光伏逆变器的MPPT控制装置及方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201310001326.1	申请日：	2013.01.04
公开号：	CN103064460A	公开日：	2013.04.24
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|著录事项变更IPC(主分类):G05F 1/67变更事项:申请人变更前:深圳市晶福源电子技术有限公司变更后:深圳晶福源科技股份有限公司变更事项:地址变更前:518000 广东省深圳市南山区松白路西丽南岗第二工业园第十二栋5楼变更后:518000 广东省深圳市南山区松白路西丽南岗第二工业园12栋1、2、5楼\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):G05F 1/67申请日:20130104\|\|\|公开
IPC分类号：	G05F1/67	主分类号：	G05F1/67
申请人：	深圳市晶福源电子技术有限公司
发明人：	王刚; 陈恒留
地址：	518000 广东省深圳市南山区松白路西丽南岗第二工业园第十二栋5楼
优先权：
专利代理机构：	深圳市康弘知识产权代理有限公司 44247	代理人：	胡朝阳;孙洁敏
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内容摘要

本发明公开一种光伏逆变器的MPPT控制装置及方法。其中，所述MPPT控制方法包括步骤：A、采样光伏逆变器直流侧的直流电压Ux和直流电流Ix，并计算光伏逆变器直流侧的输入功率Px；B、判断直流电压Ux是否不大于电压极小值U1，若是，更新电压极小值U1及对应的输入功率P1并转入D，否则转入C；C、判断直流电压Ux是否不小于电压极大值U2，若是，更新电压极大值U2及对应的输入功率P2并转入D，否则转入E；D、计算电压结果值U；E、根据电压结果值U发出光伏逆变器中各个开关的PWM信号。本发明采样的MPPT算法简单、实现容易、处理快速且控制稳定，可以提高太阳能电池的使用效率。

权利要求书

权利要求书一种光伏逆变器的MPPT控制方法，其特征在于，包括步骤：
A、采样光伏逆变器直流侧的直流电压Ux和直流电流Ix，并计算光伏逆变器直流侧的输入功率Px；
B、判断当前采样的直流电压Ux是否不大于电压极小值U1，若是，则将直流电压Ux对应的输入功率Px分别赋值给电压极小值U1及电压极小值U1对应的输入功率P1并转入D，否则转入C；
C、判断当前采样的直流电压Ux是否不小于电压极大值U2，若是，则将直流电压Ux对应的输入功率Px分别赋值给电压极大值U2及电压极大值U2对应的输入功率P2并转入D，否则转入E；
D、根据电压极小值U1及对应的输入功率P1、电压极大值U2及对应的输入功率P2计算电压结果值U；
E、根据电压结果值U发出光伏逆变器中各个开关的PWM信号。
根据权利要求1所述光伏逆变器的MPPT控制方法，其特征在于，步骤D是依据公式 $<mrow><MI>U</MI><MO>=</MO><MFRAC><MROW><MSUB><MI>U</MI><MN>1</MN></MSUB><MO>+</MO><MSUB><MI>U</MI><MN>2</MN></MSUB></MROW><MN>2</MN></MFRAC><MO>+</MO><MI>k</MI><MROW><MO>(</MO><MSUB><MI>P</MI><MN>1</MN></MSUB><MO>-</MO><MSUB><MI>P</MI><MN>2</MN></MSUB><MO>)</MO></MROW><MI>sign</MI><MROW><MO>(</MO><MSUB><MI>U</MI><MN>1</MN></MSUB><MO>-</MO><MSUB><MI>U</MI><MN>2</MN></MSUB><MO>)</MO></MROW></MROW>]]></MATH></MATHS>计算电压结果值U，其中，k＞0;sign为取符号运算，当U1>U2时，sign(U2‑U2)为负，当U1<U2时，sign(U2‑U2)为正。<BR>一种光伏逆变器的MPPT控制装置，其特征在于，包括：<BR>电压采样电路和电流采样电路，用于分别采样光伏逆变器直流侧的直流电压Ux和直流电流Ix；<BR>具有AD模块和PWM输出模块的控制器，控制器的AD模块通过电压采样电路、电流采样电路连接光伏逆变器直流侧，且控制器的PWM输出模块通过驱动电路连接光伏逆变器中逆变电路的各个开关；<BR>其中，由控制器执行如下处理：A、计算光伏逆变器直流侧的输入功率Px；B、判断当前采样的直流电压Ux是否不大于电压极小值U1，若是，则将直流电压Ux对应的输入功率Px分别赋值给电压极小值U1及电压极小值U1对应的输入功率P1并转入D，否则转入C；C、判断当前采样的直流电压Ux是否不小于电压极大值U2，若是，则将直流电压Ux对应的输入功率Px分别赋值给电压极大值U2及电压极大值U2对应的输入功率P2并转入D，否则转入E；D、根据电压极小值U1及对应的输入功率P1、电压极大值U2及对应的输入功率P2计算电压结果值U；E、由控制器根据电压结果值U通过PWM输出模块向驱动电路发出光伏逆变器中各个开关的PWM信号。<BR>根据权利要求3所述光伏逆变器的MPPT控制装置，其特征在于，控制器是依据公式<MATHS id=cmaths0002 num="0002"><MATH><![CDATA[<mrow><MI>U</MI><MO>=</MO><MFRAC><MROW><MSUB><MI>U</MI><MN>1</MN></MSUB><MO>+</MO><MSUB><MI>U</MI><MN>2</MN></MSUB></MROW><MN>2</MN></MFRAC><MO>+</MO><MI>k</MI><MROW><MO>(</MO><MSUB><MI>P</MI><MN>1</MN></MSUB><MO>-</MO><MSUB><MI>P</MI><MN>2</MN></MSUB><MO>)</MO></MROW><MI>sign</MI><MROW><MO>(</MO><MSUB><MI>U</MI><MN>1</MN></MSUB><MO>-</MO><MSUB><MI>U</MI><MN>2</MN></MSUB><MO>)</MO></MROW></MROW>]]></MATH></MATHS>计算电压结果值U，其中，k＞0;sign为取符号运算，当U1>U2时，sign(U2‑U2)为负，当U1<U2时，sign(U2‑U2)为正。<BR>根据权利要求3或4所述光伏逆变器的MPPT控制装置，其特征在于，控制器为DSP控制器。</p></div>
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<div class="zlzy">
<div class="zltitle">说明书</div>
<div class="gdyy">
<div class="gdyy_show"><p>说明书光伏逆变器的MPPT控制装置及方法 <BR>技术领域 <BR>本发明涉及MPPT控制技术，尤其是涉及一种基于电压波动的光伏逆变器的MPPT控制装置及方法。 <BR>背景技术 <BR>随着经济的发展和社会的进步，能源的需求日益增长，常规能源(如煤炭，石油，水力，天然气等)也越来越供不应求，因此开发新能源是当今世界的必然趋势，而太阳能电池就是主要的新能源之一。但目前光伏电池转换效率的偏低是太阳能大规模推广应用的瓶颈。如何最大限度的利用太阳发电所长产生的能量是光伏研究的一个重要方向。 <BR>光伏阵列输出特性具有非线性特征，并且其输出电压、电流受光照强度、环境温度和负载情况影响。在一定的太阳光照强度和环境温度下，光伏阵列可以工作在不同的输出电压，但是只有在某一输出电压值时，光伏阵列的输出功率才能达到最大值，这时光伏阵列的工作点就达到了输出功率电压曲线的最高点，称之为最大功率点（Maximum Power Point，MPP）。因此，在光伏发电系统中，要提高整体的效率，一个重要的途径就是实时调整光伏阵列的工作点，使之始终工作在最大功率点附近，这一过程就称之为最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）。 <BR>MPPT控制是为了更完全地使用太阳能电池，提高太阳能电池的利用效率。现常用的MPPT控制方法为扰动法（比如电压扰动法），虽然扰动法使用很方便，但也有两点缺点：其一是会让光伏逆变器在MPP点左右震荡，从而导致能量损失，降低太阳能电池的效率；其二是普通的扰动法的扰动步长难以确定，如果步长太大则增加震荡的程度，如果步长过小的话则会增加寻找MPP点的时间。 <BR>发明内容 <BR>针对现有技术存在的问题与不足，为了提高太阳能电池的使用效率，本发明提供一种更简单、稳定的基于电压波动的光伏逆变器MPPT控制装置及方法。 <BR>本发明采用如下技术方案实现：一种光伏逆变器的MPPT控制方法，其包括步骤： <BR>A、采样光伏逆变器直流侧的直流电压Ux和直流电流Ix，并计算光伏逆变器直流侧的输入功率Px； <BR>B、判断当前采样的直流电压Ux是否不大于电压极小值U1，若是，则将直流电压Ux对应的输入功率Px分别赋值给电压极小值U1及电压极小值U1对应的输入功率P1并转入D，否则转入C； <BR>C、判断当前采样的直流电压Ux是否不小于电压极大值U2，若是，则将直流电压Ux对应的输入功率Px分别赋值给电压极大值U2及电压极大值U2对应的输入功率P2并转入D，否则转入E； <BR>D、根据电压极小值U1及对应的输入功率P1、电压极大值U2及对应的输入功率P2计算电压结果值U； <BR>E、根据电压结果值U发出光伏逆变器中各个开关的PWM信号。 <BR>其中，步骤D是依据公式<MATHS num="0001"><MATH><![CDATA[ <mrow> <MI>U</MI> <MO>=</MO> <MFRAC><MROW><MSUB><MI>U</MI> <MN>1</MN> </MSUB><MO>+</MO> <MSUB><MI>U</MI> <MN>2</MN> </MSUB></MROW><MN>2</MN> </MFRAC><MO>+</MO> <MI>k</MI> <MROW><MO>(</MO> <MSUB><MI>P</MI> <MN>1</MN> </MSUB><MO>-</MO> <MSUB><MI>P</MI> <MN>2</MN> </MSUB><MO>)</MO> </MROW><MI>sign</MI> <MROW><MO>(</MO> <MSUB><MI>U</MI> <MN>1</MN> </MSUB><MO>-</MO> <MSUB><MI>U</MI> <MN>2</MN> </MSUB><MO>)</MO> </MROW></MROW>]]></MATH></MATHS>计算电压结果值U，其中，k＞0;sign为取符号运算，当U1>U2时，sign(U2‑U2)为负，当U1<U2时，sign(U2‑U2)为正。 <BR>另外，本发明公开一种光伏逆变器的MPPT控制装置，其包括： <BR>电压采样电路和电流采样电路，用于分别采样光伏逆变器直流侧的直流电压Ux和直流电流Ix； <BR>具有AD模块和PWM输出模块的控制器，控制器的AD模块通过电压采样电路、电流采样电路连接光伏逆变器直流侧，且控制器的PWM输出模块通过驱动电路连接光伏逆变器中逆变电路的各个开关； <BR>其中，由控制器执行如下处理：A、计算光伏逆变器直流侧的输入功率Px；B、判断当前采样的直流电压Ux是否不大于电压极小值U1，若是，则将直流电压Ux对应的输入功率Px分别赋值给电压极小值U1及电压极小值U1对应的输入功率P1并转入D，否则转入C；C、判断当前采样的直流电压Ux是否不小于电压极大值U2，若是，则将直流电压Ux对应的输入功率Px分别赋值给电压极大值U2及电压极大值U2对应的输入功率P2并转入D，否则转入E；D、根据电压极小值U1及对应的输入功率P1、电压极大值U2及对应的输入功率P2计算电压结果值U；E、由控制器根据电压结果值U通过PWM输出模块向驱动电路发出光伏逆变器中各个开关的PWM信号。 <BR>其中，控制器是依据公式<MATHS num="0002"><MATH><![CDATA[ <mrow> <MI>U</MI> <MO>=</MO> <MFRAC><MROW><MSUB><MI>U</MI> <MN>1</MN> </MSUB><MO>+</MO> <MSUB><MI>U</MI> <MN>2</MN> </MSUB></MROW><MN>2</MN> </MFRAC><MO>+</MO> <MI>k</MI> <MROW><MO>(</MO> <MSUB><MI>P</MI> <MN>1</MN> </MSUB><MO>-</MO> <MSUB><MI>P</MI> <MN>2</MN> </MSUB><MO>)</MO> </MROW><MI>sign</MI> <MROW><MO>(</MO> <MSUB><MI>U</MI> <MN>1</MN> </MSUB><MO>-</MO> <MSUB><MI>U</MI> <MN>2</MN> </MSUB><MO>)</MO> </MROW></MROW>]]></MATH></MATHS>计算电压结果值U，其中，k＞0;sign为取符号运算，当U1>U2时，sign(U2‑U1)为负，当U1<U2时，sign(U2‑U1)为正。 <BR>其中，控制器为DSP控制器。 <BR>与现有技术相比，本发明具有如下有益效果： <BR>本发明是基于光伏逆变器直流侧的母线电压扰动实现的光伏逆变器MPPT控制，该MPPT控制装置比较简易，实现成本较低。另外，本发明提供的MPPT控制方法实现简单、处理快速且控制稳定，可以提高太阳能电池的使用效率。 <BR>附图说明 <BR>图1为单相光伏逆变器的电路示意图。 <BR>图2为单相光伏逆变器的功率平衡关系示意图。 <BR>图3是本发明MPPT控制装置的结构示意图。 <BR>图4为本发明MPPT控制方法的流程示意图。 <BR>图5为本发明的最大功率点电压‑功率的跟踪轨迹示意图。 <BR>具体实施方式 <BR>下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。 <BR>首先分析单相光伏逆变器中的能量流动情况。忽略各种损耗（包括逆变桥开光损耗、无源器件损耗、线路损耗和二次电源等），系统的功率平衡关系如图1和图2所示，箭头表示规定的功率正方向。图中，Ppv为光伏电池的输出功率；Pc为直流母线电容的功率；uDC为直流母线电压，即太阳能电板的输出电压；iC为直流母线电容上的电流；uL为交流滤波电感上的电压；uG为交流电网电压；iG为交流输出电流；C为直流母线电容值；L为交流滤波电感值。根据功率平衡关系，有 <BR><MATHS num="0003"><MATH><![CDATA[ <mrow><MSUB><MI>P</MI> <MI>pv</MI> </MSUB><MO>=</MO> <MSUB><MI>u</MI> <MI>DC</MI> </MSUB><MSUB><MI>i</MI> <MI>C</MI> </MSUB><MO>+</MO> <MSUB><MI>u</MI> <MI>L</MI> </MSUB><MSUB><MI>i</MI> <MI>G</MI> </MSUB><MO>+</MO> <MSUB><MI>u</MI> <MI>G</MI> </MSUB><MSUB><MI>i</MI> <MI>G</MI> </MSUB><MO>=</MO> <MSUB><MI>u</MI> <MI>DC</MI> </MSUB><MI>C</MI> <MFRAC><MSUB><MI>du</MI> <MI>DC</MI> </MSUB><MI>dt</MI> </MFRAC><MO>+</MO> 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<BR>步骤S2、由控制器判断当前采样的直流电压Ux（或采样电压Ux）是否不大于电压极小值U1（当直流母线电压uDC为电压极小值U1时，对应的输入功率P2），若是，转入步骤S3，否则转入步骤S4。 <BR>步骤S3、由控制器将当前采样的直流电压Ux赋值给电压极小值U1，并将直流电压Ux对应的输入功率Px赋值给电压极小值U1对应的输入功率P1，即在MPPT控制装置中更新电压极小值U1及对应的输入功率P1。 <BR>步骤S4、由控制器进一步判断当前采样的直流电压Ux（或采样电压Ux）是否不小于电压极大值U2（当直流母线电压uDC为电压极大值U2时，对应的输入功率P2），若是，转入步骤S5，否则转入步骤S7。 <BR>步骤S5、由控制器将当前采样的直流电压Ux赋值给电压极大值U2，并将直流电压Ux对应的输入功率Px赋值给电压极大值U2对应的输入功率P2，即在MPPT控制装置中更新电压极大值U2及对应的输入功率P2。 <BR>步骤S6、由控制器依据公式<MATHS num="0004"><MATH><![CDATA[ <mrow> <MI>U</MI> <MO>=</MO> <MFRAC><MROW><MSUB><MI>U</MI> <MN>1</MN> </MSUB><MO>+</MO> <MSUB><MI>U</MI> <MN>2</MN> </MSUB></MROW><MN>2</MN> </MFRAC><MO>+</MO> <MI>k</MI> <MROW><MO>(</MO> <MSUB><MI>P</MI> <MN>1</MN> </MSUB><MO>-</MO> <MSUB><MI>P</MI> <MN>2</MN> </MSUB><MO>)</MO> </MROW><MI>sign</MI> <MROW><MO>(</MO> <MSUB><MI>U</MI> <MN>1</MN> </MSUB><MO>-</MO> <MSUB><MI>U</MI> <MN>2</MN> </MSUB><MO>)</MO> </MROW></MROW>]]></MATH></MATHS>计算电压结果值U。式中，k＞0;sign为取符号运算，当U1>U2时，sign(U2‑U1)为负，当U1<U2时，sign(U2‑U1)为正。 <BR>步骤S7、由控制器根据电压结果值U通过PWM输出模块向驱动电路发出光伏逆变器中各个开关的PWM信号。 <BR>图4中电压变化的方向与各电压、功率值的符号有关，始终朝着功率增大的方向变化。P1和P2差距越大时，电压变化的步长就越大；P1和P2差距越小时，电压变化的步长就越小。当直流电压平均值达到最大功率点时，有P1=P2，此时计算所得的电压指令值恰为直流电压平均值，因此在稳态时不会产生不必要的震荡。 <BR>图5所示为MPPT控制过程中的电压‑功率轨迹，以及光照分别为1000W/m2和600W/m2时光伏电池的电压‑功率特性曲线。由图可见采用上述方法可以有效地找到最大功率点，并在环境变化过程中始终跟随最大功率点，稳态时没有出现不必要的扰动。 <BR>当功率较小时，直流母线电压的波动幅值也较小，考虑到传感器的精度局限，不足以进行正确的计算和判断，此时仍需采用额外的电压干扰进行MPPT控制。 <BR>以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。</p></div>
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<p >本发明公开一种光伏逆变器的MPPT控制装置及方法。其中，所述MPPT控制方法包括步骤：A、采样光伏逆变器直流侧的直流电压Ux和直流电流Ix，并计算光伏逆变器直流侧的输入功率Px；B、判断直流电压Ux是否不大于电压极小值U1，若是，更新电压极小值U1及对应的输入功率P1并转入D，否则转入C；C、判断直流电压Ux是否不小于电压极大值U2，若是，更新电压极大值U2及对应的输入功率P2并转入D，否则转入E。</p>
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