專利名稱：最大功率點跟蹤三相光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種最大功率點跟蹤三相光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器，屬于光伏發(fā)電電流、電壓轉(zhuǎn)換控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當今社會能源危機與環(huán)境污染并存，且日益嚴重，世界各國都在積極尋找新能源來確保社會、經(jīng)濟、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，其中的太陽能以其潔凈、無污染、取之不盡、用之不竭等優(yōu)點吸引了人們的矚目。根據(jù)歐洲聯(lián)合研究中心(JRC)預測，在未來世界能源結(jié)構(gòu)中，太陽能光伏發(fā)電占據(jù)著重要地位，將成為未來世界能源的主體。但是我國的光伏產(chǎn)業(yè)與世界差距還較大，相關(guān)技術(shù)水平較低。光伏陣列的輸出具有很強的非線性特性，并且輸出收到光照強度、環(huán)境溫度和負載等因素的影響。在不同的光照強度和環(huán)境溫度條件下，光伏陣列可以工作在不同的輸出電壓，但是只在某ー個輸出電壓值時，其輸出功率才是最大的。為了保證光伏陣列輸出功率最大化，提高整個系統(tǒng)效率，就要求光伏陣列的輸出時刻在最大功率點附近。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器是核心部件之一，它的技術(shù)的優(yōu)劣直接影響輸出電能的質(zhì)量、系統(tǒng)的整體效率和負載的壽命。因此光伏發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的控制策略研究是關(guān)鍵技術(shù)之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提高光伏陣列光電轉(zhuǎn)換利用效率問題。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供ー種最大功率點跟蹤三相光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器，該控制器主要是由BOOST型DC/DC變換電路、三相逆變電路、控制電路和電源電路構(gòu)成；所述BOOST型DC/DC變換電路用于采集光伏陣列的實時電流和電壓信號，并將該信號傳輸給所述控制電路；所述控制電路根據(jù)光伏陣列的實時電流和電壓信號，結(jié)合三相交流電壓反饋信號，采用變結(jié)構(gòu)模糊控制算法和SVPWM控制算法，為所述三相逆變電路發(fā)送驅(qū)動脈沖信號；所述三相逆變電路在所述控制電路發(fā)送的驅(qū)動脈沖信號的驅(qū)動下，將光伏陣列直流電壓轉(zhuǎn)換為三相交流電壓。進ー步，所述變結(jié)構(gòu)模糊控制算法在變結(jié)構(gòu)模糊控制器內(nèi)進行運算，該變結(jié)構(gòu)模糊控制器內(nèi)設(shè)置有ー個特征識別器，該特征識別器根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)的偏差、偏差變化率信息將光伏發(fā)電系統(tǒng)切換到不同的子模糊控制器；每個子模糊控制器的論域范圍、控制規(guī)貝IJ、參數(shù)均不相同。進ー步，所述控制電路是由輸入輸出信號處理電路和DSP控制器組成，所述電源電路為該控制電路供電。進ー步，所述三相逆變電路是由三相逆變橋和LC濾波電路組成。本發(fā)明的有益效果在干、
I、本發(fā)明技術(shù)方案采用變結(jié)構(gòu)模糊控制的方法應用于光伏發(fā)電的MPPT，能夠提高穩(wěn)態(tài)跟蹤精度，該方法在光照變化和溫度變化時能有效實現(xiàn)最大功率點跟蹤。變結(jié)構(gòu)模糊控制是針對不同的工作狀態(tài)設(shè)計不同的子模糊控制器，每個子模糊控制器的論域范圍、控制規(guī)則、參數(shù)等均不相同，并將其組成ー個變結(jié)構(gòu)模糊控制器，因此在系統(tǒng)運行時總能有一個子模糊控制器使其達到最佳的控制品質(zhì)。2、本發(fā)明變結(jié)構(gòu)模糊控制的MPPT的關(guān)鍵在于對光伏陣列特征性曲線不同的區(qū)段采用不同的模糊控制規(guī)則與隸屬度函數(shù)來加快系統(tǒng)對外界環(huán)境變化的響應速度和減少最大功率點附近的波動，使光伏陣列所處外部環(huán)境發(fā)生變化時可始終快速跟蹤到最大功率點，有效消除光伏發(fā)電系統(tǒng)在最大功率點附近的振蕩；變結(jié)構(gòu)模糊控制的MPPT與常規(guī)MPPT算法、恒定電壓法、擾動觀測法、増量電導法、直線近似法、最優(yōu)梯度法、實際測量法等控制方法相比，不僅具有良好的動態(tài)性能，且能減少在穩(wěn)態(tài)時的功率振蕩，具有更好的穩(wěn)態(tài)精度。3、本發(fā)明的輸出控制核心之一——逆變器采用輸出電壓反饋閉環(huán)PI調(diào)節(jié)控制和SVPWM的方式，能使光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出具有較好的動態(tài)、穩(wěn)態(tài)性能。動態(tài)性能是指當系統(tǒng) 突然増加、較少負載或者輸入電壓發(fā)生變化時系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)的調(diào)整時間和輸出的超調(diào)量；穩(wěn)態(tài)性能指穩(wěn)定運行時系統(tǒng)的輸出電壓波形質(zhì)量，通常以波形的總諧波畸變率為衡量的標準?？臻g矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)控制策略是根據(jù)逆變器空間電壓或電流矢量切換來控制逆變器的一種新穎的控制策略。該方法能降低開關(guān)損耗，輸出電壓波形的總諧波畸變率低，具有直流電壓利用率高、動態(tài)響應快等優(yōu)點。下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進ー步詳細描述。


圖I是本發(fā)明三相光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器總電路原理圖；圖2是本發(fā)明三相光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器的BOOST型DC/DC變換電路原理圖；圖3是本發(fā)明三相光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器的三相逆變電路原理圖；圖4是本發(fā)明三相光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器的控制電路示意圖；圖5是本發(fā)明三相光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器的變結(jié)構(gòu)模糊控制系統(tǒng)示意圖；圖6是本發(fā)明控制器主程序流程圖；圖7是本發(fā)明控制器MPPT子程序流程圖；圖8是本發(fā)明控制器SVPMW控制程序流程圖。附圖標記注釋I BOOST型DC/DC變換電路；2 DC/AC逆變電路；3三相逆變橋；4 LC濾波電路。
具體實施例方式圖I是本發(fā)明三相光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器總電路原理圖，本發(fā)明控制器主要是由BOOST型DC/DC變換電路I、DC/AC逆變電路2、控制電路和電源電路構(gòu)成；其中BOOST型DC/DC變換電路I信號采集端連接光伏陣列，其輸出端連接DC/AC逆變電路2的直流端，該DC/AC逆變電路2的交流端與負載連接；所述BOOST型DC/DC變換電路用于采集光伏陣列的實時電流和電壓信號，并將該信號傳輸給所述控制電路；所述控制電路根據(jù)光伏陣列的實時電流和電壓信號，結(jié)合三相交流電壓反饋信號，采用變結(jié)構(gòu)模糊控制算法和SVP麗控制算法，為所述三相逆變電路發(fā)送驅(qū)動脈沖信號；所述三相逆變電路在所述控制電路發(fā)送的驅(qū)動脈沖信號的驅(qū)動下，將光伏陣列直流電壓轉(zhuǎn)換為三相交流電壓；所述電源電路為該控制電路供電。圖2是本發(fā)明三相光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器的BOOST型DC/DC變換電路原理圖，該電路主要采集光伏陣列上的實時電流和電壓信號，經(jīng)整流、濾波后給變結(jié)構(gòu)模糊控制器輸入變量，所述變結(jié)構(gòu)模糊控制器的變結(jié)構(gòu)模糊控制針對不同的工作狀態(tài)設(shè)計不同的子模糊控制器，所述每個子模糊控制器的論域范圍、控制規(guī)則、參數(shù)等均不相同，并將其組成ー個變結(jié)構(gòu)模糊控制器，因此在光伏發(fā)電系統(tǒng)運行時總能有ー個子模糊控制器使其達到最佳的控制品質(zhì)。在變結(jié)構(gòu)模糊控制器內(nèi)設(shè)置有ー個特征識別器，井根據(jù)系統(tǒng)的偏差、偏差變化率等相關(guān)特征信息將系統(tǒng)切換到不同的子模糊控制器。所述變結(jié)構(gòu)模糊控制器的系統(tǒng)示意圖如圖5所示。如圖3和圖4所示，本發(fā)明控制器中的三相逆變器主要由三相逆變橋3和與三相逆變橋臂連接的LC濾波電路4構(gòu)成；所述控制電路是由輸入輸出信號處理電路和DSP控制器組成；光伏陣列經(jīng)BOOST型DC/DC變換電路采集的實時光伏電壓Ipv和電流Vpv發(fā)送給輸入輸出信號處理電路，同時采集到的直流母線電壓信號Vdc也發(fā)送給輸入輸出信號處理電路，該輸入輸出信號處理電路再把上述信號DSP控制器，該DSP控制器經(jīng)變結(jié)構(gòu)模糊控制運算后，給BOOST型DC/DC變換電路中的開關(guān)器件MOSFET發(fā)送驅(qū)動脈沖信號，從而改變PWM脈沖的占空比將其作用于開關(guān)器件MOSFET上，控制光伏陣列的輸出電壓，進而控制其輸出功率。所述輸入輸出信號處理電路采集到的三相電壓信號處理后發(fā)送DSP控制器，在經(jīng)SVPWM控制策略運算后，發(fā)送驅(qū)動脈沖信號給三相逆變電路；該三相逆變器采用輸出電壓反饋閉環(huán)PI調(diào)節(jié)控制和SVPWM的方式，能使光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出具有較好的動態(tài)、穩(wěn)態(tài)性能。動態(tài)性能是指當系統(tǒng)突然増加、較少負載或者輸入電壓發(fā)生變化時系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)的調(diào)整時間和輸出的超調(diào)量；穩(wěn)態(tài)性能指穩(wěn)定運行時系統(tǒng)的輸出電壓波形質(zhì)量，通常以波形的總諧波畸變率為衡量的標準。如圖6所示，本發(fā)明控制器主程序流程為開始一系統(tǒng)配置一初始化外設(shè)AD轉(zhuǎn)換、通用10、通用定時器、PWM控制一初始化變量一清除掛起中斷、使能中斷、使能定時器一循環(huán)等待。如圖7所示，本發(fā)明控制器MPPT子程序流程為進入MPPT子程序一采樣Vdk，Idk—計算ei(k), Δ ei (k)—子模糊控制運算一特征判別選擇Ad= Δ di — T2CMPR =T2CMPR+Ad —輸出 T2PWM—返回。 如圖8所示，本發(fā)明控制器SVPWM控制程序流程為進入SVPWM子程序一采樣直流電壓 Vd,三相交流電壓 Vab, Vbc, Vca — Vab, Vbc, Vca — Va, Vb, Vc — 3s/2s — 2s/2r — PI 調(diào)節(jié)一計算扇區(qū)一計算Tl，T2，TO作為比較器的值一裝載比較寄存器值一輸出PWM1-PWM6 — 返回。 本發(fā)明保護范圍不限于上述實施方式，凡是依據(jù)本發(fā)明技術(shù)原理所作的技術(shù)變形，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種最大功率點跟蹤三相光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器，其特征在于，該控制器主要是由BOOST型DC/DC變換電路、三相逆變電路、控制電路和電源電路構(gòu)成； 所述BOOST型DC/DC變換電路用于采集光伏陣列的實時電流和電壓信號，并將該信號傳輸給所述控制電路； 所述控制電路根據(jù)光伏陣列的實時電流和電壓信號，結(jié)合三相交流電壓反饋信號，采用變結(jié)構(gòu)模糊控制算法和SVPWM控制算法，為所述三相逆變電路發(fā)送驅(qū)動脈沖信號； 所述三相逆變電路在所述控制電路發(fā)送的驅(qū)動脈沖信號的驅(qū)動下，將光伏陣列直流電壓轉(zhuǎn)換為三相交流電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述最大功率點跟蹤三相光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器，其特征在于，所述變結(jié)構(gòu)模糊控制算法在變結(jié)構(gòu)模糊控制器內(nèi)進行運算，該變結(jié)構(gòu)模糊控制器內(nèi)設(shè)置有一個特征識別器，該特征識別器根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)的偏差、偏差變化率信息將光伏發(fā)電系統(tǒng)切換到不同的子模糊控制器；每個子模糊控制器的論域范圍、控制規(guī)則、參數(shù)均不相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述最大功率點跟蹤三相光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器，其特征在于，所述控制電路是由輸入輸出信號處理電路和DSP控制器組成，所述電源電路為該控制電路供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述最大功率點跟蹤三相光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器，其特征在于，所述三相逆變電路是由三相逆變橋和LC濾波電路組成。
全文摘要
本發(fā)明公開一種最大功率點跟蹤三相光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器，該控制器主要是由BOOST型DC/DC變換電路、三相逆變電路、控制電路和電源電路構(gòu)成；本發(fā)明技術(shù)方案采用變結(jié)構(gòu)模糊控制的方法應用于光伏發(fā)電的MPPT，能夠提高穩(wěn)態(tài)跟蹤精度，該方法在光照變化和溫度變化時能有效實現(xiàn)最大功率點跟蹤。變結(jié)構(gòu)模糊控制是針對不同的工作狀態(tài)設(shè)計不同的子模糊控制器，每個子模糊控制器的論域范圍、控制規(guī)則、參數(shù)等均不相同，并將其組成一個變結(jié)構(gòu)模糊控制器，因此在系統(tǒng)運行時總能有一個子模糊控制器使其達到最佳的控制品質(zhì)。
文檔編號H02M1/12GK102684544SQ201110055068
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
發(fā)明者李斌, 李畸勇, 袁越, 趙扶劍 申請人:孟州卓倫光電科技有限公司, 河海大學