專利名稱：一種小功率光伏逆變系統(tǒng)mppt的模擬電路實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模擬電路實現(xiàn)方法，尤其涉及一種基于小功率光伏逆變系統(tǒng)MPPT計算的模擬電路實現(xiàn)方法；屬于光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤(MPPT)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
MPPT控制器的全稱“最大功率點跟蹤”(Maximum Power Point Tracking)太陽能控制器，是傳統(tǒng)太陽能充放電控制器的升級換代產(chǎn)品。所謂最大功率點跟蹤，即是指控制器能夠?qū)崟r偵測太陽能板的發(fā)電電壓，并追蹤最高電壓電流值(VI)，使系統(tǒng)以最高的效率對蓄電池充電。MPPT算法即最大功率點跟蹤算法，是光伏電路中的常用算法。光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽能光伏效應將光能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)，而光伏電池陣列的最大功率點跟蹤(MPPT)通常是一個光伏系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。在太陽能光伏發(fā)電 系統(tǒng)中，光伏電池陣列的輸出特性受到光照以及環(huán)境溫度的影響很大，具有明顯的非線性特征。因此，為了提高光伏電池陣列的轉(zhuǎn)換效率，就需要快速準確的判斷光伏電池陣列的輸出特性，找到光伏電池陣列的最大功率點。最大功率跟蹤技術(shù)(MPPT)就是一門跟蹤光伏電池陣列在既定溫度和光照強度下最大功率點的技術(shù)。MPPT技術(shù)的實現(xiàn)實質(zhì)是一個自尋優(yōu)的過程，在小功率的光伏系統(tǒng)應用中，通過改變BOOST升壓斬波電路的占空比可以自動跟蹤系統(tǒng)的最大功率點。目前常規(guī)的MPPT方案如擾動觀察法、電導增量法等需要借助DSP等微控制器件，通過傳感器采樣技術(shù)快速的獲得實時電壓和電流波形，通過特定的算法對波形進行識別，最終確定占空比的增大或者減小，達到追蹤最大功率點的目的。通過上述常規(guī)的MPPT控制方案能夠?qū)崿F(xiàn)最大功率點的跟蹤，并且具有較快的跟蹤速度和較好的調(diào)節(jié)性能。但是，這些技術(shù)的實現(xiàn)不論在硬件設(shè)計上還是在軟件算法控制上都比較復雜而且成本比較高，在針對太陽光強和環(huán)境溫度的連續(xù)性突變情況下的最大功率跟蹤效果也不是很理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的不足，提供了一種小功率光伏逆變系統(tǒng)MPPT的模擬電路實現(xiàn)方法，通過此方案可以克服常規(guī)MPPT控制方案結(jié)構(gòu)復雜且成本高的缺點，并且在太陽光強和環(huán)境溫度連續(xù)性突變的情況下，也有較好的最大功率跟蹤效果，在最大功率跟蹤時能夠獲得快速的追蹤動態(tài)和良好的調(diào)節(jié)性能。本發(fā)明所米用的技術(shù)方案是一種小功率光伏逆變系統(tǒng)MPPT的模擬電路實現(xiàn)方法，其運用了單一模擬乘法器、峰值檢波器及具有自動復位和電壓補償功能的電壓補償比較器及D觸發(fā)器控制BOOST升壓電路占空比的運用；其具體實現(xiàn)步驟如下(I)、電壓電流信號采集裝置采集電壓電流信號；(2)、模擬乘法器的運算單元對(I)中采集到的電壓電流信號進行運算乘積；再通過峰值檢波器檢測峰值信號；
(3)、峰值檢波器跟隨(2)中檢測到的峰值信號，并保持峰值信號；(4)、帶電壓補償和復位電路的電壓比較器提供輸入電壓補償，并且對是否超過對應最大功率點進行判斷，當超過最大功率點時，提供CLK高電平，通過正反饋電路對CLK電平自動復位，從而產(chǎn)生一個跳變高電平脈沖；(5)、D觸發(fā)器通過(4)輸出的CLK脈沖信號鎖存輸出BOOST升壓斬波電路中使開關(guān)管Ql導通和關(guān)斷的高低電平信號；(6) ,BOOST升壓斬波電路中，由于開關(guān)管Ql導通和關(guān)斷，占空比發(fā)生改變，從而光伏系統(tǒng)將會在最大功率的左右往回振蕩尋優(yōu)以達到最大功率點。本發(fā)明采用簡單的模擬電路搭建，電路本身能夠?qū)崿F(xiàn)最大功率點的檢索、是否超過最大功率點的判斷信號的輸出、控制BOOST升壓電路的占空比的變化，從而實現(xiàn)最大功 率點的實時跟蹤。相比常規(guī)的MPPT的控制技術(shù)，需要采用DSP等微控制器件來判斷BOOST升壓電路占空比的改變，原理和控制算法要簡單的多，成本較低，容易實現(xiàn)。通過選取合適的補償電壓，系統(tǒng)能夠得到比較快速的追蹤動態(tài)和良好的調(diào)節(jié)性能，即使在光照強度發(fā)生突變的情況下，模擬電路實現(xiàn)的MPPT控制電路也能在較快的時間能追蹤到最大功率點。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理電路圖；圖2是本發(fā)明的控制流程圖。圖中1.光伏陣列；2.模擬乘法器；3.峰值檢波器；4.帶復位電路的電壓補償比較器；5. D觸發(fā)器；6.電壓電流信號采集裝置。光伏陣列(Photovoltaic Array):是多片光伏模組的連結(jié)，也是更多光伏電池的連結(jié)，光伏陣列是最大規(guī)模的光伏發(fā)電系統(tǒng)。
具體實施例方式由圖I所示，本發(fā)明的組成部分主要包括光伏陣列I、BOOST升壓斬波電路、電壓電流信號采集裝置6、模擬乘法器2、峰值檢波器3、帶復位電路的電壓補償比較器4、D觸發(fā)器5。光伏陣列I為整個系統(tǒng)提供直流源，改變BOOST升壓斬波電路的占空比可以追蹤光伏系統(tǒng)的最大功率點，電壓電流信號采集裝置提供電壓電流信號的采樣，通過模擬乘法器2的運算單元運算乘積輸出，再通過峰值檢波器檢測并保持峰值信號，當運行功率超出最大功率點時，電壓補償比較器比較輸出CLK脈沖信號，同時反饋峰值檢波器的輸出，導通Q2開關(guān)管，使峰值檢波器保持當前峰值信號，D觸發(fā)器鎖存輸出電平信號Q非控制開關(guān)管Ql的導通關(guān)斷，達到改變BOOST升壓電路的占空比，最終追蹤整個光伏系統(tǒng)的最大功率點。下面結(jié)合圖2具體介紹本發(fā)明控制方案的實施流程打開主控斷路器，系統(tǒng)執(zhí)行步驟1，D觸發(fā)器鎖存輸出信號Q非；順序執(zhí)行步驟2，判斷Q非的電平輸出，如果為高電平，則執(zhí)行步驟3，開關(guān)管Ql導通，系統(tǒng)的電流增大，電壓減小；如果Q非為低電平則執(zhí)行步驟4，開關(guān)管Ql關(guān)斷，系統(tǒng)的電壓增大，電流減??；順序執(zhí)行步驟5，采集系統(tǒng)的電壓和電流信號；執(zhí)行步驟6，將電壓信號和電流信號通過乘法器運算輸出Vi ;執(zhí)行步驟7，峰值檢波器檢測并保持峰值信號Vp ;執(zhí)行步驟8，比較峰值檢波器保持信號Vp和電壓Vi+Vs的大小，如果Vp < Vi+Vs，執(zhí)行步驟9，電壓比較器的輸出即D觸發(fā)器的CLK信號為低電平并返回步驟2 ;如果Vp > Vi+Vs,則執(zhí)行步驟10，電壓比較器輸出高電平并返回步驟2，同時執(zhí)行步驟11，導通開關(guān)管Q2對步驟7峰值檢波器的輸出進行反饋，保持峰值電壓信號Vi+Vs。上述流程循環(huán)操作，系統(tǒng)將會在最大功率點的左右振蕩尋優(yōu)，可以選取足夠小的補償電壓Vs和足夠小的電流電壓信號采樣時間，獲得比較好的動態(tài)性能和響應速度。下面采用一個小功率的光伏系統(tǒng)為實例具體介紹實施方式和實施結(jié)果。首先，打開主控斷路器QF1，系統(tǒng)給電，D鎖存器Q非為高電平，此時開關(guān)管Ql導通，光伏陣列的電流增大，電壓減小，輸出功率將會增大。電壓電流采集裝置采集實時電壓電流信號，并通過模擬乘法器乘積運算輸出Vi，峰值檢波器檢索并且保持模擬乘法器運算乘積的峰值Vp，在光伏系統(tǒng)未達到最大功率點之前，，電壓補償比較器的正負極的電壓分別為Vp和Vi+Vs，由于Vi+Vs > Vp，此時電壓比較器輸出低電平即D觸發(fā)器的輸入信號CLK為低電平，D觸發(fā)器具有上升沿觸發(fā)的特性，因此Q非的高電平信號將會一直保持到CLK電平 信號的跳變；系統(tǒng)通過上述流程的循環(huán)操作，當電壓減小到Ul時，運行功率將越過系統(tǒng)的最大功率點，當前電壓Ul < Umpp，假設(shè)取此時的狀態(tài)為光伏陣列的功率正方向偏移系統(tǒng)最大功率點，電壓電流采樣裝置采集到當前的電壓電流信號，通過模擬乘法器運算Vi，峰值檢波器檢索保持峰值信號Vp,此時電壓比較器的正負輸入信號Vp > Vi+Vs,電壓比較器的輸出為高電平，同時輸出的高電平驅(qū)動開關(guān)管Q2導通，構(gòu)成正反饋，電容C2放電，峰值檢波器保持電壓Vi+Vs，CLK信號將逐漸變?yōu)榈碗娖剑琎2管關(guān)斷，由此產(chǎn)生一個高電平的脈沖信號，D觸發(fā)器的Q非由高電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３值较乱淮蜟LK脈沖信號的發(fā)生，開關(guān)管Ql關(guān)斷，系統(tǒng)的電壓增大，電流減小，系統(tǒng)功率增大，當電壓增大到U2時,運行功率將越過最大功率點，當前電壓U2 > Umpp，此時的狀態(tài)為光伏陣列的功率反方向偏移系統(tǒng)最大功率點，電壓信號Vp > Vi+Vs，電壓比較器輸出高電平，峰值檢波器保持峰值電壓Vi+Vs，CLK信號將逐漸變?yōu)榈碗娖?，Q2管關(guān)斷，由此產(chǎn)生一個高電平的脈沖信號，D觸發(fā)器的Q非電平由低電平變?yōu)楦唠娖讲⒈３值较乱淮蜟LK脈沖信號的發(fā)生，Ql導通。上述過程循環(huán)執(zhí)行，系統(tǒng)的輸出功率將會在最大功率點的Ula和Ulb之間振蕩尋優(yōu)，由此將實現(xiàn)最大功率點的追蹤，通過選取足夠小的補償電壓Vs，系統(tǒng)會產(chǎn)生比較小的振蕩，將會取得較好的動態(tài)性能和調(diào)節(jié)性能。為了驗證該模擬電路實現(xiàn)MPPT控制方法的實效性，我們采用了Chroma62150H-600s可控直流電源模擬太陽能電池陣列輸入環(huán)境對電路進行了仿真驗證。實驗結(jié)果如下I.主控斷路器閉合，系統(tǒng)生效，光伏系統(tǒng)用54us的時間達到直流穩(wěn)壓電源的輸出最大功率點。2.直流穩(wěn)壓電源的輸出功率為100. 4W，光伏系統(tǒng)僅產(chǎn)生2. IW的功率振蕩，MPPT效率聞達99. O % ο3.模擬太陽光照突變的情況，直流穩(wěn)壓電源輸出功率從80到100W和100W到80W快速變化，系統(tǒng)在2ms內(nèi)迅速追蹤到最大功率點。通過以上實驗證明這種模擬電路實現(xiàn)的MPPT方案在最大功率點的跟蹤方面快速，高效，在針對光照等環(huán)境因素的快速變化時也能取得較好的跟蹤效果。
權(quán)利要求
1.一種小功率光伏逆變系統(tǒng)MPPT的模擬電路實現(xiàn)方法，其特征在于本發(fā)明運用了單一模擬乘法器、峰值檢波器及具有自動復位和電壓補償功能的電壓補償比較器及D觸發(fā)器控制BOOST升壓電路占空比的運用； 其具體實現(xiàn)步驟如下 (1)、電壓電流信號采集裝置采集電壓電流信號； (2)、模擬乘法器的運算單元對(I)中采集到的電壓電流信號進行運算乘積；再通過峰值檢波器檢測峰值信號； (3)、峰值檢波器跟隨(2)中檢測到的峰值信號，并保持峰值信號； (4)、帶電壓補償和復位電路的電壓比較器提供輸入電壓補償，并且對是否超過對應最大功率點進行判斷，當超過最大功率點時，提供CLK高電平，通過正反饋電路對CLK電平自動復位，從而產(chǎn)生一個跳變高電平脈沖； (5)、D觸發(fā)器通過(4)輸出的CLK脈沖信號鎖存輸出BOOST升壓斬波電路中使開關(guān)管Ql導通和關(guān)斷的高低電平信號； (6),BOOST升壓斬波電路中，由于開關(guān)管Ql導通和關(guān)斷，占空比發(fā)生改變，從而光伏系統(tǒng)將會在最大功率的左右往回振蕩尋優(yōu)以達到最大功率點。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種小功率光伏逆變系統(tǒng)MPPT的模擬電路實現(xiàn)方法，其運用了單一模擬乘法器、峰值檢波器及具有自動復位和電壓補償功能的電壓補償比較器及D觸發(fā)器控制BOOST升壓電路占空比的運用；其具體實現(xiàn)步驟分為電壓電流信號采集裝置采集電壓電流信號；模擬乘法器的運算單元對采集到的電壓電流信號進行運算乘積；再通過峰值檢波器檢測峰值信號；峰值檢波器跟隨檢測到的峰值信號，并保持峰值信號等六個步驟；本發(fā)明采用簡單的模擬電路搭建，系統(tǒng)能夠得到比較快速的追蹤動態(tài)和良好的調(diào)節(jié)性能，即使在光照強度發(fā)生突變的情況下，模擬電路實現(xiàn)的MPPT控制電路也能在較快的時間能追蹤到最大功率點。
文檔編號G05F1/67GK102880223SQ20121036495
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者李支柱, 張曉彬, 夏勇, 王 鋒 申請人:易霸科技(威海)股份有限公司