CN108092305A - 基于电流馈入型半桥变换器光伏阵列的最大功率点跟踪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电流馈入型半桥变换器光伏阵列的最大功率点跟踪方法，采用电流馈入型半桥变换器，既能实现电气隔离，又能实现软开关，可以提供较高的电压增益，大大提高了光伏电池的利用率，提高系统的整体效率。相比BOOST电路，该拓扑结构实现了前级DC/DC隔离，并且将软开关集中到零电流(ZCS)上，进一步提高了效率。本发明动态响应快，同时电路发生过流、过压、欠压故障时，能够实现对电路的保护。
Description
技术领域
本发明属于电力电子变换器技术领域，涉及一种基于电流馈入型半桥变换器光伏阵列的最大功率点跟踪(MPPT)方法。
背景技术
在光伏发电系统中，光伏阵列输出特性具有非线性特性，并且其输出受光照强度、环境温度和负载情况等因素的影响。在一定的光照强度和环境温度等条件下，光伏电池可工作在不同的输出电压。然而，只有在某一输出电压值时，光伏电池输出的功率才能达到最大。作为有限的功率源，为提高光伏电池的利用率，提高系统的整体效率，一个重要的途径就是实时调整光伏电池的工作点，使之始终工作在最大功率点附近，而调整光伏电池工作点的任务就是由光伏发电系统中的电能变换系统来具体完成的。
电导增量法是一种得到广泛研究和应用的MPPT方法，而传统的基于电导增量法的控制策略方案一般采用的是BOOST电路。BOOST变换器是非隔离拓扑，为了满足光伏系统高升压比的要求，BOOST变换器的占空比就要设计的很大，主开关管的导通时间就会很长，二极管导通时间就会变短其电流峰值很高，所输出的电流纹波很大，输出侧的二极管的反向恢复问题将会变得很严重，因此BOOST变换器在高升压比时效率不理想，而且大电流工作时其转换效率低。
发明内容
本发明的目的在于解决背景技术中涉及光伏发电技术领域大电流工作时其转换效率低的问题，提出一种基于电流馈入型半桥变换器光伏阵列的最大功率点跟踪方法，该方法既能实现电气隔离，又能实现软开关，可以提供较高的电压增益，通过调整DC-DC变换器的占空比实现了最大功率跟踪。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
基于电流馈入型半桥变换器光伏阵列的最大功率点跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：用零阶保持器对光伏阵列输出电流和电压进行采样；
步骤2：用有记忆延迟功能的“memory”来保存本周期采样值，同时作为下一个周期的比较值输入；
步骤3：采用最大功率点跟踪MPPT算法与控制信号相比较后，输入“Switch”，经过判断输出占空比的变化值。
本发明进一步的改进在于：
电流馈入型半桥变换器模块中，在光伏发电系统中光伏阵列的输出电压Upv为DC/DC电路的输入电源Uin，设电流馈入型半桥变换器的输出电压为U0；当忽略两个开关管的交叠导通时间和谐振过程的影响时，对电感L1、L2分别利用‘伏秒积平衡’原理，有：
得到
在该模型中，光伏组件后连接电流馈入式半桥变换器；通过调整DC-DC中功率开关管的控制信号的占空比，来追踪光伏系统工作输出的最大功率点，进而实现MPPT控制。
步骤1中采样周期设为0.001。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用基于电流馈入型半桥变换器的电导增量法，对光伏系统的前级DCDC变换器实现了MPPT，提高了光伏电池了利用率。首先对光伏电池进行了仿真建模，并验证了所建的光伏电池模型的正确性；其次再根据电导增量法的流程图建立其模型；最后将电导增量法应用到本发明所用的电流馈入型变换器，通过仿真验证了本文设计的正确性与高效性。
本发明的所用的电流馈入型变换器，既能实现电气隔离，又能实现软开关，利用较小的匝数比可以提供较高的电压增益，大大提高了光伏电池的利用率，提高系统的整体效率；变压器无磁通不平衡问题，比较容易实现控制和保护。相比BOOST电路，该拓扑结构实现了前级DC/DC隔离，并且将软开关集中到零电流(ZCS)上，进一步提高了效率。
附图说明
图1为扰动观察法仿真模型；
图2为电流馈入型半桥变换器拓扑；
图中，S1、S2是开关管，其占空比互补，并且存在一定的导通交叠时间；L1、L2为输入电感，Lk为变压器的漏感；Cr、Cb和Co分别为谐振电容、隔直电容和输出滤波电容；D1、D2是整流二极管。
图3为根据扰动观察法原理实现的电流馈入型半桥变换器；
图中，左上模块表示太阳能电池，左下模块表示MPPT模块，右侧表示电流馈入型半桥变换器。
图4a为普通太阳能电池相同温度下不同光照强度的P-U特性曲线；
图4b为普通太阳能电池相同温度下不同光照强度的I-U特性曲线；
图5a为普通太阳能电池相同光照强度S下不同温度T的P-U特性曲线；
图5b为普通太阳能电池相同光照强度S下不同温度T的I-U特性曲线；
图6为本发明温度变化时的光伏阵列功率曲线；
图7为本发明光照强度变化时的光伏阵列功率曲线；
图8为本发明温度和光照强度都变化时的光伏阵列功率曲线。
具体实施方式
下面结合图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明用零阶保持器来实现对光伏阵列输出电流和电压的采样，采样周期设为0.001，用有记忆延迟功能的“memory”来保存本周期采样值，同时作为下一个周期的比较值输入。MPPT算法控制信号相比较后，输入“Switch”，经过判断输出占空比的变化值。
如图2所示，在光伏发电系统中光伏阵列的输出电压Upv即是DC/DC电路的输入电源Uin，设电流馈入型半桥变换器的输出电压为U0。当忽略两个开关管的交叠导通时间和谐振过程的影响时，对电感L1、L2分别利用‘伏秒积平衡’原理，有：
得到
在该模型中，光伏组件后连接电流馈入式半桥变换器。由于光伏组件的最大输出功率会随外界环境的变化而发生变化，因此需要在DC/DC变换器中加入最大功率跟踪算法，目的就是使光伏发电系统中直流变换器的输出功率追踪光伏组件的最大功率，具体是通过调整DC-DC中功率开关管的控制信号的占空比，来追踪光伏系统工作输出的最大功率点，进而实现MPPT控制。
本发明的原理：
本发明采用电流馈入型半桥电路，通过将前级DC/DC中的隔离，既可以给直流母线提供合适的电压，又可以实现软开关，特别适用于对转换器功率因数、转换效率及可靠性要求较高的场合，可广泛应用与太阳能、风能等新能源发电领域和电动汽车领域，实现对能量的灵活控制，并提高能源的利用效率。
下面通过将该仿真来验证该方法的效率：
仿真中普通光伏组的仿真条件为：Isc＝7.44A,Uoc＝35.4V和Im＝6.94A，Um＝28.8V。
仿真中本发明的仿真条件为：
1)光伏阵列温度变化时的仿真分析(温度变化：25℃-75℃-0℃；光照强度S＝1000W/m2保持不变)；
2)光伏阵列光照强度变化时的仿真分析(光照变化：1000W/m2-800W/m2；温度T＝25℃保持不变)。
当光照强度和发生如上图的变化时，电流馈入型半桥变换器的输出功率的变化如图6-8所示。通过对比图4、图5发现，在环境变化时，通过使用电导增量法，电流馈入型半桥变换器可以高效率的实现对光伏组件的最大功率跟踪。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (3)
1.基于电流馈入型半桥变换器光伏阵列的最大功率点跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：用零阶保持器对光伏阵列输出电流和电压进行采样；
步骤2：用有记忆延迟功能的“memory”来保存本周期采样值，同时作为下一个周期的比较值输入；
步骤3：采用最大功率点跟踪MPPT算法与控制信号相比较后，输入“Switch”，经过判断输出占空比的变化值。
2.根据权利要求1所述的基于电流馈入型半桥变换器光伏阵列的最大功率点跟踪方法，其特征在于，电流馈入型半桥变换器模块中，在光伏发电系统中光伏阵列的输出电压Upv为DC/DC电路的输入电源Uin，设电流馈入型半桥变换器的输出电压为U0；当忽略两个开关管的交叠导通时间和谐振过程的影响时，对电感L1、L2分别利用‘伏秒积平衡’原理，有：
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在该模型中，光伏组件后连接电流馈入式半桥变换器；通过调整DC-DC中功率开关管的控制信号的占空比，来追踪光伏系统工作输出的最大功率点，进而实现MPPT控制。
3.根据权利要求1所述的基于电流馈入型半桥变换器光伏阵列的最大功率点跟踪方法，其特征在于，步骤1中采样周期设为0.001。
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