專利名稱：一種兩級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變器的最大功率跟蹤控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種兩級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變器的最大功率跟蹤控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著能源的日益枯竭，太陽(yáng)能以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為人們關(guān)注視的焦點(diǎn)，近年來(lái)光伏發(fā)電在國(guó)際范圍內(nèi)得到了快速發(fā)展。光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率低是光伏發(fā)電的主要問(wèn)題之一，現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)電力電子技術(shù)和控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的最大功率跟蹤是解決這一問(wèn)題的有效措施。在小型獨(dú)立光伏系統(tǒng)中多采用帶開(kāi)關(guān)直流升壓電路(BOOST電路)升壓的兩級(jí)式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此研究?jī)杉?jí)式光伏逆變器最大功率跟蹤控制系統(tǒng)非常重要。MPPT (最大功率點(diǎn)跟蹤，Maximum Power Point Tracking)控制器是傳統(tǒng)太陽(yáng)能充放電控制器的升級(jí)換代產(chǎn)品。MPPT控制器能夠?qū)崟r(shí)偵測(cè)太陽(yáng)能板的發(fā)電電壓，并追蹤最高電壓電流值(VI)使系統(tǒng)以最聞的效率對(duì)畜電池充電。MPPT控制器應(yīng)用于太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中，協(xié)調(diào)太陽(yáng)能電池板、蓄電池、負(fù)載的工作，是光伏系統(tǒng)中非常重要的組件。目前常用的MPPT控制器的工作原理包括恒電壓跟蹤法(CVT)、擾動(dòng)觀察法、電導(dǎo)增量法、最優(yōu)梯度法等。現(xiàn)有的恒定電壓跟蹤法控制器啟動(dòng)時(shí)具有良好的穩(wěn)定性，但是對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性差。而其他幾種方法的控制適應(yīng)性強(qiáng)，但在啟動(dòng)時(shí)均存在采樣誤差影響啟動(dòng)的問(wèn)題。由光伏(PV)陣列的輸出特性曲線可知，在開(kāi)路電壓附近的電壓采樣的微小偏差即會(huì)造成電流值的較大偏差， 而系統(tǒng)的啟動(dòng)工作點(diǎn)是從開(kāi)路電壓處開(kāi)始，因而在使用電流值進(jìn)行控制判斷時(shí)就可能造成系統(tǒng)的控制判斷錯(cuò)誤，影響系統(tǒng)MPPT啟動(dòng)的穩(wěn)定性。兩級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變器在進(jìn)行最大功率跟蹤時(shí)，容易出現(xiàn)直流母線電壓波動(dòng)較大，系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定的問(wèn)題，該問(wèn)題的出現(xiàn)是由于直流側(cè)能量和交流側(cè)饋入電網(wǎng)的能量不平衡造成的。如果直流側(cè)進(jìn)入母線電容的能量大于交流側(cè)饋入電網(wǎng)的能量，則母線電容上的電壓就會(huì)升高。極端的情況是，后級(jí)逆變器不工作，如果前面最大功率跟蹤沒(méi)有必要的保護(hù)，母線電壓會(huì)不斷升高；相反的情況是，如果交流側(cè)饋入電網(wǎng)的功率大于直流側(cè)的功率，母線電壓就會(huì)降低。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率的兩級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變器的最大功率跟蹤控制系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的實(shí)施例提供一種兩級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變器的最大功率跟蹤控制系統(tǒng)，包括:用于在開(kāi)機(jī)時(shí)監(jiān)測(cè)光伏陣列的開(kāi)路電壓的電壓檢測(cè)電路，用于通過(guò)電壓環(huán)控制使光伏陣列的輸出電壓從開(kāi)路電壓向最大功率點(diǎn)移動(dòng)并在光伏陣列的輸出電壓達(dá)到指令電壓后進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤控制的電壓環(huán)控制電路；其中所述電壓檢測(cè)電路連接所述電壓環(huán)控制電路。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，電壓環(huán)控制電路包括用于完成最大功率點(diǎn)跟蹤的DC-DC控制部分，以及用于穩(wěn)定母線電壓和控制輸出與電網(wǎng)電壓同頻同相的并網(wǎng)電流的DC-AC控制部分。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，其中DC-DC控制部分包括:獲取單元，連接光伏電池板以獲取光伏電池板的輸出電壓和輸出電流；調(diào)控單元，用于將檢測(cè)到的輸出電壓與參考電壓進(jìn)行比較，并將誤差經(jīng)過(guò)比例調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后生成脈沖調(diào)制信號(hào)；所述調(diào)節(jié)單元連接升壓電路以使所述升壓電路根據(jù)該脈沖調(diào)制信號(hào)調(diào)節(jié)占空比。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述電壓環(huán)控制電路還包括限壓電路。本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案的有益效果如下:本實(shí)用新型的兩級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變器的最大功率跟蹤控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉
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圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖2為自適應(yīng)占空比擾動(dòng)電路的原理不意圖；圖3為電壓環(huán)控制電路的DC-DC控制部分的原理示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。本實(shí)用新型的實(shí)施例提供一種如圖1所示兩級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變器的最大功率跟蹤控制系統(tǒng)，包括:用于在開(kāi)機(jī)時(shí)監(jiān)測(cè)光伏陣列的開(kāi)路電壓的電壓檢測(cè)電路1，用于通過(guò)電壓環(huán)控制使光伏陣列的輸出電壓從開(kāi)路電壓向最大功率點(diǎn)移動(dòng)并在光伏陣列的輸出電壓達(dá)到指令電壓后進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤控制的電壓環(huán)控制電路2 ;其中所述電壓檢測(cè)電路I連接所述電壓環(huán)控制電路2。其中，電壓檢測(cè)電路I在開(kāi)機(jī)時(shí)檢測(cè)光伏陣列的開(kāi)路電壓，并將開(kāi)路電壓乘以0.75作為恒定電壓控制啟動(dòng)時(shí)的指令電壓。電壓環(huán)控制電路2通過(guò)電壓環(huán)控制使光伏陣列的輸出電壓從開(kāi)路電壓開(kāi)始往最大功率點(diǎn)方向移動(dòng)，并在當(dāng)光伏陣列的輸出電壓達(dá)到指令電壓后采用自適應(yīng)占空比擾動(dòng)電路進(jìn)行MPPT控制。自適應(yīng)占空比擾動(dòng)電路是通過(guò)步長(zhǎng)λ的自動(dòng)在線調(diào)整器來(lái)解決傳統(tǒng)占空比擾動(dòng)法步長(zhǎng)大小難以選擇的問(wèn)題。電壓檢測(cè)電路I的工作原理如圖2所示。此為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。其中，電壓環(huán)控制電路2用于完成最大功率點(diǎn)跟蹤。電壓環(huán)控制電路2包括用于完成最大功率點(diǎn)跟蹤的DC-DC控制部分，以及用于穩(wěn)定母線電壓和控制輸出與電網(wǎng)電壓同頻同相的并網(wǎng)電流的DC-AC控制部分。其中DC-DC控制部分如圖3所示的包括:獲取單元，連接光伏電池板以獲取光伏電池板的輸出電壓和輸出電流；調(diào)控單元，用于將檢測(cè)到的輸出電壓與參考電壓進(jìn)行比較，并將誤差經(jīng)過(guò)比例調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后生成脈沖調(diào)制信號(hào)；所述調(diào)節(jié)單元連接升壓電路以使所述升壓電路根據(jù)該脈沖調(diào)制信號(hào)調(diào)節(jié)占空比。具體的，該參考電壓可以通過(guò)MPPT算法得到，此為現(xiàn)有技術(shù)。調(diào)控單元將參考電壓與檢測(cè)到的PV陣列輸出的實(shí)際電壓相比較，其誤差經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)后用于生成脈沖調(diào)制(PWM)信號(hào)。利用該信PWM號(hào)控制連接在PV陣列輸出端的DC/DC電路的Boost電路的占空比，以調(diào)節(jié)該Boost電路的DC輸出。其中，PI調(diào)節(jié)參數(shù)的初始值利用狀態(tài)空間平均法和MATLAB中的sisotool工具獲得，此為現(xiàn)有技術(shù)。具體的實(shí)現(xiàn)電路可以且結(jié)構(gòu)如圖3所示的，該獲取單元包括PV檢測(cè)電壓和PV檢測(cè)電流，分別連接PV電池板以獲取連接光伏電池板以獲取光伏電池板的輸出電壓和輸出電流；調(diào)控單元包括P1、PWM生成、驅(qū)動(dòng)電路，用于將獲取單元檢測(cè)到的輸出電壓與MPPT的參考電壓進(jìn)行比較，并將誤差經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)后通過(guò)PWM生成來(lái)生成脈沖調(diào)制信號(hào)。然后通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)調(diào)節(jié)該P(yáng)V電池板的DC/DC，以調(diào)整DC輸出。其中，該電壓環(huán)控制電路2還包括限壓電路，以為了防止DC輸出的電壓過(guò)高而損壞主電路器件。限壓電路用于在檢測(cè)到直流電壓高于上限值時(shí)電壓環(huán)控制電路2參與到直流母線電壓的控制當(dāng)中，使直流母線電壓能夠快速的穩(wěn)定在設(shè)定值。其中，該電壓環(huán)控制電路2還包括用于穩(wěn)定母線電壓和控制輸出與電網(wǎng)電壓同頻同相的并網(wǎng)電流的DC-AC控制部分。DC-AC部分的能量控制策略是設(shè)定直流母線的參考電壓，當(dāng)實(shí)際電壓高于期望電壓時(shí)，增加并網(wǎng)電流的參考峰值；反之，則減小并網(wǎng)電流的參考峰值。在進(jìn)行DC-AC控制時(shí)，首先將直流電壓的設(shè)定值與實(shí)際反饋值的偏差進(jìn)行電壓環(huán)控制的運(yùn)算，并將該運(yùn)算結(jié)果設(shè)定為并網(wǎng)電流的參考峰值；其次，將并網(wǎng)電流的參考峰值與數(shù)字鎖相運(yùn)算得到的正弦值進(jìn)行乘法運(yùn)算，得 到與電網(wǎng)電壓同頻同相的并網(wǎng)電流參考值；最后，引入并網(wǎng)電流反饋，通過(guò)對(duì)并網(wǎng)電流的直接控制，使其跟蹤電流參考值，達(dá)到平衡直流偵_交流側(cè)饋入電網(wǎng)能量的目的。在進(jìn)行并網(wǎng)電流控制時(shí)為了抑制電網(wǎng)電壓對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)影響，避免直流側(cè)出現(xiàn)過(guò)高的電壓，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度，加入一個(gè)電網(wǎng)電壓前饋控制。以上所述是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種兩級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變器的最大功率跟蹤控制系統(tǒng)，其特征在于，包括:用于在開(kāi)機(jī)時(shí)監(jiān)測(cè)光伏陣列的開(kāi)路電壓的電壓檢測(cè)電路，用于通過(guò)電壓環(huán)控制使光伏陣列的輸出電壓從開(kāi)路電壓向最大功率點(diǎn)移動(dòng)并在光伏陣列的輸出電壓達(dá)到指令電壓后進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤控制的電壓環(huán)控制電路；其中所述電壓檢測(cè)電路連接所述電壓環(huán)控制電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變器的最大功率跟蹤控制系統(tǒng)，其特征在于，電壓環(huán)控制電路包括用于完成最大功率點(diǎn)跟蹤的DC-DC控制部分，以及用于穩(wěn)定母線電壓和控制輸出與電網(wǎng)電壓同頻同相的并網(wǎng)電流的DC-AC控制部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的兩級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變器的最大功率跟蹤控制系統(tǒng)，其中DC-DC控制部分包括: 獲取單元,連接光伏電池板以獲取光伏電池板的輸出電壓和輸出電流； 調(diào)控單元，用于將檢測(cè)到的輸出電壓與參考電壓進(jìn)行比較，并將誤差經(jīng)過(guò)比例調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后生成脈沖調(diào)制信號(hào)；所述調(diào)節(jié)單元連接升壓電路以使所述升壓電路根據(jù)該脈沖調(diào)制信號(hào)調(diào)節(jié)占空比。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的兩級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變器的最大功率跟蹤控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓環(huán)控制 電路還包括限壓電路。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種兩級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變器的最大功率跟蹤控制系統(tǒng)，包括用于在開(kāi)機(jī)時(shí)監(jiān)測(cè)光伏陣列的開(kāi)路電壓的電壓檢測(cè)電路，用于通過(guò)電壓環(huán)控制使光伏陣列的輸出電壓從開(kāi)路電壓向最大功率點(diǎn)移動(dòng)并在光伏陣列的輸出電壓達(dá)到指令電壓后進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤控制的電壓環(huán)控制電路；其中所述電壓檢測(cè)電路連接所述電壓環(huán)控制電路。本實(shí)用新型的兩級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變器的最大功率跟蹤控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉。
文檔編號(hào)H02J3/38GK203103982SQ201220730968
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者劉金賓, 焦凌云 申請(qǐng)人:石家莊通合電子科技股份有限公司