最大功率追踪的光伏控制系统的制作方法

本实用新型涉及光伏发电技术领域，特别是涉及最大功率追踪的光伏控制系统。

背景技术：

太阳能是一种取之不尽用之不竭的能源，目前，我国社会正在进行节能减排重大改革。发展光伏发电有着积极意义。

光伏控制系统在实现最大功率追踪时对电压及电流的采集精度较低，影响后续的最大功率的追踪控制。

因此，需要对现有光伏控制系统在硬件结构进行改进，使得满足现有的高精度监测控制的需求。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本实用新型提供了最大功率追踪的光伏控制系统，该控制系统从整体结构上进行了改进，使得整个系统的性能提高。

最大功率追踪的光伏控制系统，包括户用光伏发电控制装置，所述户用光伏发电控制装置包括依次电连接的光伏板、BOOST变换器、储能单元及逆变器，所述逆变器连接至用电负载，所述BOOST变换器连接至光伏发电控制器，所述光伏板、BOOST变换器之间还连接有电压检测电路及电流检测电路；

所述电压检测电路及电流检测电路均将采集的信号传输至光伏发电控制器。

进一步优选的技术方案，所述电压检测电路包括电阻分压网络，用于将输入电压成比例降低，电阻分压网络连接至差分式减法器，用于计算电阻分压网络的电压差。

进一步优选的技术方案，所述光伏发电控制器通过功率开关驱动电路连接至BOOST变换器，所述功率开关驱动电路用于将光伏发电控制器输出的微小PWM信号进行放大，用于驱动 BOOST变换器中的开关管动作。

进一步优选的技术方案，所述电流检测电路包括霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器将通过的电流信号转换成正相关的输出电压，所述霍尔电流传感器连接至差分式减法器，所述差分式减法器用于将霍尔电流传感器的输出电压进行进一步放大。

进一步优选的技术方案，所述储能单元为蓄电池，所述蓄电池连接至蓄电池充放电电路，所述蓄电池充放电电路将光伏能转化为蓄电池能或将蓄电池的能量回馈直流母线。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型设计了一种新颖的电压检测电路。该电路由电阻分压网络、差分式减法器构成。能够精确的测量直流电压。同时，差分式减法器将两个传送通电的杂散干扰同时抵消，大大提高了测量精度。

2、本实用新型改进了一种电流检测电路。该电路由霍尔传感器、差分放大器组成。霍尔电流传感器能精确测量主电路电流，且无需破坏原有主电路，只需紧贴在导线上即可。霍尔电流传感器将被测电流成比例的转换成电压输出。差分放大器将输出电压进行放大，并将输出通道上的杂散电压做差抵消，提高了测量精度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本申请实施例子的总体拓扑结构图；

图2为本申请实施例子的光伏发电主控电路图；

图3为本申请实施例子的电压检测电路图；

图4为本申请实施例子的功率开关驱动电路图；

图5为本申请实施例子的电流检测电路图；

图6为本申请实施例子的蓄电池充放电电路图；

图7为本申请实施例子的负载电路图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

光伏发电系统发出的电不并网，直接供给用户或储存在蓄电池中，利用该发电系统的用户为离网户。本申请的实施例子以离网户所用的光伏发电系统为例进行说明。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，最大功率追踪的光伏控制系统，由光伏发电主控电路、电压检测电路、功率开关驱动电路、电流检测电路、蓄电池充放电电路以及负载电路组成。

电压检测对象为光伏发电主电路直流母线电压。图2中J7、J10端子，即为连接电压检测器的端口。电流检测对象为光伏发电主电路直流电流。图2中J3、J4端子及J5、J6端子，即为连接电流检测器的端口。

具体的，如图2所示，光伏发电主控电路由光伏板、DC/DC变换器、电压检测、电流检测等电路组成。

如图3所示，电压检测电路中，R9、R21组成电阻分压网络，成比例降低输入电压。运算放大器LM1B、R11、R13、R10、R12组成差分式减法器。用于计算分压网络的电压差。由此，可以直接测量出系统的直流电压。该电路的独特优点在于，利用LM1B运放设计了差分式电路，该电路可以同时抵消传送通道的信号，将干扰做差，大大提高了测量精度。

如图4所示，功率开关驱动电路，驱动电路用于将DSP输出的微小PWM信号进行放大，用于驱动DC/DC变换电路中的MOSFET。

如图5所示，电流检测电路U3为霍尔电流传感器。当有电流通过时，成正相关的输出电压。 R16、R17、R18、LM2B组成差分式减法器。用于将霍尔电流传感器的输出电压进行进一步放大。该电路的特点在于，利用霍尔元件，无需破坏原有主电路，只需将电缆穿过霍尔元件，即可检测电流。另外，该电路利用LM2B运放设计了差分式取样检测，差分电路可以抵消传送通道的干扰，提高测量精度。

如图6所示，蓄电池充放电电路，由BUCK-BOOST变换器组成。既可以将光伏能转化为蓄电池能。也可以将蓄电池的能量回馈直流母线。

如图7所示，负载电路由BOOST变换器组成。将直流母线的电压进一步提升，向负载供电。

本申请的另一种典型的实施方式中，公开最大功率追踪的光伏控制系统控制方法，提出了试探、查最优功率曲线及PID相结合的最大功率追踪控制法。

本申请中最大功率追踪的本质是控制直流母线电压u(k)，使得系统捕获最大功率p(k)。试探法通过将正弦信号扰动作为增量变量。改变了现有定步长方法、变步长方法的替代思路，即利用正弦信号的幅值有规律的变化，从而调整控制电压u的搜索大小。

具体的，最大功率追踪控制三步法由三个步骤构成，包括：

第一步，试探法。

利用正弦信号扰动周期性变化的幅值作为搜索步长，试探出最大功率点。进而绘制功率曲线。

正弦信号试探，避免了定步长的搜索慢，变步长的不容易确定的问题。兼顾了搜索速度与搜索精度。

利用正弦信号的另一大好处是，正弦信号的幅值是有规律的变化。这种有规律的变化对任何不确定性的机组参数，都有免疫性，可以使得机组运行到最大功率点。

因此，该方法不需要知道机组参数，减轻了设计困难，并且非常实用。

正弦扰动试探方法具体实现：

u(k)＝Δu+αsin(ωt)

u(k):光伏发电系统直流母线电压，即被控对象

αsin(ωt)信号干扰源，由DSP控制器根据正弦公式以及采样时间计算得出。

系统处于远离最大功率点，此时采用PID及信号扰动法相结合的方法，使得系统快速进入到最大功率区(震荡区)域附近。

第二步，查表法

通过第一步试探法之后，记录下最大功率点、电压，从而绘制电压-功率曲线。这就是该机组的实际运行曲线。每一个机组对应一条曲线。如图3所示。

有了该曲线，就可以精准的进行电压控制，使机组运行在最大功率点。例如，检测到系统某时刻电压为u(k)，通过查表，u(1)对应最大功率点电压，则通过调整DC、DC变换器，使得系统运行在u(1)，从而捕获最大光伏。

利用生成的电压-功率曲线，每一个最大功率对应一个电压。直接查曲线，即可给出当前电压参考。实现了更为精确、快速的控制。

第三步，PID调节法

在第二步基础上，通过查找第二步的曲线，找到参考电压，进而利用PID调节。使得系统快速运行至最大功率点。

融入PID的好处是，PID调节简单、稳定、准确，有较快的响应。

当系统捕获功率小于设定值时，表明系统已经在最大功率点附近。

判断方法

|P(k)-P(k-1)|≤ε

为降低震荡，此时切除正弦信号干扰。

采用PID控制。

Kp:比例控制系数；

Kd：微分控制系数；

T:控制周期；

u(k)输出控制量；

Δu:PID调节器计算量。

曲线变化判断：

为克服现有技术对机组曲线变化不敏感带来的问题，本实用新型引入功率判断法。利用步骤二找到一个时间范围内的最大功率Pmax，再实施分析这个Pmax与当前捕获的最大功率进行比较，如果超过设定的阈值，则认为曲线变化了，重新进行试探。

本申请用一组周期性变化的步长来替代定步长、变步长，即用正弦信号的幅值作为步长。这样带来的显著优点是：

只需确定好正弦信号的幅值，不需要反反复复测试，增加可行性。

周期性变化的正弦信号幅值，作为步长，从总体上达到平均搜索速度最快。从而提高效率。

利用试探法确定好一组最优功率-电压曲线之后，通过判断，会循环往复再次调用试探法，从而解决曲线缓慢变化的客观问题。

本申请的上述实施例子涉及的方法具有以下优点：不需要机组参数，适用于多种系统；查表方式控制最为直接、简洁、高效；融入PI调节，具有稳定、准确、快速的优良特性。

同时，本实用新型改进了光伏发电的关键电路，例如电压、电流检测，驱动电路等。本实用新型为户用光伏发电的推广，有着积极的借鉴、参考价值。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。