的同相输入端与电压检测电路的输出相连接，比较电路2的反相输入端与延迟电路2的输出相连接；同或逻辑电路的一个输入端与比较电路1的输出相连接，同或逻辑电路的另一个输入端与比较电路2的输出相连接；驱动电路的输入端与同或逻辑电路的输出相连接，驱动电路的输出与Boost电路中的电力电子器件的控制端相连接。
电流检测电路的作用是对光伏电池的输出电流进行实时检测，并将检测的结果以模拟信号的形式实时输出。
电压检测电路的作用是对光伏电池的输出电压进行实时检测，并将检测的结果以模拟信号的形式实时输出。
乘法电路的作用是对电流检测电路的输出和电压检测电路的输出进行乘法运算，即得到当前光伏电池的输出功率值，并将运算结果以模拟信号的形式实时输出。
延迟电路1和延迟电路2的作用是将输入信号延迟一段时间后再输出，即输出信号与输入信号的波形完全一致，只是输出信号波形在时间上滞后于输入信号波形一个固定时间TD(两个延迟电路的延迟时间大小相等，都为TD)。
比较电路1和比较电路2的作用是对各自的两个输入信号进行比较，当同相输入端信号大于反相输入端信号时，电路输出高电平；当同相输入端信号小于反相输入端信号时，电路输出低电平。
同或逻辑电路的作用是将两个输入信号进行同或逻辑运算，并将逻辑运算结果输出。
驱动电路的作用是对同或逻辑电路的输出信号进行电气隔离和功率放大处理，使之能够实现对Boost电路中的电力电子器件的驱动。当同或逻辑电路的输出信号为高电平时，驱动电路控制Boost电路中的电力电子器件导通，当同或逻辑电路的输出信号为低电平时，驱动电路控制Boost电路中的电力电子器件关断。
Boost电路内部器件选型和参数计算与现有的Boost电路的器件选型和参数计算完全一致。
电容C1的选取和参数设计与现有的光伏电池输出并联电容的选取和设计方法完全一致。
电流检测电路可参照现有的各种能够对电流进行检测的电路进行设计和实现，例如可以采用霍尔型电流传感器辅以相应的信号处理电路。
电压检测电路可参照现有的各种能够对电压进行检测的电路进行设计和实现，例如可以采用霍尔型电压传感器辅以相应的信号处理电路。
乘法电路可以采用具有乘法功能的乘法器来实现，例如AD834芯片辅以相应的外围电路。
比较电路1和比较电路2可以采用现有的具有输入量比较功能的电路来实现，例如以运算放大器为核心辅以相应的外围电路。为了提高电路的抗干扰性能，也可以采用滞环比较器(窗口比较器)来实现。
延迟电路1和延迟电路2可以采用现有的各种具有延迟功能的电路来实现，例如延迟线电路、采样保持电路等。
同或逻辑电路可以采用能够进行同或逻辑运算的集成芯片辅以相应的外围电路来实现。
驱动电路可采用与Boost电路中的电力电子器件相匹配的各种现有驱动电路来实现。
Claims (6)
1.一种光伏电源，包括Boost电路、电容、电流检测电路、电压检测电路、乘法电路、第一延迟电路、第二延迟电路、第一比较电路、第二比较电路、同或逻辑电路和驱动电路，其特征是：光伏电池的输出与Boost电路的输入相连接，电流检测电路对光伏电池的输出电流进行检测，电压检测电路对光伏电池的输出电压进行检测，电容正极与Boost电路的输入正极连接、负极与Boost电路的输入负极连接，Boost电路的输出正、负极连接外部用电负荷，乘法电路的一个输入与电流检测电路的输出相连接、另一个输入与电压检测电路的输出相连接，第一延迟电路的输入与乘法电路的输出相连接，第二延迟电路的输入与电压检测电路的输出相连接，第一比较电路的同相输入端与第一延迟电路的输出相连接，第一比较电路的反相输入端与乘法电路的输出相连接，第二比较电路的同相输入端与电压检测电路的输出相连接，第二比较电路的反相输入端与第二延迟电路的输出相连接，同或逻辑电路的一个输入端与第一比较电路的输出相连接、另一个输入端与第二比较电路的输出相连接，驱动电路的输入端与同或逻辑电路的输出相连接，驱动电路的输出与Boost电路中的电力电子器件的控制端相连接；第一延迟电路和第二延迟电路将输入信号延迟一段时间后再输出，即输出信号与输入信号的波形完全一致，只是输出信号波形在时间上滞后于输入信号波形一个固定时间TD，且两个延迟电路的延迟时间大小相等、都为TD；第一比较电路和第二比较电路对各自的两个输入信号进行比较，当同相输入端信号大于反相输入端信号时，电路输出高电平；当同相输入端信号小于反相输入端信号时，电路输出低电平。
2.根据权利要求1所述的光伏电源，其特征是：电流检测电路对光伏电池的输出电流进行实时检测，并将检测的结果以模拟信号的形式实时输出。
3.根据权利要求1所述的光伏电源，其特征是：电压检测电路对光伏电池的输出电压进行实时检测，并将检测的结果以模拟信号的形式实时输出。
4.根据权利要求1所述的光伏电源，其特征是：乘法电路对电流检测电路的输出和电压检测电路的输出进行乘法运算，得到当前光伏电池的输出功率值，并将运算结果以模拟信号的形式实时输出。
5.根据权利要求1所述的光伏电源，其特征是：同或逻辑电路将两个输入信号进行同或逻辑运算，并将逻辑运算结果输出。
6.根据权利要求1所述的光伏电源，其特征是：驱动电路对同或逻辑电路的输出信号进行电气隔离和功率放大处理，使之能够实现对Boost电路中的电力电子器件的驱动，当同或逻辑电路的输出信号为高电平时，驱动电路控制Boost电路中的电力电子器件导通，当同或逻辑电路的输出信号为低电平时，驱动电路控制Boost电路中的电力电子器件关断。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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