一種mppt光伏變頻器控制系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種MPPT光伏變頻器控制系統(tǒng)，其中的功率逆變單元連接于太陽能電池板，主處理單元連接于功率逆變單元，該主處理單元用于以MPPT算法處理數(shù)據(jù)以及發(fā)出控制指令，實時時鐘芯片單元和信號實時檢測單元分別連接于主處理單元，X軸電機驅(qū)動單元連接于主處理單元與X軸電機之間，用于執(zhí)行主處理單元的控制指令驅(qū)動X軸電機轉(zhuǎn)動，Y軸電機驅(qū)動單元連接于主處理單元與Y軸電機之間，用于執(zhí)行主處理單元的控制指令驅(qū)動Y軸電機轉(zhuǎn)動。該控制系統(tǒng)對光伏太陽能的最大功率追蹤達到了實時、全面、快速、穩(wěn)定的目的，從而提高太陽能電池板的實時應(yīng)用效率，并且?guī)砹烁咝Ч?jié)能等有益效果。
【專利說明】一種MPPT光伏變頻器控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏變頻器,尤其涉及一種最大功率點跟蹤(Maximum Power PointTracking, MPPT)光伏變頻器控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源形勢的日趨緊張，太陽能作為一種清潔可再生的能源，越來越受到人們的重視，因此而設(shè)計生產(chǎn)的光伏產(chǎn)品越來越多，而光伏產(chǎn)品的主要技術(shù)瓶頸在于如何提高太陽光伏能的效率問題，效率問題不解決，則該產(chǎn)品的應(yīng)用成本將成為限制其廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。變頻器作為一種節(jié)能的電機調(diào)速設(shè)備，其與光伏能源相結(jié)合的方式，在應(yīng)用于三相異步電機作為負載的應(yīng)用場合具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，光伏能源的利用與變頻器產(chǎn)品的結(jié)合往往比較粗略，未能充分提高整機系統(tǒng)的效率，對太陽能電池板的利用率不高，有的直接采用恒定電壓法追蹤系統(tǒng)設(shè)定的太陽能電池板最大輸出功率的電壓值，該方法受實際環(huán)境限制，隨著光照強度和電池板溫度的變化，最大輸出功率的電壓值會發(fā)生偏移，無法追蹤到真正的最大功率，會存在較大實際偏差；也有采用其他更復(fù)雜的諸如導(dǎo)納增量算法以提高應(yīng)用效率，但僅此方法所得到的提高效果并不明顯，需較長時間進行逐步調(diào)整運算跟蹤，響應(yīng)較慢。
[0004]因此，現(xiàn)有的光伏變頻器控制系統(tǒng)存在追蹤最大功率的準確性差、響應(yīng)較慢、耗時較長等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種MPPT光伏變頻器控制系統(tǒng)及控制方法，從而提高太陽能電池板的實時應(yīng)用效率，使得該控制系統(tǒng)對光伏太陽能的最大功率追蹤達到了實時、全面、快速、穩(wěn)定的目的。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0007]一種MPPT光伏變頻器控制系統(tǒng)，其包括有:一功率逆變單元，其連接于太陽能電池板，用于將太陽能電池板輸出的直流電逆變?yōu)榻涣麟姾筝敵觯灰婚_關(guān)電源，其連接于太陽能電池板，用于為控制系統(tǒng)供電；一主處理單元，其連接于功率逆變單元，其用于以MPPT算法處理數(shù)據(jù)以及發(fā)出控制指令；一實時時鐘芯片單元，其連接于主處理單元，用于向主處理單元發(fā)送時間數(shù)據(jù)以及執(zhí)行主處理單元的控制指令調(diào)整或者校準時間；一信號實時檢測單元，其連接于主處理單元，其用于檢測功率逆變單元的輸入電壓和電流、用于檢測功率逆變單元的輸出電壓和電流以及用于檢測太陽方向，并且將檢測結(jié)果發(fā)送至主處理單元；一 X軸電機，其用于驅(qū)動太陽能電池板在水平方向翻轉(zhuǎn)；一 X軸電機驅(qū)動單元，其連接于主處理單元與X軸電機之間，用于執(zhí)行主處理單元的控制指令驅(qū)動X軸電機運轉(zhuǎn)；一 Y軸電機，其用于驅(qū)動太陽能電池板在豎直方向翻轉(zhuǎn)；一 Y軸電機驅(qū)動單元，其連接于主處理單元與Y軸電機之間，用于執(zhí)行主處理單元的控制指令驅(qū)動Y軸電機運轉(zhuǎn)。
[0008]優(yōu)選地，所述主處理單元連接有故障檢測保護單元，所述故障檢測保護單元包括過壓保護電路、過流保護電路和過熱保護電路，該故障檢測保護單元用于對設(shè)備的電氣狀態(tài)進行檢測，并且將檢測結(jié)果發(fā)送至主處理單元。
[0009]優(yōu)選地,所述功率逆變單元包括由多個IGBT構(gòu)成的逆變橋以及該逆變橋的驅(qū)動電路。
[0010]優(yōu)選地，所述功率逆變單元包括IPM功率模塊。
[0011]優(yōu)選地，所述X軸電機和Y軸電機均為步進電機。
[0012]一種MPPT光伏變頻器控制方法，其包括如下步驟:步驟SI，太陽能電池板的輸出電壓隨光照強度的增加而升高，該輸出電壓傳輸至開關(guān)電源，當(dāng)開關(guān)電源達到啟動電壓后，對主處理單元供電，并且信號實時檢測單元對變頻器母線電壓進行采樣，將該采樣電壓傳送至主處理單元；步驟S2，太陽能電池板的采樣電壓Uin是否達到太陽方位角驅(qū)動程序設(shè)定的啟動電壓Uonl，若否，則待機等待，直至電壓達到啟動電壓Uonl以上，若是，則執(zhí)行步驟S3 ;步驟S3，調(diào)用太陽方位角追蹤子程序，通過X軸電機驅(qū)動單元和Y軸電機驅(qū)動單元調(diào)整太陽能電池板角度，確定太陽能電池板的零位基準，并儲存數(shù)據(jù)；步驟S4，主處理單元判斷該采樣電壓Uin與逆變輸出的啟動電壓Uon2是否滿足Uin > Uon2，若否，則繼續(xù)對變頻器母線電壓進行采樣，若是，則判斷是否到達啟動時間，若到達或者超過啟動時間，則執(zhí)行步驟S5，若未到達啟動時間，則繼續(xù)計時直至啟動時間；步驟S5，查詢是否有歷史數(shù)據(jù)，若是，則執(zhí)行步驟S6，若否，則執(zhí)行步驟S9 ;步驟S6，逐一比較當(dāng)前開路電壓Uk與最近η天內(nèi)歷史數(shù)據(jù)中各啟動前的開路電壓大小，找到其中與當(dāng)前開路電壓Uk最接近的開路電壓Uki (i=l, 2....η);步驟S7，判斷是否滿足I Uk-Uki |〈 Λ U，Λ U為預(yù)設(shè)的偏差值，若是則執(zhí)行步驟S8，若否，則執(zhí)行步驟S9 ;步驟S8，調(diào)取開路電壓為Uki這一天的所有相關(guān)歷史數(shù)據(jù)，并記錄當(dāng)前啟動時間和該開路電壓UK，之后啟動功率逆變單元，根據(jù)V/F特性，通過SVPWM算法調(diào)節(jié)輸出頻率，改變輸出電壓和功率，使母線電壓快速達到所調(diào)取的歷史電壓數(shù)據(jù)中相應(yīng)啟動時間的最大功率點電壓附近，之后執(zhí)行步驟SlO ;步驟S9，利用恒壓法計算K*Uk值，K為預(yù)設(shè)常數(shù)，之后啟動功率逆變單元，根據(jù)V/F特性，通過SVPWM算法調(diào)節(jié)輸出頻率，改變輸出電壓和功率，使母線電壓快速達到K*Uk附近，之后執(zhí)行步驟SlO ;步驟S10，利用增量導(dǎo)納法對最大功率點進行搜索，在步驟S8或者步驟S9追蹤到的電壓點基礎(chǔ)上，通過SVPWM算法調(diào)節(jié)輸出頻率，不斷搜索使得判斷出輸出功率P與輸出電壓u的關(guān)系滿足dp/du=0，得到最大功率點，保存當(dāng)前最大功率點時的母線電壓及當(dāng)前時間于存儲區(qū)，存儲位置自動增加I ;步驟S11，實時監(jiān)測當(dāng)前母線電壓，并按照固定幅度的頻率變化量Af，以增加或減小方式微調(diào)，以使母線電壓維持在該最大功率點；步驟S12，計算累積的輸出頻率變化量是否滿足Σ Af〈A，若是，則執(zhí)行步驟S13，若否，則返回值步驟SlO ;步驟S13，判斷當(dāng)前時間距離上一次記錄的最大功率點的時間T是否滿足TH，t為預(yù)設(shè)時長，若是，則執(zhí)行步驟S14，若否，則返回至步驟Sll ;步驟S14，當(dāng)前時間是否已到系統(tǒng)所預(yù)設(shè)的停止工作時間，若是，則執(zhí)行步驟S17，若否，則執(zhí)行步驟S15 ;步驟S15，搜索下一個最大功率點，調(diào)用太陽方位角追蹤子程序，通過X軸電機驅(qū)動單元和Y軸電機驅(qū)動單元調(diào)整太陽能電池板角度，并儲存數(shù)據(jù)；步驟S16，若當(dāng)天沒有執(zhí)行過步驟S8，則直接返回至步驟S10，若執(zhí)行過步驟S8，則讀取第i天中最接近當(dāng)前時間所記錄的最大功率數(shù)據(jù)，根據(jù)V/F特性，通過SVPWM算法調(diào)節(jié)輸出頻率，改變輸出電壓和功率，使母線電壓快速達到所調(diào)取的歷史數(shù)據(jù)中相應(yīng)時間的最大功率點電壓附近，之后返回至步驟SlO ;步驟S17，停止逆變輸出，利用剩余能量驅(qū)動X軸電機和Y軸電機，調(diào)整太陽能電池板角度回到基準零位。
[0013]優(yōu)選地，所述步驟S9中，K值為0.78。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟SlO中，所保存的數(shù)據(jù)以表格的形式存儲。
[0015]優(yōu)選地，所述步驟S15中，太陽方位角追蹤子程序包括如下過程:所述MPPT光伏變頻器控制系統(tǒng)包括有光線跟蹤傳感器，光線跟蹤傳感器連接于主處理單元，每隔預(yù)設(shè)時間，主處理單元先調(diào)取與當(dāng)前時間相對應(yīng)的前一天的歷史數(shù)據(jù)，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)調(diào)整太陽能電池板至對應(yīng)角度，之后主處理單元根據(jù)光線跟蹤傳感器采集的數(shù)據(jù)判斷太陽光方向，對太陽能電池板的角度進行微調(diào)，讀取當(dāng)前時間和太陽能電池板相對基準零點的偏移角度，并儲存數(shù)據(jù)。
[0016]優(yōu)選地，所述太陽方位角追蹤子程序中，若當(dāng)前時間為日落時間，并且太陽能電池板的輸出電壓降低到下限值，則停止功率逆變單元輸出，啟動X軸電機驅(qū)動單元和Y軸電機驅(qū)動單元，按照日出時間所對應(yīng)的基準零點和當(dāng)前累計的X軸電機和Y軸電機的轉(zhuǎn)動角度，向相反方向轉(zhuǎn)動X軸電機和Y軸電機，令太陽能電池板回到基準零點。
[0017]本發(fā)明公開的一種MPPT光伏變頻器控制系統(tǒng)中，功率逆變單元連接于太陽能電池板，主處理單元連接于功率逆變單元，該主處理單元用于以MPPT算法處理數(shù)據(jù)以及發(fā)出控制指令，實時時鐘芯片單元和信號實時檢測單元分別連接于主處理單元，X軸電機驅(qū)動單元連接于主處理單元與X軸電機之間，用于執(zhí)行主處理單元的控制指令驅(qū)動X軸電機運轉(zhuǎn)，Y軸電機驅(qū)動單元連接于主處理單元與Y軸電機之間，用于執(zhí)行主處理單元的控制指令驅(qū)動Y軸電機運轉(zhuǎn)。上述MPPT光伏變頻器控制系統(tǒng)中，主處理單元以MPPT算法進行數(shù)據(jù)處理，并通過調(diào)整X軸電機和Y軸電機的轉(zhuǎn)動角度，使太陽能電池板能實時追蹤太陽光直照的方向，達到在物理層的最大功率追蹤，使得該控制系統(tǒng)對光伏太陽能的最大功率追蹤達到了實時、全面、快速、穩(wěn)定的目的，從而提高太陽能電池板的實時應(yīng)用效率，并且?guī)砹烁咝Ч?jié)能等有益效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為MPPT光伏變頻器控制系統(tǒng)的組成框圖。
[0019]圖2為光伏變頻器功率與母線電壓關(guān)系曲線圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作更加詳細的描述。
[0021]本發(fā)明公開了一種MPPT光伏變頻器控制系統(tǒng)，結(jié)合圖1和圖2所示，其包括有:
[0022]一功率逆變單元2，其連接于太陽能電池板1，用于將太陽能電池板I輸出的直流電逆變?yōu)榻涣麟姾筝敵觥?br> [0023]一開關(guān)電源11，其連接于太陽能電池板1，用于為控制系統(tǒng)供電。
[0024]一主處理單元3，其連接于功率逆變單元2，其用于以MPPT算法處理數(shù)據(jù)以及發(fā)出控制指令。
[0025]一實時時鐘芯片單元4，其連接于主處理單元3，用于向主處理單元3發(fā)送時間數(shù)據(jù)以及執(zhí)行主處理單元3的控制指令調(diào)整或者校準時間。
[0026]一信號實時檢測單元5，其連接于主處理單元3，其用于檢測功率逆變單元2的輸入電壓和電流、用于檢測功率逆變單元2的輸出電壓和電流以及用于檢測太陽方向，并且將檢測結(jié)果發(fā)送至主處理單元3。
[0027]—開關(guān)電源，其連接于功率逆變單元2與主處理單元3之間，所述開關(guān)電源用于對主處理單元3供電；
[0028]一 X軸電機9，其用于驅(qū)動太陽能電池板在水平方向翻轉(zhuǎn)。
[0029]一 X軸電機驅(qū)動單元7，其連接于主處理單元3與X軸電機9之間，用于執(zhí)行主處理單元3的控制指令驅(qū)動X軸電機9運轉(zhuǎn)。
[0030]一 Y軸電機10，其用于驅(qū)動太陽能電池板在豎直方向翻轉(zhuǎn)。為了準確控制太陽能電池板的轉(zhuǎn)動角度，所述X軸電機9和Y軸電機10優(yōu)選為步進電機。
[0031 ] 一 Y軸電機驅(qū)動單元8，其連接于主處理單元3與Y軸電機10之間，用于執(zhí)行主處理單元3的控制指令驅(qū)動Y軸電機10運轉(zhuǎn)。
[0032]上述光伏變頻器控制系統(tǒng)具有位于兩個軸向的X軸電機9和Y軸電機10，以及用于驅(qū)動兩個電機的X軸電機驅(qū)動單元7和Y軸電機驅(qū)動單元8，由具MPPT算法功能的主處理單元3進行控制，從而用于驅(qū)動太陽能電池板I的兩個軸向的步進電機的轉(zhuǎn)動角度，使太陽能電池板I能實時追蹤太陽光直照的方向，實現(xiàn)在物理層的最大功率追蹤，從而提聞太陽能電池板的實時應(yīng)用效率，使得該控制系統(tǒng)對光伏太陽能實時、全面、快速、穩(wěn)定的最大功率追蹤，同時該控制系統(tǒng)中的變頻器具有功率逆變單元2，太陽能電池板I轉(zhuǎn)換成的直流電源經(jīng)電容濾波后，由功率逆變單元2中的逆變橋逆變輸出，該輸出的交流電可以用來驅(qū)動三相異步電機運轉(zhuǎn)，上述主處理單元3可由CPLD+DSP或CPLD+單片機方式構(gòu)成，以創(chuàng)新的多策略追蹤算法提聞電氣內(nèi)部的最大功率追蹤，由于構(gòu)造了全方位多策略追蹤方式，該光伏變頻器極大提高了光伏能的利用效率。
[0033]本實施例中，所述主處理單元3連接有故障檢測保護單元6，所述故障檢測保護單元6包括過壓保護電路、過流保護電路和過熱保護電路，該故障檢測保護單元6用于對設(shè)備的電氣狀態(tài)進行檢測，并且將檢測結(jié)果發(fā)送至主處理單元3。該故障檢測保護單元6—方面通過對信號實時檢測單元5所采集的輸入輸出信號進行比較判斷，當(dāng)外部出現(xiàn)如過電壓、過電流、過熱過溫度時，將故障信號送入主處理單元3以實現(xiàn)保護，同時還對控制系統(tǒng)內(nèi)部各電氣狀態(tài)進行檢測判斷，以確保系統(tǒng)工作的安全與正常。
[0034]關(guān)于功率逆變單元2的組成結(jié)構(gòu)，本實施例中，功率逆變單元2包括由多個IGBT構(gòu)成的逆變橋以及該逆變橋的驅(qū)動電路。但是這僅是本發(fā)明的一個較佳的實施例，在本發(fā)明的另一實施例中，所述功率逆變單元2還可以包括由IPM功率模塊構(gòu)成的逆變橋。
[0035]上述光伏變頻器控制系統(tǒng)對太陽光的最大功率追蹤功能的工作原理為:在地球上一固定經(jīng)緯度的地理位置上，每一天的不同時刻，從早上日出到晚上日落，太陽光的位置是隨時變化著的，且變化角度明顯；但在相鄰兩天的同一時間里，太陽光的照射方向基本相同，變化角度較?。桓鶕?jù)這一原理，充分利用系統(tǒng)的時鐘芯片單元對每天的日照方位信息進行定時間隔式記錄并存儲，例如在系統(tǒng)投入使用的第一天，當(dāng)太陽出來后，太陽電池板接受到太陽光照產(chǎn)生的能量，送往本光伏變頻控制系統(tǒng)，系統(tǒng)中的處理器單元和時鐘芯片單元、信號檢測單元等控制部分由于只做信號處理，耗能極低，能優(yōu)先得到電能，即在較低電壓條件下也能啟動工作，此時外部太陽光方位的檢測機構(gòu)將方位信息傳送給主處理器，主處理器控制驅(qū)動X、Y軸步進電機驅(qū)動單元輸出轉(zhuǎn)向信號，以控制電池板支架上的兩個轉(zhuǎn)軸逐步轉(zhuǎn)向太陽光垂直方向，當(dāng)系統(tǒng)確認方位追蹤目標達成后，主處理器會讀取時鐘芯片的當(dāng)前時間，將當(dāng)前時間與當(dāng)前太陽方位轉(zhuǎn)動角度結(jié)合，將當(dāng)前電機轉(zhuǎn)動角度初始化為基準零點，以后每隔一小段時間處理器將再對太陽光方向進行判斷，調(diào)整太陽能電池板支架的兩個軸向步進電機的轉(zhuǎn)動角度，然后再讀取當(dāng)前時間和相對基準零點的偏移角度量，并將其存儲到數(shù)據(jù)存儲器中，直到一天結(jié)束日落前，光伏變頻器控制系統(tǒng)的輸入電壓降低到一定下限值時，停止變頻器輸出，啟動X、Y軸兩個步進電機驅(qū)動單元，根據(jù)日出時所存儲的基準零點位置和當(dāng)前累計的各自轉(zhuǎn)動角度，向相反方向轉(zhuǎn)動X軸和Y軸的步進電機，使得太陽能電池板的方向回歸到初始日出時的基準零點。至此系統(tǒng)進入休眠狀態(tài)，等待第二天太陽的再次升起；由于通過一天的定時間數(shù)據(jù)記錄，第二天再次日出時，由于相鄰兩天同一時間的太陽位置是基本相同的，此時由于已記錄了前一天不同時間點的太陽位置信息，即不同時間所對應(yīng)的步進電機的轉(zhuǎn)動角度數(shù)據(jù)，此時啟動系統(tǒng)后會直接先調(diào)取前一天的歷史數(shù)據(jù)，每隔一個相同的時間點，系統(tǒng)就將前一天同一時間的角度位置作為控制X、Y軸步進電機驅(qū)動單元的目標值，以便外部電池板方向能快速的跟蹤到太陽方向，調(diào)節(jié)到目標值后，再可通過外部的太陽光方位傳感器信號來微調(diào)節(jié)，以達到更精準，調(diào)節(jié)完畢后，再次將當(dāng)前時間點與電機轉(zhuǎn)動的最終角度存儲到系統(tǒng)存儲器中，如上方式每天重復(fù)，且每天記錄數(shù)據(jù)，使得此跟蹤效率越來越高，這個記錄時間和數(shù)據(jù)的方法相當(dāng)于使得系統(tǒng)具有了自我學(xué)習(xí)的功能，由于有較大存儲容量的存儲器，能保存近一年以上的數(shù)據(jù)量，因此一年四個季節(jié)不同的太陽移動位置信息都能從存儲器中調(diào)取，以供主處理器單元控制外部兩個軸向的步進電機實時跟蹤太陽方位。
[0036]基于上述MPPT光伏變頻器控制系統(tǒng)及其工作原理，本實施例還提出一種MPPT光伏變頻器控制方法，該方法包括如下步驟:
[0037]一種MPPT光伏變頻器控制方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0038]步驟SI，太陽能電池板I的輸出電壓隨光照強度的增加而升高，該輸出電壓傳輸至開關(guān)電源，當(dāng)開關(guān)電源達到啟動電壓后，對控制系統(tǒng)供電，并且信號實時檢測單元5對變頻器母線電壓進行采樣，將該采樣電壓傳送至主處理單元3 ；
[0039]步驟S2，太陽能電池板的`采樣電壓Uin是否達到太陽方位角驅(qū)動程序設(shè)定的啟動電壓Uonl，若否，則待機等待，直至電壓達到啟動電壓Uonl以上，若是，則執(zhí)行步驟S3 ；
[0040]步驟S3，調(diào)用太陽方位角追蹤子程序，通過X軸電機驅(qū)動單元7和Y軸電機驅(qū)動單元8調(diào)整太陽能電池板I角度，確定太陽能電池板I的零位基準，并儲存數(shù)據(jù)；
[0041 ] 步驟S4，主處理單元3判斷該采樣電壓Uin與逆變輸出的啟動電壓Uon2是否滿足Uin > Uon2，若否，則繼續(xù)對變頻器母線電壓進行采樣，若是，則判斷是否到達啟動時間，若到達或者超過啟動時間，則執(zhí)行步驟S5,若未到達啟動時間,則繼續(xù)計時直至啟動時間；
[0042]步驟S5，查詢是否有歷史數(shù)據(jù)，若是，則執(zhí)行步驟S6，若否，則執(zhí)行步驟S9 ；
[0043]步驟S6，逐一比較當(dāng)前開路電壓Uk與最近η天內(nèi)歷史數(shù)據(jù)中各啟動前的開路電壓大小，找到其中與當(dāng)前開路電壓Uk最接近的開路電壓Uki (i=l, 2....η)；
[0044]步驟S7，判斷是否滿足I Uk-Uki I〈 Λ U，AU為預(yù)設(shè)的偏差值，若是則執(zhí)行步驟S8，若否，則執(zhí)行步驟S9，該步驟中，以此偏差△ U界定這兩天的天氣及光照情況是否接近，小于此偏差說明這兩天日照情況接近，即后續(xù)的追蹤程序?qū)?yōu)先采用該天記錄值；
[0045]步驟S8，調(diào)取開路電壓為Uki這一天的所有相關(guān)歷史數(shù)據(jù)，并記錄當(dāng)前啟動時間和該開路電壓UK，之后啟動功率逆變單元，根據(jù)V/F特性，通過SVPWM算法調(diào)節(jié)輸出頻率，改變輸出電壓和功率，使母線電壓快速達到所調(diào)取的歷史電壓數(shù)據(jù)中相應(yīng)啟動時間的最大功率點電壓附近，之后執(zhí)行步驟SlO ；
[0046]步驟S9，利用恒壓法計算K*Uk值，K為預(yù)設(shè)常數(shù)，優(yōu)選為K值為0.78，之后啟動功率逆變單元2，根據(jù)V/F特性，通過SVPWM算法調(diào)節(jié)輸出頻率，改變輸出電壓和功率，使母線電壓快速達到K*Uk附近，之后執(zhí)行步驟SlO ；
[0047]步驟S10，利用增量導(dǎo)納法對最大功率點進行搜索，在步驟S8或者步驟S9追蹤到的電壓點基礎(chǔ)上，通過SVPWM算法調(diào)節(jié)輸出頻率，不斷搜索使得判斷出輸出功率P與輸出電壓u的關(guān)系滿足dp/du=0，得到最大功率點，保存當(dāng)前最大功率點時的母線電壓及當(dāng)前時間于存儲區(qū)，存儲位置自動增加1，所保存的數(shù)據(jù)以表格的形式存儲；
[0048]步驟S11，實時監(jiān)測當(dāng)前母線電壓，并按照固定幅度的頻率變化量Λ f，以增加或減小方式微調(diào)，以使母線電壓維持在該最大功率點；
[0049]步驟S12，計算累積的輸出頻率變化量是否滿足Σ Af〈A，若是，則執(zhí)行步驟S13，若否，則返回值步驟SlO ；
[0050]步驟S13，判斷當(dāng)前時間距離上一次記錄的最大功率點的時間T是否滿足T>t，t為預(yù)設(shè)時長，若是，則執(zhí)行步驟S14，若否，則返回至步驟Sll ；
[0051]步驟S14，當(dāng)前時間是否已到系統(tǒng)所預(yù)設(shè)的停止工作時間，若是，則執(zhí)行步驟S17，若否，則執(zhí)行步驟S15 ；
[0052]步驟S15，搜索下一個最大功率點，調(diào)用太陽方位角追蹤子程序，通過X軸電機驅(qū)動單元7和Y軸電機驅(qū)動單元8調(diào)整太陽能電池板I角度，并儲存數(shù)據(jù)。該步驟S15中，太陽方位角追蹤子程序包括如下過程:所述MPPT光伏變頻器控制系統(tǒng)包括有光線跟蹤傳感器，光線跟蹤傳感器連接于主處理單元，每隔預(yù)設(shè)時間，主處理單元先調(diào)取與當(dāng)前時間相對應(yīng)的前一天的歷史數(shù)據(jù)，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)調(diào)整太陽能電池板至對應(yīng)角度，之后主處理單元根據(jù)光線跟蹤傳感器采集的數(shù)據(jù)判斷太陽光方向，對太陽能電池板的角度進行微調(diào)，讀取當(dāng)前時間和太陽能電池板相對基準零點的偏移角度，并儲存數(shù)據(jù)，這就意味著每隔一個固定的時間段，系統(tǒng)會重新搜索一次最大功率點電壓，并采樣記錄一次數(shù)據(jù)，且在此之前均先調(diào)整外部電池板方位，確保方位是正對太陽光后再進行下一次的追蹤最大功率電壓。為了更好地實現(xiàn)太陽能電池板回到基準零點，在該太陽方位角追蹤子程序中，若當(dāng)前時間為日落時間，并且太陽能電池板的輸出電壓降低到下限值，則停止功率逆變單元輸出，啟動X軸電機驅(qū)動單元和Y軸電機驅(qū)動單元，按照日出時間所對應(yīng)的基準零點和當(dāng)前累計的X軸電機和Y軸電機的轉(zhuǎn)動角度，向相反方向轉(zhuǎn)動X軸電機和Y軸電機，令太陽能電池板回到基準零
占.[0053]步驟S16，若當(dāng)天沒有執(zhí)行過步驟S8，則直接返回至步驟S10，若執(zhí)行過步驟S8，則讀取第i天中最接近當(dāng)前時間所記錄的最大功率數(shù)據(jù)，通過SVPWM算法調(diào)節(jié)X軸電機9和Y軸電機10，根據(jù)V/F特性，調(diào)節(jié)輸出頻率，改變輸出電壓和功率，使母線電壓快速達到所調(diào)取的歷史數(shù)據(jù)中相應(yīng)時間的最大功率點電壓附近，之后返回至步驟SlO ；
[0054]步驟S17，停止逆變輸出，利用剩余能量驅(qū)動X軸電機9和Y軸電機10，調(diào)整太陽能電池板I角度回到基準零位。
[0055]上述MPPT光伏變頻器控制方法的工作過程中，由于太陽光的照射角度每天都會發(fā)生微小變化，所以本發(fā)明在時間到達某一采樣點時，僅在該采樣點的前后范圍內(nèi)進行微調(diào)，以最小的運算量和最快的速度，判斷出變頻器母線達到最大功率點時的時間數(shù)據(jù)以及太陽能電池板的翻轉(zhuǎn)角度。當(dāng)太陽光通過太陽能電池板產(chǎn)生直流電源輸入變頻器系統(tǒng)后，信號實時檢測單元的輸入母線電壓檢測電路對電壓值進行采樣檢測，將模擬量送給主處理器單元，主處理器單元檢測到母線電壓值已大于可啟動工作的電壓后，系統(tǒng)開始結(jié)合MPPT控制算法與SVPWM算法調(diào)節(jié)輸出變頻器頻率，為更快速跟蹤到最大功率點，剛開機時是直接按恒電壓的方式追蹤，主要是根據(jù)太陽能電池板自身特性，其最大功率點電壓大概在其開路電壓的0.78倍左右，該系數(shù)不是固定值，設(shè)定為系數(shù)K，K值會隨著溫度環(huán)境等移動，但會在其附近偏移。本控制系統(tǒng)在開機后無須通過計算和搜索方式，直接先按預(yù)先設(shè)定的K值追蹤，平衡快速的調(diào)節(jié)輸出功率使得輸入母線電壓接近開路電壓UO的K倍，即K*UO ；追蹤達到目標值后，為進一步提聞精度，使得系統(tǒng)能追蹤到真正的最大功率點，會立即切換到新的追蹤模式，即導(dǎo)納增量法，其原理是由于太陽能電池板輸出功率和輸出電壓之間的曲線關(guān)系是類似拋物線，有一個極大值的頂點，也即最大功率點，根據(jù)頂點的定義可知，最大點輸出功率有關(guān)系式dp/du=0;系統(tǒng)會在第一階段所穩(wěn)定后的K*UO母線電壓基礎(chǔ)上，平衡的增大一定的變頻器輸出功率，同時實時監(jiān)測母線電壓和電流變化，主處理器單元能快速運算得出dp/du的變化情況，若dp/du大于零，也即母線電壓減小了一個AU，而輸入的功率電壓與電流乘積值亦減小了一個ΛΡ，則系統(tǒng)認為搜索方向反了，應(yīng)向降低輸出頻率以減小輸出功率的方向調(diào)節(jié)，相反的，若dp/du小于零，則應(yīng)繼續(xù)增大輸出頻率以增加輸出功率；通過不斷的調(diào)節(jié)與計算，使得最終在最接近于dp/du=0的最大功率點附近穩(wěn)定，穩(wěn)定后，系統(tǒng)從時鐘芯片單元讀取當(dāng)前時間，以實時記錄下當(dāng)前的最大功率點數(shù)據(jù)，以便于提供給下一個周期的同一時間作為恒定電壓的參考數(shù)據(jù)，每隔一個所設(shè)定的時間后，系統(tǒng)會按上述方式再次搜索一次最大功率點，以及全部記錄時間和最大功率點的輸入電壓與輸出功率等，全部數(shù)據(jù)以時間表格形式累積存儲于系統(tǒng)中的存儲器件中，方便MPPT程序能隨時調(diào)取作為下一次追蹤的參考值，該方法與控制外部電池板支架的兩個電機轉(zhuǎn)動相似，充分利用時鐘芯片單元所提供的時間信息，使得系統(tǒng)具有自我學(xué)習(xí)的能力，大大增加了系統(tǒng)對最大功率點追蹤的速度和效率，避免每次都要從零位開始作長距離的追蹤搜索。相當(dāng)于在不斷的積累數(shù)據(jù)“經(jīng)驗”，達到在“經(jīng)驗值”附近再做小距離的最大功率搜索，效率明顯提高。
[0056]如上日復(fù)一日，甚至一年又一年的應(yīng)用中，系統(tǒng)會有越來越多的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)會在MPPT程序下統(tǒng)計規(guī)律，使得在一定時間后，即使由于部分傳感設(shè)備老化甚至損壞后，只要主系統(tǒng)能正常工作，系統(tǒng)能判斷到外部傳感信號異?；騺G失時自動啟用新的功率追蹤策略，即全經(jīng)驗?zāi)Ｊ?，對外部電池板方位信息按調(diào)取的同一時期的同一時間的記錄數(shù)據(jù)進行控制，對電氣上的MPPT也采用實時調(diào)取歷史經(jīng)驗值去調(diào)節(jié)輸出頻率以控制功率，達到預(yù)估的最大值。根據(jù)上述過程可以看出，本控制系統(tǒng)具有極好的自學(xué)習(xí)能力，通過積累歷史數(shù)據(jù)，固定安裝于同一地理位置的設(shè)備采用了智能化較高的多策略，以時鐘芯片單元為主步調(diào)，實時的控制指揮著處理器的智能工作，切換不同的追蹤模式，達到功率追蹤的快速、準確和聞效，具有極聞的經(jīng)濟價值和社會效益。
[0057]以上所述只是本發(fā)明較佳的實施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)所做的修改、等同替換或者改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明所保護的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種MPPT光伏變頻器控制系統(tǒng)，其特征在于，包括有: 一功率逆變單元，其連接于太陽能電池板，用于將太陽能電池板輸出的直流電逆變?yōu)榻涣麟姾筝敵觯? 一開關(guān)電源，其連接于太陽能電池板，用于為控制系統(tǒng)供電； 一主處理單元，其連接于功率逆變單元，其用于以MPPT算法處理數(shù)據(jù)以及發(fā)出控制指令； 一實時時鐘芯片單元，其連接于主處理單元，用于向主處理單元發(fā)送時間數(shù)據(jù)以及執(zhí)行主處理單元的控制指令調(diào)整或者校準時間； 一信號實時檢測單元，其連接于主處理單元，其用于檢測功率逆變單元的輸入電壓和電流、用于檢測功率逆變單元的輸出電壓和電流以及用于檢測太陽方向，并且將檢測結(jié)果發(fā)送至主處理單元； 一 X軸電機，其用于驅(qū)動太陽能電池板在水平方向翻轉(zhuǎn)； 一 X軸電機驅(qū)動單 元，其連接于主處理單元與X軸電機之間，用于執(zhí)行主處理單元的控制指令驅(qū)動X軸電機運轉(zhuǎn)； 一 Y軸電機，其用于驅(qū)動太陽能電池板在豎直方向翻轉(zhuǎn)； 一 Y軸電機驅(qū)動單元，其連接于主處理單元與Y軸電機之間，用于執(zhí)行主處理單元的控制指令驅(qū)動Y軸電機運轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的MPPT光伏變頻器控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主處理單元連接有故障檢測保護單元，所述故障檢測保護單元包括過壓保護電路、過流保護電路和過熱保護電路，該故障檢測保護單元用于對設(shè)備的電氣狀態(tài)進行檢測，并且將檢測結(jié)果發(fā)送至主處理單元。
3.如權(quán)利要求1所述的MPPT光伏變頻器控制系統(tǒng)，其特征在于，所述功率逆變單元包括由多個IGBT構(gòu)成的逆變橋以及該逆變橋的驅(qū)動電路。
4.如權(quán)利要求1所述的MPPT光伏變頻器控制系統(tǒng)，其特征在于，所述功率逆變單元包括IPM功率模塊。
5.如權(quán)利要求1所述的MPPT光伏變頻器控制系統(tǒng)，其特征在于，所述X軸電機和Y軸電機均為步進電機。
6.一種MPPT光伏變頻器控制方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟SI，太陽能電池板的輸出電壓隨光照強度的增加而升高，該輸出電壓傳輸至開關(guān)電源，當(dāng)開關(guān)電源達到啟動電壓后，對控制系統(tǒng)供電，并且信號實時檢測單元對變頻器母線電壓進行采樣，將該采樣電壓傳送至主處理單元； 步驟S2，太陽能電池板的采樣電壓Uin是否達到太陽方位角驅(qū)動程序設(shè)定的啟動電壓Uonl，若否，則待機等待，直至電壓達到啟動電壓Uonl以上，若是，則執(zhí)行步驟S3 ； 步驟S3，調(diào)用太陽方位角追蹤子程序，通過X軸電機驅(qū)動單元和Y軸電機驅(qū)動單元調(diào)整太陽能電池板角度，確定太陽能電池板的零位基準，并儲存數(shù)據(jù)； 步驟S4，主處理單元判斷該采樣電壓Uin與逆變輸出的啟動電壓Uon2是否滿足Uin >Uon2,若否，則繼續(xù)對變頻器母線電壓進行采樣，若是，則判斷是否到達啟動時間，若到達或者超過啟動時間，則執(zhí)行步驟S5,若未到達啟動時間,則繼續(xù)計時直至啟動時間； 步驟S5，查詢是否有歷史數(shù)據(jù)，若是，則執(zhí)行步驟S6，若否，則執(zhí)行步驟S9 ；步驟S6，逐一比較當(dāng)前開路電壓Uk與最近η天內(nèi)歷史數(shù)據(jù)中各啟動前的開路電壓大小，找到其中與當(dāng)前開路電壓Uk最接近的開路電壓Uki (i=l, 2....η)； 步驟S7，判斷是否滿足I Uk-Uki I〈 Δ U，Δ U為預(yù)設(shè)的偏差值，若是則執(zhí)行步驟S8，若否，則執(zhí)行步驟S9 ； 步驟S8，調(diào)取開路電壓為Uki這一天的所有相關(guān)歷史數(shù)據(jù)，并記錄當(dāng)前啟動時間和該開路電壓UK，之后啟動功率逆變單元，根據(jù)V/F特性，通過SVPWM算法調(diào)節(jié)輸出頻率，改變輸出電壓和功率，使母線電壓快速達到所調(diào)取的歷史電壓數(shù)據(jù)中相應(yīng)啟動時間的最大功率點電壓附近，之后執(zhí)行步驟SlO; 步驟S9，利用恒壓法計算K*Uk值，K為預(yù)設(shè)常數(shù)，之后啟動功率逆變單元，根據(jù)V/F特性，通過SVPWM算法調(diào)節(jié)輸出頻率，改變輸出電壓和功率，使母線電壓快速達到K*Uk附近，之后執(zhí)彳T步驟SlO ； 步驟S10，利用增量導(dǎo)納法對最大功率點進行搜索，在步驟S8或者步驟S9追蹤到的電壓點基礎(chǔ)上，通過SVPWM算法調(diào)節(jié)輸出頻率，不斷搜索使得判斷出輸出功率P與輸出電壓u的關(guān)系滿足dp/du=0，得到最大功率點，保存當(dāng)前最大功率點時的母線電壓及當(dāng)前時間于存儲區(qū)，存儲位置自動增加I ; 步驟S11，實時監(jiān)測當(dāng)前母線電壓，并按照固定幅度的頻率變化量Af，以增加或減小方式微調(diào)，以使母線電壓維持在該最大功率點； 步驟S12，計算累積的輸出頻率變化量是否滿足Σ八〖^，若是，則執(zhí)行步驟313，若否，則返回值步驟SlO ； 步驟S13，判斷當(dāng)前時間距離上一次記錄的最大功率點的時間T是否滿足TH，t為預(yù)設(shè)時長，若是，則執(zhí)行步驟S14，若否，則返回至步驟Sll ； 步驟S14，當(dāng)前時間是否已到系統(tǒng)所預(yù)設(shè)的停止工作時間，若是，則執(zhí)行步驟S17，若否，則執(zhí)行步驟S15; 步驟S15，搜索下一個最大功率點，調(diào)用太陽方位角追蹤子程序，通過X軸電機驅(qū)動單元和Y軸電機驅(qū)動單元調(diào)整太陽能電池板角度，并儲存數(shù)據(jù)； 步驟S16，若當(dāng)天沒有執(zhí)行過步驟S8，則直接返回至步驟S10，若執(zhí)行過步驟S8，則讀取第i天中最接近當(dāng)前時間所記錄的最大功率數(shù)據(jù)，根據(jù)V/F特性，通過SVPWM算法調(diào)節(jié)輸出頻率，改變輸出電壓和功率，使母線電壓快速達到所調(diào)取的歷史數(shù)據(jù)中相應(yīng)時間的最大功率點電壓附近，之后返回至步驟SlO ； 步驟S17，停止逆變輸出，利用剩余能量驅(qū)動X軸電機和Y軸電機，調(diào)整太陽能電池板角度回到基準零位。
7.如權(quán)利要求6所述的MPPT光伏變頻器控制方法，其特征在于，所述步驟S9中，K值為 0.78。
8.如權(quán)利要求6所述的MPPT光伏變頻器控制方法，其特征在于，所述步驟SlO中，所保存的數(shù)據(jù)以表格的形式存儲。
9.如權(quán)利要求6所述的MPPT光伏變頻器控制方法，其特征在于，所述步驟S15中，太陽方位角追蹤子程序包括如下過程:所述MPPT光伏變頻器控制系統(tǒng)包括有光線跟蹤傳感器，光線跟蹤傳感器連接于主處理單元，每隔預(yù)設(shè)時間，主處理單元先調(diào)取與當(dāng)前時間相對應(yīng)的前一天的歷史數(shù)據(jù)，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)調(diào)整太陽能電池板至對應(yīng)角度，之后主處理單元根據(jù)光線跟蹤傳感器采集的數(shù)據(jù)判斷太陽光方向，對太陽能電池板的角度進行微調(diào)，讀取當(dāng)前時間和太陽能電池板相對基準零點的偏移角度，并儲存數(shù)據(jù)。
10.如權(quán)利要求9所述的MPPT光伏變頻器控制方法，其特征在于，所述太陽方位角追蹤子程序中，若當(dāng)前時間為日落時間，并且太陽能電池板的輸出電壓降低到下限值，則停止功率逆變單元輸出，啟動X軸電機驅(qū)動單元和Y軸電機驅(qū)動單元，按照日出時間所對應(yīng)的基準零點和當(dāng)前累計的X軸電機和Y軸 電機的轉(zhuǎn)動角度，向相反方向轉(zhuǎn)動X軸電機和Y軸電機，令太陽能電池板回到基準零點。
【文檔編號】H02S40/32GK103762937SQ201310751933
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】李旭 申請人:深圳市易能電氣技術(shù)有限公司