專利名稱：一種太陽能光伏發(fā)電最大功率跟蹤器及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，特別是涉及具有最大功率跟蹤的獨(dú)立、并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的跟蹤器及控制方法。
背景技術(shù)：
隨著太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展，運(yùn)用獨(dú)立運(yùn)行和并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)分別解決邊遠(yuǎn)無電地區(qū)用電和在城市中緩解能源供應(yīng)緊張發(fā)揮了重要的作用，并網(wǎng)光伏系統(tǒng)正在成為世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)。不論是獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)或并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，如何利用有限的空間和面積，提高系統(tǒng)的效率，獲得最大的能量，就顯得更為重要，特別是是太陽能光電池高昂的價格和較低的效率是制約太陽能光伏系統(tǒng)的推廣應(yīng)用的主要原因。因此，充分利用太陽能資源，提高光電池的使用效率，降低光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本，是一個重要的研究課題，通常采用最大功率跟蹤的辦法來實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)表明最大功率跟蹤器可以使光伏陣列的輸出功率提高15-25％，大大提高系統(tǒng)利用效率。
國外設(shè)計研制的光伏控制器和并網(wǎng)光伏逆變器將最大功率跟蹤作為其中的一個重要功能來實(shí)現(xiàn)，針對單個系統(tǒng)采用軟件或軟硬件結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)了最大功率跟蹤，這種做法通常存在一定的局限性，即(1)通常的最大功率跟蹤器針對特定的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，獨(dú)立系統(tǒng)或者并網(wǎng)系統(tǒng)，沒有形成一個單獨(dú)的裝置。
(2)最大功率跟蹤器使用單支路的結(jié)構(gòu)，當(dāng)需要的功率較大時，將多路的光伏陣列直接并聯(lián)到直流輸入端，由于各路光伏陣列本身特性和受光條件存在差異，光伏陣列的最大功率點(diǎn)也存在著差異，直接將他們并聯(lián)，光伏陣列之間就會出現(xiàn)不匹配的情況，結(jié)果是每一組光伏陣列輸出都不在最大功率點(diǎn)，而且在控制方式和控制算法上采用較多的方式和算法，各種方式和算法存在較大的差異，都存在明顯的缺點(diǎn)。國內(nèi)也有較少的光伏系統(tǒng)采用了最大功率跟蹤，其采用的最大功率跟蹤也與國外的類似，亦存在上述同樣的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型的最大功率跟蹤器及其控制方法，優(yōu)化目前的最大功率跟蹤器的不足，與上述功能電路相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、采用雙支路的結(jié)構(gòu)，支路數(shù)可以任意擴(kuò)展，兩臺最大功率跟蹤器也可以實(shí)現(xiàn)直接并聯(lián)，對不同特性和光照條件的光伏陣列可以同時進(jìn)行最大功率跟蹤，而這兩組光伏陣列的特性可以存在較大的差異，都不會存在不匹配的情況；2、兩組輸入可以實(shí)現(xiàn)熱拔插，任何一路工作時，另一路可以隨時開啟或關(guān)閉；3、在控制方式上，采用的是對最大功率點(diǎn)不敏感的電壓控制的方式，最大功率點(diǎn)追蹤的效果較電流追蹤有所提高；4、在最大功率跟蹤算法上，采用的是使最大功率點(diǎn)穩(wěn)定的增量阻抗法；5、該系統(tǒng)如果用在并網(wǎng)系統(tǒng)中，在后級逆變環(huán)節(jié)中只需要實(shí)現(xiàn)定電壓控制，與單級變換相比，控制難度減輕，從而可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的調(diào)制方式，提高饋入電網(wǎng)電能的質(zhì)量；6、該裝置設(shè)計的功率范圍(200W-3kW)和輸入電壓范圍(150V-600V)很寬，這樣可以適合于多種配置，和不同的溫度光照條件。
7、采用Boost電路作為主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，省掉防反二極管，提高了系統(tǒng)效率；采用數(shù)字模擬混合控制的手段，并且圍繞脈寬調(diào)制控制芯片TL598實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的過壓、過流保護(hù)，通過二極管擊穿實(shí)現(xiàn)了Boost電路最大占空比的限制，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提高；8、該系統(tǒng)可作為多種直流負(fù)載的供電電源，既可用于獨(dú)立光伏系統(tǒng)，也可用于并網(wǎng)光伏系統(tǒng)；


圖1為太陽電池單體的等效電路；圖2為太陽能電池組件在一定溫度和光照條件下I-V曲線；圖3為太陽能電池組件在一定溫度和光照條件下P-V曲線；圖4為光伏發(fā)電最大功率跟蹤的原理圖；圖5為本發(fā)明的功率部分的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；圖6為本發(fā)明系統(tǒng)總的控制框圖；圖7為本發(fā)明微處理器部分的框圖；圖8為功率電路的控制框圖；圖9為本發(fā)明的總的軟件流程圖；圖10為本發(fā)明最大功率跟蹤算法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
圖1為一個太陽能電池單體的等效電路圖。如圖所示，一個理想的太陽電池，rs很小而rsh很大，在一般性的分析中，它們都可以忽略不計。此時，流過負(fù)載的電流IL＝ISC-I0(eqv/AKT-1)。式中，I0是太陽電池在無光照時的飽和電流，q為電子電荷，K為玻爾茲曼常數(shù)，A為二極管曲線因素，ISC為短路電流。一個太陽電池單體只能產(chǎn)生大約0.45V的電壓，遠(yuǎn)低于實(shí)際應(yīng)用所需要的數(shù)值。在工程應(yīng)用中，必須把太陽電池連接成組件。太陽電池組件包含一定數(shù)量的太陽電池，這些太陽電池通過導(dǎo)線連接。一個組件上，太陽電池的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量是36個或40個，開路電壓在20v左右。多個太陽電池組件連接起來就組成了太陽能光伏陣列。
太陽能電池組件在一定溫度和光照條件下I-V曲線如圖2所示當(dāng)電壓比較小時，太陽能電池，類似恒流源，當(dāng)電壓超過一定的臨界值，電流急劇下降，此時的太陽能電池類似為一個恒壓源。
太陽能電池組件在一定溫度和光照條件下P-V曲線如圖3所示上升和下降的分界點(diǎn)就是輸出功率的最大點(diǎn)。最大功率點(diǎn)的位置一般位于0.75-0.9Voc(開路電壓)或者0.85-0.95lsc(短路電流)之間，這和各個廠家的生產(chǎn)工藝有很大關(guān)系。為了能夠使太陽能電池輸出的功率最大，必須給它接上匹配的負(fù)載，讓它工作在最大功率點(diǎn)的電壓下，又由于太陽能電池的輸出特性曲線是隨著溫度和光照不斷變化的，它的最大功率工作點(diǎn)也是不斷變化的，所以必須通過控制手段跟蹤最大功率輸出點(diǎn)，并使太陽能電池工作始終在這一點(diǎn)附近。如圖4所示在特定的溫度和光照下，太陽能光伏陣列的實(shí)際工作點(diǎn)與所帶的負(fù)載有關(guān)，負(fù)載較大時，工作的電壓點(diǎn)較低，負(fù)載較小時，工作的電壓點(diǎn)較高，改變太陽能光伏陣列所帶的負(fù)載就可以改變太陽能光伏陣列的工作點(diǎn)。本發(fā)明采用了一種DC-DC變換器，通過改變DC-DC變換器中的占空比，即可改變太陽能光伏陣列的等效負(fù)載，從而達(dá)到改變光伏陣列工作點(diǎn)的目的。
本發(fā)明中采用了兩路Boost電路輸出并聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即使前面兩路光伏陣列的特性存在很大差異，系統(tǒng)也能對它們分別進(jìn)行中最大功率跟蹤。本發(fā)明可推廣到三路光伏或更多路光伏的情況。功率部分原理框如圖5所示，每路光伏陣列的輸出首先通過500uF的電容C1和C2，再通過電感L1、L2和二極管D1、D2接到輸出端，電感L1、L2的另一端通過兩個并聯(lián)的MOSFETS11、S12和S21、S22接到負(fù)極，通過開通和關(guān)斷MOSFET就能實(shí)現(xiàn)升壓的功能，兩路Boost電路的輸出并聯(lián)到輸出直流母線電容Co上。采用Boost電路，電路輸入電流的紋波較?。欢耶?dāng)輸入電壓較低時，通過升壓作用，可以使系統(tǒng)的輸出電壓仍然維持在一個較高的水平；Boost電路中二極管有防止能量回流的作用，而在其他的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，一般需要另加防反二極管，Boost電路由于省掉了另加防反二極管，在一定程度上可以提高系統(tǒng)的整體效率。Boost電路的缺點(diǎn)在于，當(dāng)負(fù)載端開路，輸出電壓會不斷上升，需要比較可靠的保護(hù)電路。在本電路設(shè)計中開關(guān)頻率為20kHz，電感取2.75mH，MOSFET選用的型號是ixys34N800，MOSFET采用的是RC吸收，電阻RS1、RS2為100歐姆，電容CS1、CS2為1nF，為了能夠在并網(wǎng)系統(tǒng)中使用，實(shí)現(xiàn)能量的解耦，Co選擇2200uF，由四個450v、2200uF的電容串并聯(lián)組成。
本發(fā)明采用的是模擬和數(shù)字混合控制的方案。圖6是每路最大功率跟蹤的控制框圖，如圖6所示，后級的直流負(fù)載或者逆變系統(tǒng)在圖中等效為一個負(fù)載?？傮w思路是微處理器首先獲得光伏方陣的電壓電流的信息，通過最大功率跟蹤算法，確定下一時刻光伏方陣的工作點(diǎn)，這一信息再通過數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)轉(zhuǎn)換成模擬參考點(diǎn)Vref，Vref與采樣到的實(shí)際的光伏陣列的電壓V的差值經(jīng)過比例積分PI調(diào)節(jié)后，經(jīng)過PWM(脈寬調(diào)制)控制芯片產(chǎn)生一定占空比的脈寬調(diào)制波，來控制DC-DC變換器。系統(tǒng)中使用的微處理器是Microchip公司的PIC16F877微處理器，PWM集成芯片使用的TI公司的TL598。利用PIC16F877微處理器8路AD轉(zhuǎn)換器中的5路獲得第一路光伏陣列的電壓、電流、第二路光伏陣列的電壓、電流、和最大功率跟蹤器輸出電壓的信號，微處理器再經(jīng)過運(yùn)算分別得出第一路光伏陣列和第二路光伏陣列光伏陣列的最大功率點(diǎn)，通過微處理器的PWM口CCP1和CCP2完成數(shù)模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的模擬信號，再分別給到PWM芯片TL598的一路偏差放大器的正端，實(shí)際采樣的光伏陣列的工作點(diǎn)接到該偏差放大器的負(fù)端，通過RC電路構(gòu)成PI環(huán)節(jié)，最后產(chǎn)生控制DC-DC變換器的PWM信號。
如圖7所示，本系統(tǒng)中使用的微處理器是美國Microchip公司的PIC16F877芯片，該芯片采用的是哈佛機(jī)構(gòu)，精簡指令集，僅35條單字指令；2.5-5.5V的工作電壓，抗干擾能力強(qiáng)；除地址分支指令外，其余全為單周期指令，執(zhí)行速度可以達(dá)到200ns；自帶8路十位A/D轉(zhuǎn)換輸入，兩路2路CCP模塊(捕捉輸入，比較輸出，PWM輸出)。系統(tǒng)中使用了PIC16F877的AN0，AN1，AN2，AN3，AN4，作為第一路太陽能光伏陣列電壓信號、電流信號、第二路光伏陣列電壓、電流信號和最大功率跟蹤器輸出電壓信號的模擬輸入，PIC微處理器內(nèi)部自帶的AD轉(zhuǎn)換裝置將它們轉(zhuǎn)換為微處理器內(nèi)部運(yùn)算所需要的數(shù)字信號。電壓的采樣使用的是電阻分壓的方法，這種方法簡單可靠，成本低。實(shí)際系統(tǒng)中使用的是四個560k的電阻和11K的電阻串聯(lián)，由11K的電阻分壓得到采樣電壓信號。微處理器是十位的精度，這樣1000V對應(yīng)的采樣電壓為4.8867V，對應(yīng)于微處理器的采樣值為1001，這樣就可以近似地認(rèn)為經(jīng)過微處理器AD轉(zhuǎn)換后的值就是實(shí)際電壓的值。電流的采樣使用的是北京森社科技公司生產(chǎn)的LA-50P霍爾電流傳感器，原邊的電流由于磁平衡的原理在副邊感應(yīng)出和原邊成比例的微小電流，這個電流接上外接電阻就可以轉(zhuǎn)換成可供微處理器測量的微小的電壓信號。LA-50P，原邊50A的電流對應(yīng)于副邊50mA的電流，在本系統(tǒng)中外接電阻RM為82歐姆，原邊的測量電流在穿孔中穿過了5圈，這樣10A的電流對應(yīng)的電壓信號為4.1V。PIC微處理器中有兩路十位的pwm輸出信號，高頻的pwm波經(jīng)過RC電路濾波以后可以變成平滑的直流電平，本發(fā)明使用了PIC16F877的兩路pwm輸出，來完成DA轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)太陽能光伏陣列參考電壓和輸出電壓最高值的給定。兩個IO口SHUT1M、SHUT2M用來啟動和關(guān)閉PWM芯片。
微處理器完成給定以后，將模擬量送入pwm控制芯片TL598，該芯片具有完整的pwm控制功能，有兩個誤差放大器，有誤差為1％的5V基準(zhǔn)電壓，欠壓封鎖功能，可變的死區(qū)控制功能，設(shè)定的參考電壓和實(shí)際電壓經(jīng)過PI調(diào)節(jié)后，再經(jīng)過TL598內(nèi)部的一些比較，觸發(fā)機(jī)制，就產(chǎn)生了一定占空比的脈寬調(diào)制波，這個PWM波經(jīng)過MOSFET驅(qū)動芯片max4420，就去可以控制DC-DC變換器。
TL598的外圍電路見圖8。對每路Boost電路，TL598管腳1接輸出電壓采樣信號VOUT，管腳2接設(shè)定的保護(hù)電壓點(diǎn)的模擬信號，管腳1和管腳2構(gòu)成TL598內(nèi)部的偏差放大器一，管腳3為反饋端，管腳5接振蕩電路電容，管腳5接振蕩電路電阻，管腳7接地，管腳8和管腳9為PWM信號輸出端，在本發(fā)明中兩路信號相同，將他們直接連接在一起，管腳10接地，管腳11和管腳12接15V電源，管腳13接地，表示TI598工作單端工作狀態(tài)，管腳14為5V電壓參考輸出端，VPV2為一路光伏的電壓，它通過一個電阻R20接到TL598的管腳15端，管腳16接微處理器PIC16F877給定的光伏陣列的工作電壓，15管腳和16管腳構(gòu)成TL598內(nèi)部的偏差比較器二。利用偏差放大器二，和反饋端3構(gòu)成比例積分(PI)調(diào)節(jié)，偏差放大器二的同相端16管腳接微處理器電路的給定的參考工作點(diǎn)，反相端15管腳接實(shí)際采樣回來的信號。當(dāng)實(shí)際電壓高于給定電壓時通過PI調(diào)節(jié)，增加占空比，反之則減小占空比。圖中R20和R34構(gòu)成了比例環(huán)節(jié)，R34和C12構(gòu)成了積分環(huán)節(jié)，R34與C13給控制器增加了一個極點(diǎn)，主要作用是抑制高頻增益，通過實(shí)驗(yàn)獲得的PI的參數(shù)為比例為10，積分時間常數(shù)為0.01。另外偏差放大器一用來做電壓保護(hù)，同相端1管腳接實(shí)際的輸出電壓的采樣信號，反相端接設(shè)定的模擬保護(hù)點(diǎn)。因?yàn)閮蓚€偏差放大器的輸出為或邏輯，即誰高誰有效，在通常的時候偏差放大器一的輸出為低，不會影響控制。為了確保電路的穩(wěn)定需要設(shè)定Boost的最大占空比，在本設(shè)計中通過二極管D13在基準(zhǔn)電壓(管腳14)作用下導(dǎo)通產(chǎn)生大約0.7V的死區(qū)電壓，接到tI598的死區(qū)控制端，使得最大占空比限制為75％左右。另外通過微處理器的一個I/O，圖中為SHUT2M，可以控制TL598的啟動和關(guān)閉，通常的時候此信號為低電平，不影響TL598的工作，當(dāng)微處理器給高信號時，使得死區(qū)控制端為5V，這樣就會封鎖PWM信號，從而達(dá)到關(guān)閉TL598的作用；圖中SHUT2I為電流過流信號，電流超過設(shè)定的值，此信號為高，SHUT2M和SHUT2I通過或門接到死區(qū)控制端，所以SHUT2I也具有關(guān)閉TL598的作用。
Boost電路如果開路，理論上它的輸出電壓為無窮大；如果MOSFET常通，輸入電容上的電也會使MOSFET過流，所以必須采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。
本發(fā)明主要是采用硬件保護(hù)，電壓保護(hù)是通過TL598的一路偏差放大器來完成的，當(dāng)輸出電壓高于設(shè)點(diǎn)的電壓，則此路偏差放大器輸出為高，就會封鎖PWM信號，從而達(dá)到保護(hù)的作用，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)計的保護(hù)點(diǎn)為550V，即輸出電壓超過550V時，就不會有脈寬調(diào)制信號，當(dāng)系統(tǒng)接在開路電壓為600V的系統(tǒng)中時，在后級負(fù)載開始工作前，控制電路都處于保護(hù)狀態(tài)，此時直流輸入電壓直接通過電感和二極管加到中間的直流母線電容上。
電流保護(hù)是利用了TL598的死區(qū)控制功能，流過MOSFET的電流值與設(shè)定的保護(hù)點(diǎn)的值通過比較器相比較，如果流過MOSFET的電流值高了，則比較器的輸出SHUT2I為高(5V)，使得TL598的死區(qū)控制端為5V，輸出脈沖被封鎖。
本發(fā)明跟蹤器控制方法的軟件思想能夠?qū)崿F(xiàn)雙支路以及多支路的協(xié)調(diào)工作和即插即用機(jī)制，系統(tǒng)軟件程序使用PIC匯編語言寫成也可以使用C語言，主流程圖見圖9，系統(tǒng)中有兩路光伏輸入，為了保證任一路可以獨(dú)立工作，也可以與另外一路同時工作，以及任何一路的即插即用，在軟件中也需要做相應(yīng)的處理。在程序中設(shè)定了一個變量用于記錄兩路工作狀態(tài)。如圖9所示，系統(tǒng)開始工作后，首先進(jìn)入步驟1檢測第一路光伏陣列的電壓，然后進(jìn)入步驟2，判斷第一路的電壓是否已經(jīng)高于150V，如果不高于150V，則進(jìn)入步驟12關(guān)閉第一路，設(shè)定第一路的工作狀態(tài)為關(guān)閉，否則進(jìn)入步驟3，判斷第一路是否已經(jīng)開始工作，如果已經(jīng)工作了則進(jìn)入步驟4，利用最大功率跟蹤算法進(jìn)行尋優(yōu)，否則進(jìn)入步驟5，設(shè)定電路的初始工作點(diǎn)，并且記錄第一路的工作狀態(tài)為已經(jīng)工作；然后進(jìn)入步驟6，檢測第二路光伏陣列的電壓，隨后進(jìn)入步驟7，判斷第二路的電壓是否高于150V，如果不高于150V，則進(jìn)入步驟13關(guān)閉第二路，設(shè)定第二路的工作狀態(tài)為關(guān)閉，否則進(jìn)入步驟8，判斷第二路是否已經(jīng)開始工作，如果已經(jīng)開始工作則進(jìn)入步驟10，利用最大功率跟蹤算法進(jìn)行尋優(yōu)，否則進(jìn)入步驟9，設(shè)定第二路的初始工作點(diǎn)，并且記錄第二路的工作狀態(tài)為已經(jīng)工作，最后還可以進(jìn)入步驟11，將檢測到的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。這樣即使在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，增加和減少支路，都不會對裝置的正常工作產(chǎn)生影響。系統(tǒng)工作后首先設(shè)定初始工作點(diǎn)為0.9倍的輸入電壓，然后根據(jù)增量電導(dǎo)法的算法不斷尋優(yōu)即可。系統(tǒng)調(diào)整最大功率點(diǎn)的周期是5秒。
增量電導(dǎo)法的流程圖見圖10，如圖10所示，系統(tǒng)首先進(jìn)入步驟1獲得光伏陣列的電壓電流信息，然后進(jìn)入步驟2計算電壓電流的變化，隨后進(jìn)入步驟3，判斷電壓的變化是否小于一定的值，如果小于就認(rèn)為電壓沒有變化進(jìn)入步驟8，判斷電流的變化是否小于一定的值，如果電流的變化小于一定的值則不改變工作點(diǎn)，否則如果電流增加了進(jìn)入步驟11增加電壓，如果電流減小了則進(jìn)入10減小電壓，如果步驟3中電壓的變化大于一定的閾值，則進(jìn)入步驟4計算電導(dǎo)與增量電導(dǎo)之和的大小是否小于一定的值，如果小于一定的閾值，那么不改變工作點(diǎn)，否則如果電導(dǎo)與增量電導(dǎo)之和大于0則進(jìn)入步驟7增加電壓，如果電導(dǎo)與增量電導(dǎo)之和小于0進(jìn)入步驟6減小電壓。PIC微處理器內(nèi)部自帶的看門狗電路，由于高頻功率電路存在很多干擾，為防止程序跑飛，在軟件中還加入了看門狗程序。
權(quán)利要求
1.一種太陽能光伏發(fā)電最大功率跟蹤器，其特征在于主要包括微處理器、PWM芯片TL598、DC-DC變換器；PIC16F877微處理器8路AD轉(zhuǎn)換器中的5路AN0，AN1，AN2，AN3，AN4獲得第一路太陽能光伏陣列的電壓、電流、第二路光伏陣列的電壓、電流、和最大功率跟蹤器輸出電壓的信號，微處理器再經(jīng)過運(yùn)算分別得出第一路和第二路光伏陣列的最大功率點(diǎn)，通過微處理器的PWM口CCP1和CCP2完成數(shù)模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的模擬信號參考點(diǎn)Vref，再分別給到PWM芯片TL598的一路偏差放大器的正端，實(shí)際采樣的光伏陣列的工作點(diǎn)接到該偏差放大器的負(fù)端，通過RC電路構(gòu)成PI環(huán)節(jié)，最后產(chǎn)生控制DC-DC變換器的PWM信號；電壓的采樣使用四個560k的電阻和11K的電阻串聯(lián)，由11K的電阻分壓得到采樣電壓信號；電流的采樣使用霍爾電流傳感器；微處理器的兩路pwm輸出完成DA轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)太陽能光伏陣列參考電壓和輸出電壓最高值的給定，兩個IO口SHUT1M、SHUT2M用來啟動和關(guān)閉PWM芯片TL598。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能光伏發(fā)電最大功率跟蹤器，其特征在于所述的TL598的管腳1接輸出電壓采樣信號VOUT，管腳2接設(shè)定的保護(hù)電壓點(diǎn)的模擬信號，管腳1和管腳2構(gòu)成TL598內(nèi)部的偏差放大器一，管腳3為反饋端，管腳5接振蕩電路電容，管腳5接振蕩電路電阻，管腳7接地，管腳8和管腳9為PWM信號輸出端，兩路信號相同連接在一起，管腳10接地，管腳11和管腳12接15V電源，管腳13接地，表示Tl598工作單端工作狀態(tài)，管腳14為5V電壓參考輸出端，VPV2為一路光伏的電壓，它通過電阻[R20]接到TL598的管腳15端，管腳16接微處理器PIC16F877給定的光伏陣列的工作電壓，15管腳和16管腳構(gòu)成TL598內(nèi)部的偏差比較器二；偏差放大器二和反饋端3構(gòu)成比例積分(PI)調(diào)節(jié)，偏差放大器二的同相端16管腳接微處理器電路的給定的參考工作點(diǎn)，反相端15管腳接實(shí)際采樣回來的信號；當(dāng)實(shí)際電壓高于給定電壓時通過PI調(diào)節(jié)，增加占空比，反之則減小占空比；[R20]和[R34]構(gòu)成比例環(huán)節(jié)，[R34]和[C12]構(gòu)成積分環(huán)節(jié)，[R34]與[C13]給控制器增加了一個極點(diǎn)，主要作用是抑制高頻增益，偏差放大器一用來做電壓保護(hù)，同相端1管腳接實(shí)際的輸出電壓的采樣信號，反相端接設(shè)定的模擬保護(hù)點(diǎn)；二極管[D13]在基準(zhǔn)電壓——管腳14的作用下導(dǎo)通產(chǎn)生大約0.7V的死區(qū)電壓，接到tl598的死區(qū)控制端，使得最大占空比限制為75％左右。
3.權(quán)利要求1所述的太陽能光伏發(fā)電最大功率跟蹤器的控制方法，其特征在于包括以下步驟系統(tǒng)開始工作后，首先進(jìn)入步驟[1]檢測第一路的電壓，然后進(jìn)入步驟[2]，判斷第一路的電壓是否已經(jīng)高于150V，如果不高于150V，則進(jìn)入步驟[12]關(guān)閉第一路，設(shè)定第一路的工作狀態(tài)為關(guān)閉，否則進(jìn)入步驟[3]，判斷第一路光伏陣列是否已經(jīng)開始工作，如果已經(jīng)工作了則進(jìn)入步驟[4]，利用最大功率跟蹤算法進(jìn)行尋優(yōu)，否則進(jìn)入步驟[5]，設(shè)定電路的初始工作點(diǎn)，并且記錄第一路的工作狀態(tài)為已經(jīng)工作；然后進(jìn)入步驟[6]，檢測第二路光伏陣列的電壓，隨后進(jìn)入步驟[7]，判斷第二路的電壓是否高于150V，如果不高于150V，則進(jìn)入步驟[13]關(guān)閉第二路，設(shè)定第二路的工作狀態(tài)為關(guān)閉，否則進(jìn)入步驟[8]，判斷第二路是否已經(jīng)開始工作，如果已經(jīng)開始工作則進(jìn)入步驟[10]，利用最大功率跟蹤算法進(jìn)行尋優(yōu)，否則進(jìn)入步驟[9]，設(shè)定第二路的初始工作點(diǎn)，并且記錄第二路的工作狀態(tài)為已經(jīng)工作，最后還可以進(jìn)入步驟[11]，將檢測到的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，這樣即使在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，增加和減少支路，都不會對裝置的正常工作產(chǎn)生影響，系統(tǒng)工作后首先設(shè)定初始工作點(diǎn)為0.9倍的輸入電壓，然后根據(jù)增量電導(dǎo)法的算法不斷尋優(yōu)即可。
4.按照權(quán)利要求1和3所述的太陽能光伏發(fā)電最大功率跟蹤器及控制方法，其特征在于可用于多路光伏陣列，可實(shí)現(xiàn)雙支路以及多支路的協(xié)調(diào)工作和即插即用。
全文摘要
一種太陽能光伏發(fā)電最大功率跟蹤器。其特征在于微處理器首先獲得光伏方陣的電壓電流的信息，通過最大功率跟蹤算法，確定下一時刻光伏方陣的工作點(diǎn)，這一信息再通過數(shù)模轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成模擬參考點(diǎn)Vref，Vref與采樣到的實(shí)際的光伏陣列的電壓V的差值經(jīng)過比例積分PI調(diào)節(jié)后，經(jīng)過PWM(脈寬調(diào)制)控制芯片產(chǎn)生一定占空比的脈寬調(diào)制波，來控制DC－DC變換器。本發(fā)明跟蹤器控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)雙支路以及多支路的協(xié)調(diào)工作和即插即用。在控制方式上，采用的是對最大功率點(diǎn)不敏感的電壓控制的方式，最大功率點(diǎn)追蹤的效果較電流追蹤有所提高，該系統(tǒng)可作為多種直流負(fù)載的供電電源，既可用于獨(dú)立光伏系統(tǒng)，也可用于并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。
文檔編號H02N6/00GK1797892SQ200410101900
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者陳興峰, 許洪華, 武鑫, 趙斌, 曹志峰 申請人:中國科學(xué)院電工研究所