CN203324878U - 光伏发电逆变器的多输入最大功率追踪控制装置 - Google Patents

光伏发电逆变器的多输入最大功率追踪控制装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开一种光伏发电逆变器的多输入最大功率追踪控制装置，主要由相互连接的n路DC/DC模块、2n路信号采样电路模块、2n路A/D模块、FPGA主控模块以及n路场效应管驱动电路模块组成；其中n的取值与光伏阵列中光伏电池组的个数相同；本实用新型能对光伏阵列的每个光伏电池组都能够进行功率追踪，从而对光伏阵列的输出功率追踪达到最佳的效果。

Description

光伏发电逆变器的多输入最大功率追踪控制装置
技术领域
本实用新型涉及MPPT（最大功率追踪）技术领域，具体涉及一种光伏发电逆变器的多输入最大功率追踪控制装置。
背景技术
MPPT控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使系统以最大功率输出对蓄电池充电。应用于太阳能光伏系统中，协调太阳能电池板、蓄电池、负载的工作，是光伏系统的大脑。目前，传统的功率追踪技术大多采用的是对光伏系统的整个光伏阵列用一个MPPT控制器进行功率追踪，虽然能一定程度上提高整个光伏阵列的输出功率，但是在大型的光伏阵列中，每个电池组所处环境的温度以及受光照程度或多或少有所差异，对整体进行功率追踪达不到最佳的效果。如果给每个光伏电池组都进行功率追踪，需每个电池组接上MPPT控制器，增加了光伏系统的拓扑结构和成本。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种光伏发电逆变器的多输入最大功率追踪控制装置，其能对光伏阵列的每个光伏电池组都能够进行功率追踪，从而对光伏阵列的输出功率追踪达到最佳的效果。
为解决上述问题，本实用新型所设计的光伏发电逆变器的多输入最大功率追踪控制装置，主要由n路DC/DC模块、2n路信号采样电路模块、2n路A/D模块、FPGA主控模块以及n路场效应管驱动电路模块组成；其中n的取值与光伏阵列中光伏电池组的个数相同；每个光伏电池组的电压信号输出端和电流信号输出端送入同一路DC/DC模块的2个输入端，每个光伏电池组的电压信号输出端和电流信号输出端各送入一路信号采样电路模块的输入端，每路信号采样电路模块的输出端连接一路A/D模块的输入端，所有A/D模块的输出端连接至FPGA主控模块的2n个输入端上，FPGA主控模块的n个输出端各连接一路场效应管驱动电路模块的输入端，每路场效应管驱动电路模块的输出端连接一路DC/DC模块的控制端，所有DC/DC模块的输出端正极合为一路形成本多输入最大功率追踪控制装置的输出端正极，所有DC/DC模块的输出端负极合为一路形成本多输入最大功率追踪控制装置的输出端负极。
上述方案中，每个光伏电池组各由多块太阳能电池板串联而成。
上述方案中，每路DC/DC模块各由BOOST升压电路、2个分压电阻及1个测试电阻组成，其中由两个分压电阻串联后与BOOST电路的输入端并联，用于测试电池组的输出电压。测试电阻串联在BOOST电路的输入端正极，用于测试电池组输出电流。BOOST升压电路的输入端分别连接光伏电池组的电压信号输出端和电流信号输出端，BOOST升压电路的输出端正极形成本多输入最大功率追踪控制装置的输出端正极，BOOST升压电路的输出端负极形成本多输入最大功率追踪控制装置的输出端负极。
上述方案中，每路信号采样电路模块各由差分输入电路、线性隔离电路和二阶有源低通滤波电路组成，差分输入电路的输入端与DC/DC模块输入端连接，差分电路的输出端接线性隔离电路的输入端，线性隔离电路的输出端送入二阶有源低通滤波电路的输入端，二阶有源低通滤波电路的输出端送入相应的A/D模块。
上述方案中，每路A/D模块各由一ADS7812PB模数转换芯片构成。
上述方案中，FPGA主控模块由FPGA主控芯片，以及连接在FPGA主控芯片上的晶振电路和复位电路组成。
上述方案中，每路场效应管驱动电路模块各由电气隔离电路和驱动电路组成，电气隔离电路的输入端与FPGA芯片的输出端相连，电气隔离电路的输出端与驱动电路的输入端相连，驱动电路的输出端与DC/DC模块的控制端相连。
上述方案中，n的取值根据实际电站所需发电功率以及FPGA芯片内部资源进行取值。经过设计验证，一组光伏电池MPPT模块需1200-1300个逻辑单元，故本实用新型n取值为1-6之间。可以根据需要选用不同的FPGA芯片，从而扩展n。
与现有技术相比，本实用新型采用FPGA芯片作为主控芯片设计的多输入最大功率追踪控制装置，充分利用可编程逻辑器件高速并行处理能力，在芯片内部构建多个MPPT模块，每个模块的输入对应2路信号采样模块和2路A/D模块，每个模块的输出对应1路场效应管驱动模块，且每个模块都能快速独立运行，从而达到对多组光伏电池的最大功率跟踪目的，相对于传统的MPPT,提高了整个光伏阵列最大功率追踪的效果，节约了成本。适用于MPPT控制领域。
附图说明
图1是本实用新型的总体结构框图。
图2是本实用新型FPGA芯片内部一组电池硬件控制模块图。
图3是本实用新型一路PWM驱动波提取框图。
具体实施方式
一种光伏发电逆变器的多输入最大功率追踪控制装置，如图1所示，其主要由n路DC/DC模块、2n路信号采样电路模块、2n路A/D模块、FPGA主控模块以及n路场效应管驱动电路模块组成；其中n的取值与光伏阵列中光伏电池组的个数相同。每个光伏电池组的电压信号输出端和电流信号输出端共同送入同一路DC/DC模块的2个输入端。每个光伏电池组的电压信号输出端和电流信号输出端各送入一路信号采样电路模块的输入端。每路信号采样电路模块的输出端连接一路A/D模块的输入端。所有A/D模块的输出端连接至FPGA主控模块的2n个输入端上。FPGA主控模块的n个输出端各连接一路场效应管驱动电路模块的输入端。每路场效应管驱动电路模块的输出端连接一路DC/DC模块的控制端。所有DC/DC模块的输出端正极合为一路形成本多输入最大功率追踪控制装置的输出端正极。所有DC/DC模块的输出端负极合为一路形成本多输入最大功率追踪控制装置的输出端负极。上述n的取值根据实际电站所需发电功率以及FPGA芯片内部资源进行取值。经过设计验证，一组光伏电池MPPT模块需1200-1300个逻辑单元，故本实用新型n取值为1-6之间。可以根据需要选用不同的FPGA芯片，从而扩展n。
所述DC/DC电路模块由BOOST升压电路、2个分压电阻及1个测试电阻组成，其中由2个分压电阻串联后与BOOST电路的输入端并联，测试电阻串联在BOOST电路的输入端正极上；BOOST升压电路的输入端分别连接光伏电池组的电压信号输出端和电流信号输出端，BOOST升压电路的输出端正极形成本多输入最大功率追踪控制装置的输出端正极，BOOST升压电路的输出端负极形成本多输入最大功率追踪控制装置的输出端负极。2个阻值10K—200K的分压电阻串联后与BOOST电路的输入端并联，用于测试BOOST输入端电压值。取值0—1欧的测试电阻串联在BOOST电路的输入端正极，用于测量BOOST电路输入端的电流值。分压电阻和测试电阻的具体电阻值大小根据A/D模块的输入电压值范围来选取，本实用新型选用的模数转换芯片的输入模拟电压为0V-4V,所以分压电阻和测试电流电阻按要求来选取。
所述光伏电池组由多块太阳能电池板串联而成，根据电池输出参数，通过串联多个电池板得到所预期的电压输出。
所述每路信号采样电路模块各由LM358及相应的电阻电容构成的差分输入电路、LM358运算放大器和HCNR200线性光耦构成的线性隔离电路、由LM358和相应的电阻电容构成的二阶有源低通滤波电路组成。共2n路信号采样，分别用于测试n路DC/DC电路的输入电流与输入电压，并把其分别送入2n路A/D转换模块中。其中差分输入电路的输入端与DC/DC模块输入端的测试电阻并联，差分电路的输出端接线性隔离电路的输入端，线性隔离电路的输出送入二阶有源低通滤波电路，二阶有源低通滤波电路的输出送入相应的A/D模块进行模数转换。为了有效的抑制共模噪声，提高采样精度，电压都通过LM358单电源运放构成的差分电路来采集。为了能够将光伏系统中的功率电路和控制电路进行电气隔离，因此，在采样电路中选用惠普公司的HCNR200线性光耦在功率电路和控制电路进行电气隔离。采用二阶有源低通滤波电路对从采样电路输出且将要输入A/D模块的模拟信号进行滤波处理。由于最大功率点跟踪是通过不同占空比的PWM波驱动Boost电路中的MOS管以较高的频率不断地导通/关断来实现的。因此，光伏发电电路存在较大的震荡，导致信号夹杂着大量的高频噪声，必须在信号采样电路中加入滤波电路进行信号滤波。
所述每路A/D模块各采用ADS7812PB模数转换芯片及其相应的外围电路构成。共2n路，可对n组光伏电池分别进行电压信号和电流信号的A/D转换。A/D转换电路的输入接上述二阶有源低通滤波电路的输出，A/D转换电路的控制端送入FPGA主控芯片，A/D转换电路的输出送入FPGA主控芯片，由FPGA主控芯片对A/D输出的数字信号进行接收以及对A/D转换进行控制。模数转换需要一定时间，在转换过程中，如果送给A/D芯片的模拟量发生变化，则不能保证精确度。A/D调理电路即采样保持电路，作用是采集模拟输入电压在某一时刻的瞬间值，并在数模转换器进行转换期间保持输出电压不变，以供模数转换。ADS7812PB模数转换芯片里面包含了采样保持电路，能在数模转换器进行转换期间保持输出电压不变。ADS7812PB为串行输出芯片，相对于并行输出芯片来说，能最大限度的节约FPGA芯片的管脚资源。在本实施例中，两块ADS7812PB通过FPGA主控模块，能同时对某一时刻的电压和电流信号进行采样。
所述FPGA主控模块由FPGA主控芯片、以及连接在FPGA主控芯片上的晶振电路和复位电路组成。在本实用新型中，所述FPGA芯片采用ATLERA公司的Cyclone II系列芯片，本实施例采用EP2C8Q208C8。FPGA主控芯片主要用于实现功率计算、MPPT算法模块以及PWM驱动信号产生。
所述每路场效应（MOS）管驱动电路模块各由高速光耦6N137芯片及其相应的外围硬件电路构成的电气隔离电路、以及由两只对称的功率开关管SS8050、S8550及其外围电路构成的驱动电路组成，其中电气隔离电路的输入端与FPGA芯片的输出端相连，电气隔离电路的输出端与驱动电路的输入端相连，驱动电路的输出端与DC/DC模块的控制端相连。电气隔离电路用于对功率电路和控制电路进行电气隔离；驱动电路输出占空比可变的PWM波连接DC/DC电路中的功率开关管，通过占空比可调的PWM波驱动DC/DC电路的功率开关管，达到阻抗匹配的目的，从而实现最大功率追踪。由于EP2C8Q208C8输出的PWM波的最大幅值只有3.3V左右，无法直接驱动MOS管工作，因此需要加入一个MOS管驱动电路。由于光伏MPPT控制系统进行最大功率点跟踪要求MOS管的导通/关断频率较高(20KHz)，因此本文采用推挽电路结构作为MOS管驱动电路结构。高速光耦用于功率电路与控制电路的电气隔离。在本实施例中，由SS8050、S8550两MOS管和6N137高速光耦组成。
传统的扰动观察法存在的最大缺点是在寻优过程中会引起振荡，原因在于扰动步长的选取。使用固定步长时，若选取步长较大，则到达最大功率点附近后会有较大的振荡，因此会有较大的功率损失；若选取步长较小，则减小了在最大功率点处的振荡，但是降低了系统的响应速度，当外界变化较大时，需要较长的时间达到最大功率点，会影响光伏阵列的输出效率；改进后的扰动观察法采用变步长，步长dv=|Pn-P(n-1)|/In。不需要自己设定步长的变化，根据前一次与当次测定的数据进行调节，简化了系统的运算，节省了大量的空间，提高了系统的响应速度与跟踪精度。该算法思想是：给定一个初始的参考电压，由采样到得电压与电流值经过计算得到一个初始的输出功率，并进行储存。给系统加入扰动，光伏电池的输出发生改变，将改变后的采样结果经过运算得到的功率与前一次得输出功率进行比较，经过运算得到输出电压的变化量，由这个变化量来调节输出PWM波的占空比，达到提高输出功率转换效率的目的。该改进算法的流程如下：当n-1次的功率小于n次功率时，用n次电压加上电压的变化量，作为下次的输出电压；否则，判断两次采样的功率是否相等，若相等那么输出功率达到最大功率点处，一次跟踪结束，若不等，则用n次电压减去电压的变化量，作为下次的输出电压，继续寻找最大功率点。
如图2所示，是本实用新型FPGA芯片内部一组光伏电池硬件控制模块图。A/D接口分别接收来自A/D转换芯片的电压和电流数字信号，通过中值滤波后，计算出本次光伏电池组的输出功率。再把本次得到的功率与储存在寄存器模块内部的前一次功率值进行比较后得到新的基准输出电压，再把较大的功率储存用于下次比较。再通过与芯片内部的三角波产生模块进行比较，得到占空比可调的用于进行阻抗匹配的PWM波。
如图3所示，是本实用新型其中一路PWM驱动波形提取框图。通过光伏电池组回路的分压和测试电流的电阻，提取出所要测量的电流和电压。由于最大功率点跟踪是通过不同占空比的PWM波驱动Boost电路中的MOS管以较高的频率不断地导通/关断来实现的。因此，光伏发电电路存在较大的震荡，导致信号夹杂着大量的高频噪声，必须在信号采样电路中加入滤波电路进行信号滤波。本实用新型采用二阶有源低通滤波电路对从采样电路输出且将要进行A/D转换的模拟信号进行滤波处理。为了不因电路的震荡得到突变的电流电压信号，对系统产生影响。FPGA芯片内部对测量信号进行了中值滤波，分别对信号采样三次，从大到小排列后取中间的数值作为采样值。最后经过MPPT算法电路和PWM产生电路，得到占空比可调的PWM驱动波。

Claims (8)

1.光伏发电逆变器的多输入最大功率追踪控制装置，其特征在于：主要由n路DC/DC模块、2n路信号采样电路模块、2n路A/D模块、FPGA主控模块以及n路场效应管驱动电路模块组成；其中n的取值与光伏阵列中光伏电池组的个数相同；
每个光伏电池组的电压信号输出端和电流信号输出端送入同一路DC/DC模块的2个输入端，每个光伏电池组的电压信号输出端和电流信号输出端各送入一路信号采样电路模块的输入端，每路信号采样电路模块的输出端连接一路A/D模块的输入端，所有A/D模块的输出端连接至FPGA主控模块的2n个输入端上，FPGA主控模块的n个输出端各连接一路场效应管驱动电路模块的输入端，每路场效应管驱动电路模块的输出端连接一路DC/DC模块的控制端，所有DC/DC模块的输出端正极合为一路形成本多输入最大功率追踪控制装置的输出端正极，所有DC/DC模块的输出端负极合为一路形成本多输入最大功率追踪控制装置的输出端负极。
2.根据权利要求1所述的光伏发电逆变器的多输入最大功率追踪控制装置，其特征在于：每个光伏电池组各由多块太阳能电池板串联而成。
3.根据权利要求1所述的光伏发电逆变器的多输入最大功率追踪控制装置，其特征在于：每路DC/DC模块各由BOOST升压电路、2个分压电阻及1个测试电阻组成，其中由2个分压电阻串联后与BOOST电路的输入端并联，测试电阻串联在BOOST电路的输入端正极上；BOOST升压电路的输入端分别连接光伏电池组的电压信号输出端和电流信号输出端，BOOST升压电路的输出端正极形成本多输入最大功率追踪控制装置的输出端正极，BOOST升压电路的输出端负极形成本多输入最大功率追踪控制装置的输出端负极。
4.根据权利要求1所述的光伏发电逆变器的多输入最大功率追踪控制装置，其特征在于：每路信号采样电路模块各由差分输入电路、线性隔离电路和二阶有源低通滤波电路组成，差分输入电路的输入端与DC/DC模块输入端，差分电路的输出端接线性隔离电路的输入端，线性隔离电路的输出端送入二阶有源低通滤波电路的输入端，二阶有源低通滤波电路的输出端送入相应的A/D模块。
5.根据权利要求1所述的光伏发电逆变器的多输入最大功率追踪控制装置，其特征在于：每路A/D模块各由一ADS7812PB模数转换芯片构成。
6.根据权利要求1所述的光伏发电逆变器的多输入最大功率追踪控制装置，其特征在于：FPGA主控模块由FPGA主控芯片，以及连接在FPGA主控芯片上的晶振电路和复位电路组成。
7.根据权利要求1所述的光伏发电逆变器的多输入最大功率追踪控制装置，其特征在于：每路场效应管驱动电路模块各由电气隔离电路和驱动电路组成，电气隔离电路的输入端与FPGA芯片的输出端相连，电气隔离电路的输出端与驱动电路的输入端相连，驱动电路的输出端与DC/DC模块的控制端相连。
8.根据权利要求1所述的光伏发电逆变器的多输入最大功率追踪控制装置，其特征在于：n取值范围介于1-6之间。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103744467A (zh) * 2013-12-16 2014-04-23 浙江大学 用于微小卫星电源系统的太阳能电池最大功率追踪装置及其控制方法
CN104868551A (zh) * 2015-05-29 2015-08-26 西北工业大学 一种基于fpga的小卫星mppt控制系统
CN105006837A (zh) * 2015-07-23 2015-10-28 广西师范大学 基于非线性动力学特性的光伏微网灾变预测方法及装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103744467A (zh) * 2013-12-16 2014-04-23 浙江大学 用于微小卫星电源系统的太阳能电池最大功率追踪装置及其控制方法
CN103744467B (zh) * 2013-12-16 2015-08-26 浙江大学 用于微小卫星电源系统的太阳能电池最大功率追踪装置及其控制方法
CN104868551A (zh) * 2015-05-29 2015-08-26 西北工业大学 一种基于fpga的小卫星mppt控制系统
CN105006837A (zh) * 2015-07-23 2015-10-28 广西师范大学 基于非线性动力学特性的光伏微网灾变预测方法及装置

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