控制芯片的计算速度，大部分时间MPPT控制芯片输出的是恒定的参考电压信号。因此，不需要给每个光伏晶元串都配备一个MPPT控制芯片。本发明仅采用一个MPPT控制芯片即可依次实现对各光伏晶元串的独立的最大电流跟踪。所提出的自适应分时最大电流跟踪算法的示意图和流程图分别如图3和图4所示。
[0027]为了充分利用MPPT控制芯片和快速应对外界环境的变化，本发明采用时长自适应调节的使能信号来控制MCT的执行。使能信号初始值设为1，对光伏晶元串I进行MCT。当光伏晶元串I达到其最大功率点即总输出电流达到最大之后，使能信号立即变为0，对光伏晶元串2做MCT。当光伏晶元串2也达到其最大功率点，使能信号变为-1，对光伏晶元串3做MCT。当三个光伏晶元串均达到各自的最大功率点之后，使能信号变为周期性信号，周期为3T，其值在1，0，-1之间以时间间隔T变化。当外界环境发生变化，例如，在图3中七6时刻，光伏晶元串2的辐照度发生突变，此时使能信号由-1转变为1，先对光伏晶元串I进行MCT，扰动光伏晶元串I的输出电压。经扰动发现总输出电流并没有实质性的变化，所以光伏晶元串I的输出电压会被扰动回原先的最大功率点电压值。之后使能信号会立即变到0，对光伏晶元串2做MCT，从而追踪到光伏晶元串2在变化的辐照度下的新的最大功率点，也即光伏板在变化的辐照度下的新的最大总输出电流。由此可以看出，在自适应分时最大电流跟踪算法的控制下，MPPT芯片得到了持续的使用，在辐照度变化的情况下也能及时快速地追踪到各个光伏晶元串的新的最大功率点。
[0028]此方法的具体流程图如图4所不。clock彳目号为1，0，-1分别代表对光伏晶兀串1，2，3做最大功率追踪。传感器采样三个光伏晶元串的输出电压Vpvl，Vpv2, Vpv3和光伏板总的输出电流I。。Vk，Vk IjP I k肩一组用于扰动观测法(P&0)运算的公共变量。首先，把\和I 4勺值赋给Vk JP I k 10如果clock信号等于C1，则把当前的光伏晶元串i的输出电压Vpvl，参考电压Vrafl和光伏板的总输出电流I。分别赋值给V k，V-和I k。变量c用于记录clock值的变化。为了防止最大功率点附近的振荡，设定电流变化量的阈值Λ K当
Ik:的差值小于Λ I时，认为I ^已达到最大值，不再继续做MCT，clock的值将发生跳变以启动下一个光伏晶元串的MCT。当IjP I k i的差值大于Λ I，则对光伏晶元串i执行基于P&0算法的MCT，得到更新之后的参考电压V?f。如果clock等于c即clock保持了之前的值Cl，说明此时仍在对光伏晶元串i做MCT，故将Vraf赋值给V refl0若clock不等于c即clock值发生了跳变，那么就不进行此参考电压的赋值过程。最终输出三个参考电压信
Vref3。
[0029]如果光伏板有阴影遮挡或者辐照度变化，总输出电流Ici的变化量会超过设定的阈值M。此时，变量m被赋值为2，同时扰动观测法将会继续执行。如果阴影遮挡发生在当前进行MCT的光伏晶元串上，那么MCT将会迅速追踪到新的最大总输出电流。如果阴影遮挡发生在其它光伏晶元串上，则在当前光伏晶元串的MCT完成之后，clock值发生跳变，此轮程序运行结束，并在下一轮程序运行之初进行电压电流的赋值。在此过程中，参考电压Vraf没有被扰动即没有被更新，所以总输出电流I。保持不变。若照此程序运行，I ^会始终保持不变，将无法追踪到该光伏板新的最大总输出电流。为了避免这一问题，自检测到总输出电流超过M的变化量开始，在clock信号发生突变的时刻，对参考电压Vraf引入扰动Λ V，同时对变量m执行减一操作。变量m在O到2之间变化，控制该扰动动作执行一轮(即光伏晶元串1，2，3)后停止。此方式将能最终追踪到新的最大总输出电流，从而实现整块光伏板的最大功率输出。
[0030]如图1所示，本发明一种DMPPT光伏发电模块中一块光伏板包含三个光伏晶元串，每个光伏晶元串的输出侧级联一个Buck变换器；三个Buck变换器的输出端串联后输出。分时MPPT控制芯片实时检测每个光伏晶元串的输出电压Vpvl，Vpv2, Vpv3和光伏板总的输出电流Ici，经程序计算后得出三个参考电压信号Vrafl，Vref2, Vref3O参考电压信号Vraf (Vrafl，Vref2,Vref3)和光伏晶元串输出电压Vpv(Vpvl，Vpv2，Vpv3)经过电压外环生成一个参考电流信号，这个参考电流信号和总输出电流Ici经过电流内环生成一个控制电压信号。该控制电压经脉宽调制器生成具有相应占空比的脉宽调制信号去控制Buck变换器的开关，使得光伏晶元串工作在该参考电压Vraf处。照此，MPPT控制芯片不断调整每个光伏晶元串的工作电压，保证每个Buck变换器输入端均工作在相应光伏晶元串当前的最大功率点处，也就保证了整个光伏板输出其理想最大功率。
【主权项】
1.基于分时自适应MCT算法的DMPPT光伏发电模块，其特征在于，包括若干串联的集成光伏板，所述集成光伏板包括三个光伏晶元串和一个MPPT控制芯片，每个光伏晶元串连接一个Buck变换器，三个Buck变换器的输出端串联，并由所述MPPT控制芯片控制实现该集成光伏板的最大功率追踪。2.根据权利要求1所述的基于分时自适应MCT算法的DMPPT光伏发电模块，其特征在于，所述若干串联的集成光伏板连接到中央逆变器。3.根据权利要求2所述的基于分时自适应MCT算法的DMPPT光伏发电模块，其特征在于，所述DMPPT光伏发电模块中存在一快一慢两个控制环；在较慢的控制环中，中央逆变器应用扰动观测法不断更新光伏板的输出电压Vci;而在较快的控制环中，Buck变换器以更高的频率迭代，使得此Vci下的光伏板总输出电流I ^达到最大。4.根据权利要求1所述的基于分时自适应MCT算法的DMPPT光伏发电模块，其特征在于，MPPT控制芯片采样集成光伏板中每个光伏晶元串的输出电压Vpvl，Vpv2, Vpv3和集成光伏板的总输出电流I。作为输入，经分时自适应MCT算法计算并输出三个参考电压信号V ?fl，Vref2，(ef3;三个参考电压信号Vraf和三个光伏晶元串输出电压Vpv经过电压外环生成一个参考电流信号，这个参考电流信号和总输出电流^经过电流内环生成一个控制电压信号；该控制电压经脉宽调制器生成具有相应占空比的脉宽调制信号去控制Buck变换器的开关，使得光伏晶元串工作在该参考电压Vraf处;MPPT控制芯片不断调整每个光伏晶元串的工作电压，最终保证每个Buck变换器输入端均工作在相应光伏晶元串当前的最大功率点处。5.根据权利要求4所述的基于分时自适应MCT算法的DMPPT光伏发电模块，其特征在于，采用时长自适应调节的使能信号来控制MCT的执行:使能信号初始值设为1，对光伏晶元串I进行MCT ;当光伏晶元串I达到其最大功率点即总输出电流达到最大之后，使能信号立即变为O，对光伏晶元串2做MCT ;当光伏晶元串2也达到其最大功率点，使能信号变为-1，对光伏晶元串3做MCT ;当三个光伏晶元串均达到各自的最大功率点之后，使能信号变为周期性信号，周期为3T，其值在1，0，-1之间以时间间隔T变化；当外界环境发生突变时，此时使能信号转变为1，先对光伏晶元串I进行MCT，扰动光伏晶元串I的输出电压；直到该光伏晶I元串达到其最大功率点；之后使能信号会立即变到O，对光伏晶元串2做MCT，从而追踪到光伏晶元串2在变化的辐照度下的新的最大功率点，也即光伏板在变化的辐照度下的新的最大总输出电流；当三个光伏晶元串在环境突变后都工作在最大功率点后，使能信号变为周期性信号，周期为3T，其值在1，0，-1之间以时间间隔T变化。6.根据权利要求4所述的基于分时自适应MCT算法的DMPPT光伏发电模块，其特征在于，MCT算法包括: clock信号为1，0，-1分别代表对光伏晶元串1，2，3做最大功率追踪；传感器采样三个光伏晶元串的输出电压Vpvl，Vpv2, Vpv3和光伏板总的输出电流I k，Vk IjP I k 1是一组用于扰动观测法运算的公共变量； 首先，把\和I 4勺值赋给Vk:和I k 1;如果clock信号等于c i，则把当前的光伏晶元串i的输出电压Vpvl，参考电压Vrafl和光伏板的总输出电流I。分别赋值给V k，UP I k;变量c用于记录clock值的变化；为了防止最大功率点附近的振荡，设定电流变化量的阈值Λ I ;当ldP I k:的差值小于Λ I时，认为I。已达到最大值，不再继续做MCT，clock的值将发生跳变以启动下一个光伏晶元串的MCT ;当IdP I k i的差值大于Λ I，则对光伏晶元串i执行基于P&0算法的MCT，得到更新之后的参考电压Vraf;如果clock等于C即clock保持了之前的值C1，说明此时仍在对光伏晶元串i做MCT，故将Vraf赋值给V _;若clock不等于c即clock值发生了跳变，那么就不进行此参考电压的赋值过程；最终输出三个参考电压信号Vrefl，Vref2，Vref3 0
【专利摘要】本发明公开了一种基于分时自适应MCT算法的DMPPT光伏发电模块，包括若干串联的集成光伏板，所述集成光伏板包括三个光伏晶元串和一个MPPT控制芯片，每个光伏晶元串连接一个Buck变换器，三个Buck变换器的输出端串联，并由所述MPPT控制芯片控制实现该集成光伏板的最大功率追踪。本发明可以保证无论在什么光照条件下，使用最少数目的控制芯片和传感器，使得所有光伏单元均输出各自的最大功率。相比于现有的光伏板级别的产品，该模块仅用一个电流传感器和控制芯片就能完全弥补光伏板内由失配问题造成的功率损失，有利于光伏优化器的进一步集成。
【IPC分类】G05F1/67, H02S40/30
【公开号】CN105207606
【申请号】CN201510579093
【发明人】王丰, 朱田华, 卓放
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月11日