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Abstract

本发明涉及光伏系统中的太阳能电池最大功率点跟踪控制技术领域，尤其涉及的是一种太阳能发电MPPT控制装置与方法。本发明中的一种太阳能发电MPPT控制装置，包括PV阵列，电压变换单元，电压检测电路，电流检测电路，DSP控制模块，驱动电路和显示模块。本发明还提供了一种太阳能发电MPPT控制方法，解决了定步长算法稳态性能和动态性能相互矛盾的问题，相对于传统的变步长算法，能够使工作点更加快速的向最大功率点移动，从而具有更加的跟踪速度，同时也具有较高的控制精度。

Description

一种太阳能发电MPPT控制装置与方法
技术领域
本发明涉及光伏系统中的太阳能电池最大功率点跟踪控制技术领域，尤其涉及的是一种太阳能发电MPPT控制装置与方法。
背景技术
能源供求问题越来越严重，为了使地球环境得到改善，人们越来越重视新能源的开发和利用，尤其是可再生能源的利用。太阳能作为一种新型绿色能源，可解决因常规能源枯竭而引发的能源危机，受到国内外的广泛关注。而光伏发电则是当前利用太阳能的主要形式之一。光伏电池的输出特性具有较强非线性特征，它的输出功率不仅与光伏电池内部特性有关，还受到外界环境条件(光照、温度)的影响，采用最大功率点跟踪技术(Maximumpower point track,MPPT)可有效提升光伏系统的能量转换效率。常用MPPT方法中开路电压系数法和短路电流系数法，控制简单易于实现，但需要周期性的断开或短路光伏电池，导致较多功率损失，且其工作点并不是真正的最大功率点。扰动观察法通过对光伏板的输出电压施加扰动，检测输出功率的变化来跟踪最大功率。对定步长扰动观察法，大步长可提升跟踪速度，但最大功率点附近功率振荡大，能量损失严重；小步长可减少能量损失，提高稳态精度，但会降低跟踪速度。电导增量法通过比较光伏电池的电导增量和瞬间电导来改变系统的控制信号。除此之外，还有基于智能控制的MPPT方法，例如，基于模糊算法的最大功率点跟踪控制策略，具有稳态精度高，鲁棒性强的特点，但该算法有效性依赖于设计者的经验；用神经网络算法进行最大功率跟踪，但需要对每块光伏板进行训练以获取其控制规则；采用滑膜变结构控制提高系统的动态性能，但其参数设计较为复杂，实用性不高。基于此，本发明提供了一种太阳能发电MPPT控制装置与方法，可以解决定步长算法稳态性能和动态性能相互矛盾的问题，同时可以提高系统的响应速度和稳态精度，降低系统震荡，并能够快速稳定地跟踪光伏电池的最大输出功率。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中定步长算法稳态性能和动态性能相互矛盾的问题，提供了一种太阳能发电MPPT控制装置与方法。
本发明提供了一种太阳能发电MPPT控制装置，包括PV阵列，电压变换单元，电压检测电路，电流检测电路，DSP控制模块，驱动电路和显示模块；所述电压检测电路和电流检测电路连接DSP控制模块，并分别将检测到的电压信号和电流信号发送给DSP控制模块； DSP控制模块连接驱动电路，并将PWM信号发送给驱动电路，从而控制开关管Q1；显示模块连接DSP控制模块，可实时显示太阳能发电系统的电压、电流和功率数据。
所述电压变换单元包括电感L1、开关管Q1、电容C1、C2以及二极管D1；PV阵列的正极与电感L1的一端连接，电感L1的另一端连接开关管Q1的漏极和二极管D1的正极，电容C1的两端分别连接PV阵列的正负极，开关管Q1的源极接地，二极管D1的负极连接负载以及电容C2的一端，电容C2的另一端接地；驱动电路的输出端连接开关管Q1的栅极；
所述DSP控制模块包括DSP芯片、CPLD、调理电路、硬件保护电路、电源转换电路、基准电压电路、信号输入接口、信号输出接口、串行通信接口、JTAG接口和485接口，所述调理电路接收所述电压检测电路和电流检测电路的检测信号，并将调理后的信号发送给DSP 的A/D转换接口，DSP芯片根据A/D转换接口的输入信号生成PWM 脉冲信号并发送给驱动电路；所述显示模块通过485接口与所述DSP 芯片进行通讯。
一种上述太阳能发电MPPT控制装置的控制方法，其包括以下步骤：
分别通过电压检测电路和电流检测电路检测出当前时刻的电压 UPV(k)和电流IPV(k)以及前一时刻的电压UPV(k-1)和电流IPV(k-1)，然后输入当前时刻的电压UPV(k)和电流IPV(k)以及前一时刻的电压UPV(k-1)和电流 IPV(k-1)计算出ΔIPV＝IPV(k)-IPV(k-1)以及ΔUPV＝UPV(k)-UPV(k-1)；
判断ΔIPV是否等于0；如果ΔIPV等于0，进一步判断ΔUPV是否等于0；如果ΔIPV不等于0，则进一步判断是否等于
如果ΔIPV等于0且ΔUPV等于0，则令Iref＝IPV(k)，然后返回，其中 Iref为下一时刻的电流参考值；如果ΔIPV等于0且ΔUPV不等于0，则进一步判断ΔUPV是否大于0，如果ΔUPV大于0则令Iref＝IPV(k)+Iinc，然后返回，其中，Iinc为步长调整参数；如果ΔUPV不大于0则令Iref＝IPV(k)-Iinc，然后返回；
如果ΔIPV不等于0且等于则令Iref＝IPV(k)，然后返回；如果ΔIPV不等于0且不等于则进一步判断是否大于如果大于则令Iref＝IPV(k)+Iinc，然后返回；如果不大于则令Iref＝IPV(k)-Iinc，然后返回。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
本发明提出的一种太阳能发电MPPT控制装置与方法解决了定步长算法稳态性能和动态性能相互矛盾的问题，相对于传统的变步长算法，能够使工作点更加快速的向最大功率点移动，从而具有更加的跟踪速度，同时也具有较高的控制精度。
附图说明
图1为本发明提供的一种太阳能发电MPPT控制装置结构示意图。
图2为本发明提供的一种太阳能发电MPPT控制方法流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种太阳能发电MPPT控制装置与方法，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种太阳能发电MPPT控制装置，包括PV阵列，电压变换单元，电压检测电路，电流检测电路，DSP控制模块，驱动电路和显示模块；所述电压检测电路和电流检测电路连接DSP控制模块，并分别将检测到的电压信号和电流信号发送给DSP控制模块； DSP控制模块连接驱动电路，并将PWM信号发送给驱动电路，从而控制开关管Q1；显示模块连接DSP控制模块，可实时显示太阳能发电系统的电压、电流和功率数据。
所述电压变换单元包括电感L1、开关管Q1、电容C1、C2以及二极管D1；PV阵列的正极与电感L1的一端连接，电感L1的另一端连接开关管Q1的漏极和二极管D1的正极，电容C1的两端分别连接 PV阵列的正负极，开关管Q1的源极接地，二极管D1的负极连接负载以及电容C2的一端，电容C2的另一端接地；驱动电路的输出端连接开关管Q1的栅极；
所述DSP控制模块包括DSP芯片、CPLD、调理电路、硬件保护电路、电源转换电路、基准电压电路、信号输入接口、信号输出接口、串行通信接口、JTAG接口和485接口，所述调理电路接收所述电压检测电路和电流检测电路的检测信号，并将调理后的信号发送给DSP 的A/D转换接口，DSP芯片根据A/D转换接口的输入信号生成PWM 脉冲信号并发送给驱动电路；所述显示模块通过485接口与所述DSP 芯片进行通讯。所述DSP芯片采用TI公司的C2000系列的TM320F2812 芯片。
如图2所示，一种上述太阳能发电MPPT控制装置的控制方法，其包括以下步骤：
分别通过电压检测电路和电流检测电路检测出当前时刻的电压 UPV(k)和电流IPV(k)以及前一时刻的电压UPV(k-1)和电流IPV(k-1)，然后输入当前时刻的电压UPV(k)和电流IPV(k)以及前一时刻的电压UPV(k-1)和电流 IPV(k-1)计算出ΔIPV＝IPV(k)-IPV(k-1)以及ΔUPV＝UPV(k)-UPV(k-1)；
判断ΔIPV是否等于0；如果ΔIPV等于0，进一步判断ΔUPV是否等于0；如果ΔIPV不等于0，则进一步判断是否等于
如果ΔIPV等于0且ΔUPV等于0，则令Iref＝IPV(k)，然后返回，其中 Iref为下一时刻的电流参考值；如果ΔIPV等于0且ΔUPV不等于0，则进一步判断ΔUPV是否大于0，如果ΔUPV大于0则令Iref＝IPV(k)+Iinc，然后返回，其中，Iinc为步长调整参数；如果ΔUPV不大于0则令 Iref＝IPV(k)-Iinc，然后返回；
如果ΔIPV不等于0且等于则令Iref＝IPV(k)，然后返回；如果ΔIPV不等于0且不等于则进一步判断是否大于如果大于则令Iref＝IPV(k)+Iinc，然后返回；如果不大于则令Iref＝IPV(k)-Iinc，然后返回。
本发明的MPPT控制装置与方法相对于传统的变步长算法，能够使工作点更加快速的向最大功率点移动，从而具有更加的跟踪速度，同时也具有较高的控制精度。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种太阳能发电MPPT控制装置，其特征在于，包括PV阵列，电压变换单元，电压检测电路，电流检测电路，DSP控制模块，驱动电路和显示模块；所述电压检测电路和电流检测电路连接DSP控制模块，并分别将检测到的电压信号和电流信号发送给DSP控制模块；DSP控制模块连接驱动电路，并将PWM信号发送给驱动电路，从而控制开关管Q1；显示模块连接DSP控制模块，可实时显示太阳能发电系统的电压、电流和功率数据。
2.如权利要求1所述的一种太阳能发电MPPT控制装置，其特征在于，所述电压变换单元包括电感L1、开关管Q1、电容C1、C2以及二极管D1；PV阵列的正极与电感L1的一端连接，电感L1的另一端连接开关管Q1的漏极和二极管D1的正极，电容C1的两端分别连接PV阵列的正负极，开关管Q1的源极接地，二极管D1的负极连接负载以及电容C2的一端，电容C2的另一端接地；驱动电路的输出端连接开关管Q1的栅极。
3.如权利要求1所述的一种太阳能发电MPPT控制装置，其特征在于，所述DSP控制模块包括DSP芯片、CPLD、调理电路、硬件保护电路、电源转换电路、基准电压电路、信号输入接口、信号输出接口、串行通信接口、JTAG接口和485接口，所述调理电路接收所述电压检测电路和电流检测电路的检测信号，并将调理后的信号发送给DSP的A/D转换接口，DSP芯片根据A/D转换接口的输入信号生成PWM脉冲信号并发送给驱动电路；所述显示模块通过485接口与所述DSP芯片进行通讯。
4.一种如权利要求1-3所述的一种太阳能发电MPPT控制装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
分别通过电压检测电路和电流检测电路检测出当前时刻的电压UPV(k)和电流IPV(k)以及前一时刻的电压UPV(k-1)和电流IPV(k-1)，然后输入当前时刻的电压UPV(k)和电流IPV(k)以及前一时刻的电压UPV(k-1)和电流IPV(k-1)计算出ΔIPV＝IPV(k)-IPV(k-1)以及ΔUPV＝UPV(k)-UPV(k-1)；
判断ΔIPV是否等于0；如果ΔIPV等于0，进一步判断ΔUPV是否等于0；如果ΔIPV不等于0，则进一步判断是否等于
如果ΔIPV等于0且ΔUPV等于0，则令Iref＝IPV(k)，然后返回，其中Iref为下一时刻的电流参考值；如果ΔIPV等于0且ΔUPV不等于0，则进一步判断ΔUPV是否大于0，如果ΔUPV大于0则令Iref＝IPV(k)+Iinc，然后返回，其中，Iinc为步长调整参数；如果ΔUPV不大于0则令Iref＝IPV(k)-Iinc，然后返回；
如果ΔIPV不等于0且等于则令Iref＝IPV(k)，然后返回；如果ΔIPV不等于0且不等于则进一步判断是否大于如果大于则令Iref＝IPV(k)+Iinc，然后返回；如果不大于则令Iref＝IPV(k)-Iinc，然后返回。
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