專利名稱：基于雙重線性近似值的mppt算法的模擬電路實現(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，尤其涉及一種基于雙重線性近似值MPPT控制器控制算法的模擬電路實現(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 PointTracking)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(yīng)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(zhǔn)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(qiáng)度下最大功率點的技術(shù)。目前常規(guī)的MPPT方案如擾動觀察法、電導(dǎo)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(jìn)行識別，通過PWM技術(shù)改變占空比的大小，最終達(dá)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)計上還是在算法控制上都比較復(fù)雜而且成本比較高，在最大功率點的附近容易產(chǎn)生振蕩，在追蹤最大功率點時會存在一定的滯后。

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，提供了一種基于雙重線性近似值的MPPT算法的模擬電路實現(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(fù)雜且成本高的缺點，在最大功率點處振蕩小，控制精度高，速度快，本方案電路具有較好的經(jīng)濟(jì)效益且容易嵌入到不同規(guī)模的光伏系統(tǒng)中。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種基于雙重線性近似值的MPPT算法的模擬電路實現(xiàn)方法，其核心特點是雙重線性近似值算法的運用，雙重線性的近似值分別是指光伏系統(tǒng)在恒溫條件下，最大功率點電壓與光照強(qiáng)度的線性近似值關(guān)系和光伏系統(tǒng)在恒定光照下，最大功率點電壓與溫度的線性近似值關(guān)系，光伏系統(tǒng)的最大功率點正是滿足這雙重線性近似關(guān)系的系統(tǒng)；本發(fā)明運用了光敏二極管和熱敏電阻共同組成雙重線性近似值運算電路，通過實時的光照和溫度運算輸出最大功率點參考電壓，通過加法器和PI調(diào)節(jié)器輸出參考電壓與光伏陣列實時電壓的穩(wěn)態(tài)誤差信號，運用了 PWM電壓比較器來改變Buck降壓電路的占空比，從而實現(xiàn)最大功率點的跟蹤；其具體實現(xiàn)步驟如下
(I)、雙重線性近似值模擬運算電路根據(jù)光敏二極管和熱敏電阻實時采集的光照強(qiáng)度和溫度信號運算輸出光伏陣列的最大功率點參考電壓Vref，光伏陣列實時采集電壓值Vpv ；(2)、通過加法器電路將(I)中的參考電壓Vref和陣列實時電壓Vpv實現(xiàn)加法運算 V = Vref-Vpv ；(3)、通過PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)⑵中輸出信號V，輸出穩(wěn)態(tài)的誤差信號Vi ；(4)、將(3)的誤差信號Vi和12kHz的方波信號通過PWM電壓比較器，改變方波信號的占空比；(5)、Buck降壓電路由于(4)中方波信號占空比的變化，開關(guān)管的導(dǎo)通關(guān)斷時間發(fā)生改變，使光伏陣列的電壓Vpv向著減小誤差的方向調(diào)整直到消除誤差，最終達(dá)到穩(wěn)定最大功率輸出；本發(fā)明基于光伏陣列的最大功率點與光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度分別近似呈線性關(guān)系的原理，采用簡單的模擬電路搭建，電路運用了光敏二極管和熱敏電阻模擬實現(xiàn)了光伏陣列的雙重線性關(guān)系，準(zhǔn)確的確定最大功率點處的參考電壓，對參考電壓和實時采集的陣列電壓差值計算經(jīng)PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)輸出穩(wěn)態(tài)的誤差信號，通過PWM比較器改變Buck電路的占空比，實現(xiàn)最大功率點的準(zhǔn)確追蹤。相比常規(guī)的MPPT的控制技術(shù)，原理和控制算法要簡單的多，成本較低，在最大功率點處振蕩小，控制精度高，響應(yīng)速度快，容易嵌入到不同規(guī)模的光伏系統(tǒng)中。


圖1是恒溫條件，光伏陣列在不同光照強(qiáng)度下的功率-電壓曲線。圖2是恒定光照條件下，光伏陣列在不同溫度下的功率-電壓曲線。圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理電路圖。圖4是本發(fā)明的控制流程圖。
具體實施例方式由圖3所示，本發(fā)明的組成部分主要包括光伏陣列l(wèi)、Buck降壓電路2、雙重線性近似值運算電路3、加法器4、PI調(diào)節(jié)器5和PWM電壓比較器6。光伏陣列I為整個系統(tǒng)提供直流源，改變Buck降壓電路2的占空比可以追蹤光伏系統(tǒng)的最大功率點，雙重線性近似值運算電路3可以準(zhǔn)確計算出實時光照和溫度條件下陣列的最大功率點處的參考電壓，通過加法器4實現(xiàn)參考電壓和實時電壓誤差的計算，再通過PI調(diào)節(jié)器5調(diào)節(jié)輸出穩(wěn)態(tài)的誤差，經(jīng)過PWM電壓比較器6的運算，改變Buck降壓電路2的占空比，使系統(tǒng)電壓向減小誤差的狀態(tài)運行，最終達(dá)到穩(wěn)定在最大功率點輸出。當(dāng)光照強(qiáng)度和溫度發(fā)生改變時，雙重線性近似值運算電路3迅速計算新的參考電壓，通過后續(xù)電路的調(diào)節(jié),迅速精確達(dá)到新的最大功率點穩(wěn)態(tài)輸出。下面結(jié)合圖4具體介紹本發(fā)明控制方案的實施流程系統(tǒng)啟動時，執(zhí)行步驟1，雙重線性近似值運算電路根據(jù)實時的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度運算輸出最大功率點參考電壓Vref ;執(zhí)行步驟2，實時采集到光伏陣列的實時電壓Vpv ；執(zhí)行步驟3,通過加法器,計算Vref和Vpv的差值V, V = Vref-Vpv ;執(zhí)行步驟4,通過PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)步驟3中的差值V輸出穩(wěn)態(tài)的誤差信號Vi ;執(zhí)行步驟5，判斷誤差信號是否為O ;如果為0，則執(zhí)行步驟6，占空比不發(fā)生改變，然后執(zhí)行步驟12，電壓Vpv不發(fā)生調(diào)整，然后返回步驟2執(zhí)行；如果不為0，執(zhí)行步驟7，判斷差值是否為正值，如果為正值，則執(zhí)行步驟8，系統(tǒng)占空比減小，然后執(zhí)行步驟10，電壓Vpv向增大的方向調(diào)整，然后返回到步驟2執(zhí)行；如果差值為負(fù)值，則執(zhí)行步驟9，系統(tǒng)的占空比增大，然后執(zhí)行步驟11，電壓Vpv向減小的方向調(diào)整，然后返回到步驟2執(zhí)行；上述的過程循環(huán)運行，系統(tǒng)將達(dá)到穩(wěn)態(tài)的最大功率運行。下面對該電路在實際運行中的具體實施方式
進(jìn)行詳細(xì)介紹首先，系統(tǒng)開啟，雙重線性近似值運算電路中的光敏二極管和熱敏電阻通過感應(yīng)到實時的光照強(qiáng)度和溫度，調(diào)整對應(yīng)輸出，通過電路的運算得到最大功率點處的電壓的參考值即參考電壓Vref，通過對系統(tǒng)光伏陣列的電壓值的采集，得到系統(tǒng)運行的實時電壓值Vpv，經(jīng)過一個加法器，可以計算出參考值和實時值的差值V = Vref-Vpv, PI調(diào)節(jié)器通過對這一微小的誤差信號的放大和積分調(diào)節(jié)輸出穩(wěn)態(tài)的誤差Vi，將穩(wěn)態(tài)的誤差信號Vi和PWM信號經(jīng)過PWM電壓比較器輸出，系統(tǒng)的占空比會發(fā)生相應(yīng)的變化，改變開關(guān)管Q的導(dǎo)通和關(guān)斷時間，從而使系統(tǒng)的電壓向消除誤差的方向運行。誤差Vi的狀態(tài)不同，系統(tǒng)的占空比的變化就不同，系統(tǒng)電壓消除誤差的方向就不同，當(dāng)Vi = 0，即最大功率電壓的參考值和陣列電壓實時值是相同的，系統(tǒng)的占空比就不需要改變，電壓也不會發(fā)生改變，此時系統(tǒng)即在最大功率點輸出；ivi > 0，即最大功率電壓的參考值大于光伏陣列電壓的實時值，系統(tǒng)的占空比就會減小，開關(guān)管Q的導(dǎo)通時間減小，系統(tǒng)電壓增大直到陣列電壓達(dá)到參考值；當(dāng)Vi<0，即最大功率電壓的參考值<光伏陣列電壓的實時值，系統(tǒng)的占空比就會增大，開關(guān)管的導(dǎo)通時間增大，系統(tǒng)電壓減小直到陣列電壓達(dá)到參考值。上述過程循環(huán)執(zhí)行，系統(tǒng)就會在某一光照度和溫度條件下達(dá)到穩(wěn)定的最大功率輸出，而隨著光照強(qiáng)度和溫度的迅速變化，雙重線性近似值運算電路又會計算新的最大功率電壓參考值，迅速調(diào)整電路達(dá)到新的穩(wěn)定最大功率輸出狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種基于雙重線性近似值的MPPT算法的模擬電路實現(xiàn)方法，其特征在于其核心特點是雙重線性近似值算法的運用，雙重線性的近似值分別是指光伏系統(tǒng)在恒溫條件下，最大功率點電壓與光照強(qiáng)度的線性近似值關(guān)系和光伏系統(tǒng)在恒定光照下，最大功率點電壓與溫度的線性近似值關(guān)系，光伏系統(tǒng)的最大功率點正是滿足這雙重線性近似關(guān)系的系統(tǒng)；本發(fā)明運用了光敏二極管和熱敏電阻共同組成雙重線性近似值運算電路，通過實時的光照和溫度運算輸出最大功率點參考電壓，通過加法器和PI調(diào)節(jié)器輸出參考電壓與光伏陣列實時電壓的穩(wěn)態(tài)誤差信號，運用了 PWM電壓比較器來改變Buck降壓電路的占空比，從而實現(xiàn)最大功率點的跟蹤； 其具體實現(xiàn)步驟如下 (1)、雙重線性近似值模擬運算電路根據(jù)光敏二極管和熱敏電阻實時采集的光照強(qiáng)度和溫度信號運算輸出光伏陣列的最大功率點參考電壓Vref，光伏陣列實時采集電壓值Vpv ； (2)、通過加法器電路將⑴中的參考電壓Vref和陣列實時電壓Vpv實現(xiàn)加法運算V=Vref-Vpv ； (3)、通過PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)(2)中輸出信號V，輸出穩(wěn)態(tài)的誤差信號Vi； (4)、將(3)的誤差信號Vi和12kHz的方波信號通過PWM電壓比較器，改變方波信號的占空比； (5)、Buck降壓電路由于(4)中方波信號占空比的變化，開關(guān)管的導(dǎo)通關(guān)斷時間發(fā)生改變，使光伏陣列的電壓Vpv向著減小誤差的方向調(diào)整直到消除誤差，最終達(dá)到穩(wěn)定最大功率輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于雙重線性近似值的MPPT算法的模擬電路實現(xiàn)方法，其核心特點是雙重線性近似值算法的運用；本發(fā)明運用了光敏二極管和熱敏電阻共同組成雙重線性近似值運算電路，通過實時的光照和溫度運算輸出最大功率點參考電壓，通過加法器和PI調(diào)節(jié)器輸出參考電壓與光伏陣列實時電壓的穩(wěn)態(tài)誤差信號，運用了PWM電壓比較器來改變Buck降壓電路的占空比，從而實現(xiàn)最大功率點的跟蹤；其具體實現(xiàn)步驟分為五個步驟來實現(xiàn)。本發(fā)明相比常規(guī)的MPPT的控制技術(shù)，原理和控制算法要簡單的多，成本較低，在最大功率點處振蕩小，控制精度高，響應(yīng)速度快，容易嵌入到不同規(guī)模的光伏系統(tǒng)中。
文檔編號G05F1/67GK103034278SQ201210529399
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者李支柱, 張曉彬, 王 鋒, 夏勇 申請人:易霸科技(威海)股份有限公司, 李支柱