一種基于粒子群優(yōu)化的多路mppt裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明專利涉及光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多建筑光伏陣列群體控制最大 功率點(diǎn)跟蹤裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著光伏發(fā)電迅速接近"平價上網(wǎng)"，太陽能正日益成為重構(gòu)未來能源結(jié)構(gòu)的主要 力量。而一項(xiàng)來自中國建筑科學(xué)研究院的調(diào)查顯示，目前我國建筑能耗約占全社會總能耗 的1 / 3。因此，光伏建筑一體化（BIPV)是大勢所趨，不僅可以減少占地面積，保證自身建 筑用電，還節(jié)約電站送電網(wǎng)的投資，減少輸電、配電損耗，兼顧經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，具有極大的 社會和經(jīng)濟(jì)效益。然而，局部遮陰條件下光伏陣列P-V特性引起的多個極值點(diǎn)使常規(guī)的最 大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT)算法失效；其次，不同光伏陣列之間存在朝向不一致的問題；再者，建 筑物周邊設(shè)施之間的互相遮擋，造成光伏陣列上不同程度的陰影，使得各個光伏陣列工作 于不同的最大功率點(diǎn)。傳統(tǒng)的串、并聯(lián)集中式結(jié)構(gòu)在復(fù)雜環(huán)境下難以實(shí)現(xiàn)良好的最大功率 點(diǎn)跟蹤。
[0003] 復(fù)雜環(huán)境下，光伏陣列的輸出呈現(xiàn)嚴(yán)重的非線性特性，尤其在陰影條件下呈現(xiàn)多 峰值現(xiàn)象，使得傳統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤算法失效，如常用的恒定電壓法、擾動觀察法、電導(dǎo)增 量法等，這些方法簡單易于實(shí)現(xiàn)，可適用于精度要求不高的光伏發(fā)電場合
[0004] 華北電力大學(xué)申請?zhí)枮?01020679406.4的發(fā)明專利"一種多路光伏電源MPPT控 制裝置"，可以明顯降低光伏發(fā)電成本，它由單片機(jī)和多個光伏電源控制單元組成，每個光 伏電源控制單元的電能輸入端接一組光伏電池，輸出端通過中樞點(diǎn)母線接負(fù)載或并網(wǎng)系 統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)是使用同一單片機(jī)來控制不同位置上的光伏電源，使它們均可追蹤到最大功率點(diǎn)， 避免了同一時間不同地點(diǎn)由于光照強(qiáng)度、溫度等條件差異所造成的能量損失，缺點(diǎn)是環(huán)境 劇烈變化時，最大功率點(diǎn)跟蹤可能失效，陷入局部最優(yōu)，光伏效率難以實(shí)現(xiàn)最大化。中電電 氣集團(tuán)申請?zhí)枮?01010223784. 6的發(fā)明專利提出一種雙峰最大功率點(diǎn)跟蹤方法，定時進(jìn) 行全局掃描法，在一般最大功率點(diǎn)跟蹤算法中加入周期全局掃描，根據(jù)太陽能系統(tǒng)串并聯(lián) 特點(diǎn)有效地縮短掃描時間，避免系統(tǒng)工作在次最大功率點(diǎn)；申請?zhí)枮?01010018319. 9的發(fā) 明專利則提出分別從左右兩側(cè)搜索尋找全局最大功率點(diǎn)。雖然上述兩種方法均能找到真正 的最大功率點(diǎn)，但是不可避免會使光伏陣列的輸出功率產(chǎn)生不必要的長時間大幅度震蕩， 從而產(chǎn)生額外的功率損失并對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊。
[0005] 粒子群優(yōu)化（PSO)算法在多目標(biāo)尋優(yōu)和多峰函數(shù)優(yōu)化方面有著良好的性能。因 此，如何將粒子群算法應(yīng)用于光伏群體MPPT尋優(yōu)問題，實(shí)現(xiàn)每個光伏陣列和整體光伏陣列 的最大功率點(diǎn)運(yùn)行，以充分發(fā)揮BIPV的特性，具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明專利要解決的技術(shù)問題是：如何解決復(fù)雜環(huán)境下各個建筑光伏陣列同時運(yùn) 行于各自的最大功率點(diǎn)問題。
[0007] 本發(fā)明專利提出的一種基于粒子群優(yōu)化的多路MPPT裝置，包括硬件電路和DSP軟 件編程。所述硬件電路包括n(n > 1)個光伏陣列[1]和相應(yīng)升壓電路[3]、一塊DSP控制 器[6]及其外圍電路，所述光伏陣列[1]與升壓電路[3]之間、所述升壓電路[3]與逆變器
[5]之間各設(shè)有一個濾波電容[4]，所述DSP控制器[6]的外圍電路連接有保護(hù)與控制電 路、采樣調(diào)理電路和電平轉(zhuǎn)換電路，所述電平轉(zhuǎn)換電路連接有I / 〇信息模塊和驅(qū)動模塊； 所述DSP控制器[6]的軟件編程部分包括MPPT算法和Boost電路開關(guān)管的占空比計(jì)算部 分。
【附圖說明】
[0008] 圖1為本發(fā)明裝置的電路原理圖；
[0009] 圖2為本發(fā)明裝置的數(shù)據(jù)采集與處理結(jié)構(gòu)框圖；
[0010] 圖3為本發(fā)明裝置的群控粒子群優(yōu)化算法示意圖；
[0011] 圖4為本發(fā)明裝置的群控粒子群優(yōu)化算法程序流程圖。
[0012] 圖中：1、光伏陣列，2、穩(wěn)壓電容，3、升壓電路，4、濾波電容，5、逆變器，6、DSP控制 器。
【具體實(shí)施方式】
[0013] [1]PV1，PV2, . . .，PVn是η路光伏陣列，給逆變器提供多路輸入；由于Boost升壓 電路會帶來電壓紋波，所以適當(dāng)?shù)丶尤霝V波電路，可以濾掉前端的電壓紋波。
[0014] [2]主電路采用兩級式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以擴(kuò)大電池板輸入電壓的范圍。前級升壓電路 采用傳統(tǒng)的Boost電路，將電池板輸入電壓升高到滿足逆變器要求的高電壓，同時完成對 電池板最大功率點(diǎn)的跟蹤，所以整個逆變器不含隔離變壓器，降低了系統(tǒng)成本。
[0015] [3]所述裝置采用TI公司推出的32位浮點(diǎn)型TMS320F28335DSP處理器，可以高速 執(zhí)行浮點(diǎn)運(yùn)算，節(jié)省代碼執(zhí)行時間和存儲空間。包括對模擬量的采樣保持并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、 最大功率點(diǎn)跟蹤計(jì)算、10 口數(shù)據(jù)采集。
[0016] [4]所述群控MPPT方法選擇適當(dāng)粒子數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)，各粒子維數(shù)由光伏陣列數(shù) 目確定，每個粒子包含了各光伏陣列的控制信息。各粒子諫度￥新公式和位置￥新公 式分別為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于粒子群優(yōu)化的多路MPPT裝置，其特征是，它由一個MPPT控制器和多個建筑 光伏陣列組成，每個光伏陣列的電能輸入端接一組或串或并的光伏電池（PVn)，電能輸出端 接各自的升壓電路，升壓電路的開關(guān)管（Vn)接DSP的控制信號輸出端，各光伏陣列升壓后 的總電壓電流經(jīng)傳感器檢測后接DSP的相應(yīng)信號輸入端。
2. 權(quán)利要求1所述的升壓電路，均由IGBT(Vn)、電感（L)、二極管（Dn)組成，升壓電路 的輸入端接穩(wěn)壓電容[2]，輸出端接濾波電容[4]，各濾波電容[4]的輸出端接直流母線。
3. 權(quán)利要求1所述裝置的MPPT群控方法，其特征包括以下幾點(diǎn)： 1) 只需檢測兩路輸入信號便可完成本裝置輸入信號的需要，即直流母線側(cè)電壓和電流 信號，大大減少了傳感器數(shù)量和采樣信號電路。 2) 當(dāng)外界環(huán)境變化時，系統(tǒng)重新初始化程序?qū)ふ倚碌淖畲蠊β庶c(diǎn)需同時滿足穩(wěn)態(tài)判斷 條件 |Avk| =lUiGO-Ujk-l)，U2(k)-U2(k-1)，U3(k)-U3(k-1)|〈AV和環(huán)境變化判斷條件
3) 自適應(yīng)線性調(diào)整器用來縮小重新初始化時的位置范圍。新的最大功率點(diǎn)電壓由實(shí) 時功率變化量（APzP^ip-P)、線性斜率1/1以及舊的最大功率點(diǎn)工作電壓\1(1近似計(jì)算
1 1 :照減弱時1 = 1 / 2;同時引入擾動因子1(9對參考電壓進(jìn)行 正、負(fù)方向擾動，使至少一個粒子靠近新的MPP，擾動公另
5)由各光伏陣列的開路電壓UD,,"和直流母線側(cè)電壓UDC推導(dǎo)出各升壓電路占空比公式
S建筑光伏陣列運(yùn)行于各自的最大功率點(diǎn)處。 4?權(quán)利要求3所述的MPPT群控方法，采用32位TMS320F28335DSP處理器實(shí)現(xiàn)，可以高 速執(zhí)行浮點(diǎn)運(yùn)算，節(jié)省代碼執(zhí)行時間和存儲空間，可靠性強(qiáng)。
【專利摘要】本發(fā)明設(shè)置多條升壓支路并聯(lián)，采用自適應(yīng)線性調(diào)整器重啟粒子群算法，通過選擇合適的開關(guān)管導(dǎo)通時間，使各建筑光伏陣列運(yùn)行于各自的最大功率點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)群體功率最優(yōu)控制，最大程度發(fā)揮了BIPV系統(tǒng)的發(fā)電效率；多條升壓支路采用同一個控制器，不僅減少了DSP代碼長度，還大幅減少了系統(tǒng)中傳感器等檢測電路的數(shù)目，有效降低系統(tǒng)成本、減小裝置體積，同時避免了由于變壓器帶來的成本過高，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)成本更低、體積更小、可靠性更強(qiáng)的光伏MPPT裝置提供了一種有效思想。
【IPC分類】G05F1-67, H02S10-00
【公開號】CN104699166
【申請?zhí)枴緾N201310651683
【發(fā)明人】胡立坤, 盧泉, 王淼, 盧子廣, 呂智林, 丁愛華, 曾憲金, 唐文強(qiáng), 姬麗雯
【申請人】廣西大學(xué)
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2013年12月6日