CN209028500U - 基于环境实时检测的太阳能光伏发电mppt控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于光伏发电技术领域，具体涉及一种光伏发电最大功率点跟踪控制装置。本实用新型采用的技术方案为：一种基于环境实时检测的太阳能光伏发电MPPT控制装置，包括光伏阵列、DC/DC变换电路、电压采样电路、电流采样电路、光强检测模块、温度检测模块、STM32控制模块、隔离驱动电路和显示模块；所述DC/DC变换电路包括第一电容C1、电感L、MOSFET管、二极管D以及第二电容C2。本实用新型增加了对光照强度和工作温度等环境因素的实时检测，在环境因素突变时可以有效降低跟踪算法的难度，便于工程应用。
Description
技术领域
本实用新型属于光伏发电技术领域，具体涉及一种光伏发电最大功率点跟踪控制装置。
背景技术
近年来太阳能光伏发电技术得到了极大的重视与发展，采用最大功率点跟踪（MPPT）技术可有效提升光伏系统的能量转换效率。传统的太阳能光伏发电MPPT控制装置通过检测光伏阵列的输出电压和输出电流，申请公布号CN 107340798 A（申请公布日2017.11.10）提出了一种太阳能发电MPPT控制装置，包括电压检测电路、电流检测电路、控制模块、电压变换单元、驱动电路和显示模块。MPPT控制装置的工作环境存在各种电磁干扰，且控制模块的电平信号为5V或3.3V的小信号，电压变换单元的工作电压通常远高于5V，如驱动电路未采取隔离措施，现场干扰通过电压变换单元反窜入控制模块造成控制模块的误动作乃至损坏，或一旦驱动电路发生故障，会造成电压变换单元中的高电平进入控制模块而烧毁器件。
发明内容
本实用新型为克服现有MPPT控制装置的不足，在驱动电路的基础上增加隔离手段，即采用隔离驱动电路，有效实现控制模块与电压变换单元的电气隔离，提高MPPT控制装置的抗干扰能力和可靠性，且增加了实时检测环境的光强检测模块和温度检测模块。
本实用新型采用的技术方案为：一种基于环境实时检测的太阳能光伏发电MPPT控制装置，包括光伏阵列、DC/DC变换电路、电压采样电路、电流采样电路、光强检测模块、温度检测模块、STM32控制模块、隔离驱动电路和显示模块；所述DC/DC变换电路包括第一电容C1、电感L、MOSFET管、二极管D以及第二电容C2；第一电容C1的两端分别与光伏阵列的正负极连接，电感L的一端与光伏阵列的正极相连接，电感L的另一端连接MOSFET管的漏极、二极管D的正极，MOSFET管的源极连接光伏阵列的负极、直流负载的负极，二极管D的负极连接直流负载的正极、第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端连接光伏阵列的负极，MOSFET管的栅极连接隔离驱动电路的输出端；电压采样电路的输入取自光伏阵列的输出电压，电压采样电路的输出端连接STM32控制模块；电流采样电路的输入取自光伏阵列的输出电流，电流采样电路的输出端连接STM32控制模块；光强检测模块、温度检测模块、显示模块连接STM32控制模块。所述电压采样电路、电流采样电路分别检测光伏阵列的输出电压和输出电流，将光照强度、工作温度、输出电压和输出电流输入STM32控制模块，通过算法处理后产生的PWM信号经光电隔离和驱动后控制MOSFET通断，从而驱动直流负载。同时，通过显示实时显示光伏发电装置的电压、电流、功率、环境光强和环境温度。
进一步，所述STM32控制模块采用STM32F103ZET6，还包括电源模块、LCD接口模块。
进一步，所述电源模块为所述MPPT控制模块中的各种集成芯片提供供电电压5V和3.3V。
进一步，所述STM32控制模块的LCD接口连接液晶显示模块。
进一步，所述的电压检测电路由R6和R7组成，采用电阻分压原理，通过设置R6/R7的值将光伏阵列的输出电压转成STM32能接收的3.3V以下电压值，由PC1口输入STM32。
进一步，所述的电流检测电路由电流电压转换电路和差分比例运算电路组成，电流电压转换电路仅包括小电阻R3，差分比例运算电路有电阻R4、R5、R6、R7及运放OA1组成。光伏阵列的输出电流经小电阻R3转换成电压信号，然后经差分比例运算电路放大到STM32能接收的3.3V以下电压值，由PC0口输入STM32。
进一步，所述光强检测模块采用SYS-NH2D10CU2光强照度传感器，输出引脚V+与STM32的PC5引脚相连。SYS-NH2D10CU2的量程范围为0~200000lx，输出信号为0~2V，可以精确检测太阳能全光谱范围内的光照强度。
进一步，所述温度检测模块采用量程范围为－55℃～+125℃的温度传感器DS18B20，可以检测全范围的环境温度。DS18B20直接将温度信号转换为数字信号，通过1-wire总线的数据线DATA与STM32的PD6引脚相连，R8为4.7K的上拉电阻。
进一步，所述隔离驱动电路采用光电耦合和推挽电路组成，其中光电耦合电路包括反相器OC1和光电耦合器，用以STM32控制模块和负载之间的隔离，提高STM32的抗干扰能力；推挽电路包括V1和V2两个互补的晶体管及电阻R9、R10、R11、R12、R13，用于将STM32输出的低电平信号进行放大后输出可以控制MOSFET管的PWM脉冲信号。
本实用新型与现有控制装置相比，具有以下优点：
1）采用隔离驱动电路可以有效抑制现场干扰对STM32控制模块的影响，提升光伏发电MPPT控制装置的抗干扰性能。
2）采用高性能、高精度的STM32芯片，对信号检测、数据处理和控制输出周期短，反应灵敏，可以有效提高对太阳能的利用效率。
附图说明
图1为本实用的整体结构示意图；
图2 为本实用新型的电压采样电路；
图3 为本实用新型的电流采样电路；
图4 为本实用新型的光照强度采样电路；
图5 为本实用新型的温度采样电路；
图6 为本实用新型的隔离驱动电路。
具体实施方式
如图1所示，一种基于环境实时检测的太阳能光伏发电MPPT控制装置，其特征在于，包括光伏阵列、DC/DC变换电路、电压采样电路、电流采样电路、光强检测模块、温度检测模块、STM32控制模块、隔离驱动电路和显示模块；所述电压采样电路、电流采样电路、光强检测模块和温度检测模块连接STM32控制模块，STM32控制模块连接隔离驱动电路，隔离驱动电路连接DC/DC变换电路中的MOSFET的控制端，DC/DC变换电路连接直流负载；同时，STM32控制模块连接显示模块。所述的光强检测模块和温度检测模块分别检测光照强度和工作温度，所述电压采样电路、电流采样电路分别检测光伏阵列的输出电压和输出电流，将光照强度、工作温度、输出电压和输出电流输入STM32控制模块，通过算法处理后产生的PWM信号经光电隔离和驱动后控制MOSFET通断，从而驱动直流负载。同时，通过显示实时显示光伏发电装置的电压、电流、功率、环境光强和环境温度。
如图1所示，所述DC/DC变换单元包括电容C1、电感L、MOSFET管、二极管D以及电容C2；电容C1的两端分别与光伏阵列的正负极连接，电感L的一端与PV阵列的正极相连接，另一端连接MOSFET管的漏极以及二极管的正极，MOSFET管的源极接地，二极管D的负极连接电容C2的一端，电容C2的另一端接地，隔离驱动电路的输出端连接MOSFET管的栅极。
具体实施时，所述STM32控制模块采用STM32F103ZET6，还包括电源模块、LCD接口模块。电源模块为所述MPPT控制模块中的各种集成芯片提供供电电压5V和3.3V；LCD接口模块用以连接液晶显示模块。
如图2所示，所述的电压检测电路由R6和R7组成，采用电阻分压原理，通过设置R6/R7的值将光伏阵列的输出电压转成STM32能接收的3.3V以下电压值，由PC1口输入STM32。R6和R7的数值根据实际应用时光伏阵列的输出电压范围确定。
如图3所示，所述的电流检测电路由电流电压转换电路和差分比例运算电路组成，电流电压转换电路仅包括小电阻R3，差分比例运算电路有电阻R4、R5、R6、R7及运放OA1组成。光伏阵列的输出电流经小电阻R3转换成电压信号，然后经差分比例运算电路放大到STM32能接收的3.3V以下电压值，由PC0口输入STM32。电路中器件参数根据实际应用时光伏阵列的输出电流范围确定。
如图4所示，具体实施时，所述光强检测模块采用SYS-NH2D10CU2光强照度传感器，输出引脚V+与STM32的PC5引脚相连。SYS-NH2D10CU2的量程范围为0~200000lx，输出信号为0~2V，可以精确检测太阳能全光谱范围内的光照强度。
如图5所示，具体实施时，所述温度检测模块采用量程范围为－55℃～+125℃的温度传感器DS18B20，可以检测全范围的环境温度。DS18B20直接将温度信号转换为数字信号，通过1-wire总线的数据线DATA与STM32的PD6引脚相连，R8为4.7K的上拉电阻。
如图6所示，所述隔离驱动电路采用光电耦合和推挽电路组成，其中光电耦合电路包括反相器OC1和光电耦合器，用以STM32控制模块和负载之间的隔离，提高STM32的抗干扰能力；推挽电路包括V1和V2两个互补的晶体管及电阻R9、R10、R11、R12、R13，用于将STM32输出的低电平信号进行放大后输出可以控制MOSFET管的PWM脉冲信号。电路中器件参数根据实际应用时MOSFET管的开启电压确定。
应当理解的是，本实用新型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实用新型所附权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于环境实时检测的太阳能光伏发电MPPT控制装置，其特征在于:包括光伏阵列、DC/DC变换电路、电压采样电路、电流采样电路、光强检测模块、温度检测模块、STM32控制模块、隔离驱动电路和显示模块；所述DC/DC变换电路包括第一电容C1、电感L、MOSFET管、二极管D以及第二电容C2；第一电容C1的两端分别与光伏阵列的正负极连接，电感L的一端与光伏阵列的正极相连接，电感L的另一端连接MOSFET管的漏极、二极管D的正极，MOSFET管的源极连接光伏阵列的负极、直流负载的负极，二极管D的负极连接直流负载的正极、第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端连接光伏阵列的负极，MOSFET管的栅极连接隔离驱动电路的输出端；电压采样电路的输入取自光伏阵列的输出电压，电压采样电路的输出端连接STM32控制模块；电流采样电路的输入取自光伏阵列的输出电流，电流采样电路的输出端连接STM32控制模块；光强检测模块、温度检测模块、显示模块连接STM32控制模块。
2.如权利要求1所述的一种基于环境实时检测的太阳能光伏发电MPPT控制装置，其特征在于：所述光强检测模块为SYS-NH2D10光强照度传感器。
3.如权利要求1所述的一种基于环境实时检测的太阳能光伏发电MPPT控制装置，其特征在于：所述温度检测模块为DS18B20温度传感器。
4.如权利要求1所述的一种基于环境实时检测的太阳能光伏发电MPPT控制装置，其特征在于：所述STM32控制模块采用STM32F103ZET6。
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| CN201821542470.0U CN209028500U (zh) | 2018-09-20 | 2018-09-20 | 基于环境实时检测的太阳能光伏发电mppt控制装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111412952A (zh) * | 2020-04-28 | 2020-07-14 | 中国东方电气集团有限公司 | 一种工业环境可穿戴式设备 |
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2018
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