基于高效自适应扰动观察法的两级mppt协同控制系统的制作方法
【专利摘要】基于高效自适应扰动观察法的两级MPPT协同控制系统，Boost升压电路与太阳能电池板连接，MPPT控制器借助第二扰动执行电路与Boost升压电路连接，MPPT控制器采集太阳能电池板、直流母线、电网的电压电流信号，比较处理后分别输出信号给第一扰动执行电路和第二扰动执行电路。技术效果是H桥逆变电路和Boost升压电路协同控制，既可以实现Boost升压电路进行MPPT控制，又可以实现H桥逆变电路进行MPPT控制，可根据实际直流输入电压和电网电压情况进行自由无缝切换，结构简单，成本低廉，MPPT控制器的跟踪电压范围宽、精度高，提高了太阳能电池板的转换效率。
【专利说明】基于高效自适应扰动观察法的两级MPPT协同控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光伏发电【技术领域】，涉及到一种控制系统，特别是基于高效自适应扰动观察法的两级MPPT的协同控制系统。
【背景技术】
[0002]随着能源的日益枯竭，由于太阳能光伏发电具有无污染、无噪声、资源丰富、可以再生、几乎不受地域限制等优良因素，所以日益受到各国的重视。光伏系统目前的主要问题是光伏电池板的转换效率低且价格昂贵，光伏电池板的输出电流-电压(1-U)曲线和电压-功率(U-P)曲线具有非线性，存在最大功率点，而且其最大功率点是随着日照强度和电池板温度等因素变化的。
[0003]为了充分利用太阳能电池板输出的电能，降低单位发电量的成本，就要通过电力电子技术和控制技术实现光伏发电的最大功率跟踪，使系统在太阳光辐射、周围环境发生变化时仍具备最大输出功率能力，使整个充电系统保持最佳输出效能状态。
[0004]但是现有的控制系统，对最大功率点的跟踪精度较低，使得太阳能电池板的转换效率较低，功率损失较大，而且现有的扰动观察法是采用固定步长来进行扰动控制的，其响应速度慢，只适合于光照强度变化很慢的场合。在稳态情况下，这种算法容易导致太阳能电池板的实际工作点在最大功率点附近小幅震荡，造成一定的功率损失；而且在光照强度发生快速变化时，跟踪算法可能失效，产生跟踪方向的判断错误。
【发明内容】
[0005]本实用新型为了解决现有技术的不足，设计了基于高效自适应扰动观察法的两级MPPT协同控制系统，结构简单，成本低廉，H桥逆变电路和Boost升压电路协同控制，MPPT控制器的跟踪电压范围宽、精度高，使系统在太阳光辐射、周围环境发生变化时仍具备最大输出功率能力，使整个充电系统保持最佳输出效能状态，提高了太阳能电池板的转换效率，减少了功率损失。
[0006]本实用新型所采用的具体技术方案是:基于高效自适应扰动观察法的两级MPPT协同控制系统，包括与电网连接的H桥逆变电路、与太阳能电池板和电网连接的MPPT控制器，MPPT控制器借助第一扰动执行电路与H桥逆变电路连接，关键是:所述的控制系统还包括借助直流母线与H桥逆变电路连接的Boost升压电路，Boost升压电路与太阳能电池板连接，MPPT控制器借助第二扰动执行电路与Boost升压电路连接，MPPT控制器采集太阳能电池板、直流母线、电网的电压电流信号，比较处理后分别输出信号给第一扰动执行电路和第二扰动执行电路。
[0007]本实用新型的有益效果是:H桥逆变电路和Boost升压电路协同控制，既可以实现Boost升压电路进行MPPT控制，又可以实现H桥逆变电路进行MPPT控制，可根据实际直流输入电压和电网电压情况进行自由无缝切换，结构简单、成本低廉、MPPT控制器的跟踪电压范围宽、精度高，使系统在太阳光辐射、周围环境发生变化时仍具备最大输出功率能力，保持最佳输出效能状态。
[0008]采用自适应占空比直接扰动法进行MPPT控制，通过引入步长系数的自动在线调整来解决传统占空比扰动法步长大小难以选择的问题。采用自适应电压变步长扰动法进行MPPT控制，通过引入步长系数的自动在线调整，可以保证MPPT最大功率跟踪的良好动态响应及稳态性能，从而提高太阳能电池板的转换效率。只需连续判断功率偏差符号即可，需要判断的变量数减少，方法简单、可靠，提高了控制系统的稳定性，减少了太阳能电池板的功率损失。
[0009]控制系统中添加了对连续两次功率偏差的符号判断，可以有效避免功率变化方向的判断失误，提闻最大功率点跟踪的精度。
[0010]利用第三电压采集电路可以实时监测直流母线上的电压，使MPPT控制器做出相应的调整，并添加一滞环判断，使直流母线电压始终高于电网峰值电压的某一最小值，可以降低直流母线与电网电压之间的电压差，提高控制系统的转换效率，防止在临界状态时前、后级MPPT控制反复切换，导致系统不稳定工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型的原理框图。
[0012]附图中，I代表太阳能电池板，2代表Boost升压电路，3代表直流母线，4代表H桥逆变电路，5代表电网，6代表第一电压电流采集电路，7代表第二扰动执行电路，8代表第三电压电流采集电路，9代表第一扰动执行电路，10代表第二电压电流采集电路，11代表MPPT控制器。
【具体实施方式】
[0013]基于高效自适应扰动观察法的两级MPPT协同控制系统，包括与电网5连接的H桥逆变电路4、与太阳能电池板I和电网5连接的MPPT控制器11，MPPT控制器11借助第一扰动执行电路9与H桥逆变电路4连接，关键是:所述的控制系统还包括借助直流母线3与H桥逆变电路4连接的Boost升压电路2，Boost升压电路2与太阳能电池板I连接，MPPT控制器11借助第二扰动执行电路7与Boost升压电路2连接，MPPT控制器11采集太阳能电池板1、直流母线3、电网5的电压电流信号，比较处理后分别输出信号给第一扰动执行电路9和第二扰动执行电路7。
[0014]所述的MPPT控制器11借助第一电压电流采集电路6与太阳能电池板I连接。
[0015]所述的MPPT控制器11借助第二电压电流采集电路10与电网5连接。
[0016]所述的MPPT控制器11借助第三电压电流采集电路8与直流母线3连接。
[0017]本实用新型在具体实施时:
[0018]a、开机时首先对控制系统各个参数进行初始化，检测太阳能电池板I的开路电压，并判断开路电压是否满足开机最低电压要求，若开路电压低于最低开机电压，则控制系统处于等待状态，直到开路电压大于最低开机电压。
[0019]b、MPPT控制器10对太阳能电池板I的输出电压Vpv与电网5电压Vaqmx进行比较，若Vpv > Vaqiim，则系统应处于单级变换逆变模式，MPPT控制器11会输出信号给第一扰动执行电路9，由H桥逆变电路4做MPPT控制，若Vpv < VAQnax，则系统应处于两级变换逆变模式，MPPT控制器11会输出信号给第二扰动执行电路7，由Boost升压电路2做MPPT控制。其中，单相逆变系统，Vacmx为相电压峰值，三相逆变系统，Vacmx为线电压峰值。
[0020]C、若控制系统处于两级变换逆变模式，系统启动工作点是从太阳能电池板I的开路电压处开始，我们利用恒定占空比D_A扰动法启动，使太阳能电池板I的输出功率一直朝着增加的方向移动，迅速跟踪到最大功率点附近，太阳能电池板I的输出电压移到最大功率点附近时，功率偏差相对较小，此时采用自适应占空比直接扰动法进行MPPT控制，通过引入步长系数λ 1=|Ρ_ Δ |/|Ρ_ Λ_11的自动在线调整来解决传统占空比扰动法步长大小难以选择的问题。为了避免功率变化方向判断失误，添加了对连续两次功率偏差？_ Δ和？_ Λ_1的符号判断，若Ρ_Λ和Ρ_Λ_1均小于零，则占空比扰动方向是取反，否则不变。第三电压电流采集电路8可以实时将直流母线3上的电压输出给MPPT控制器11，MPPT控制器11根据直流母线3与电网5电压之间的电压差，对直流母线电压实施电压浮动控制并添加一滞环判断，使直流母线3的电压控制根据MPPT实时调整，直流母线电压控制在市电峰值VAcmax+30V (VAcmax随着市电波动而变化)。此MPPT控制过程中H桥逆变电路4停止工作，Boost升压电路2负责控制太阳能电池板I的输出电压即直流母线电压和逆变输出电流波形。
[0021]d、若系统处于单级变换逆变模式，系统启动工作点是从太阳能电池板I的开路电压处开始，我们利用恒定电压步长扰动法启动，使太阳能电池板I的输出功率一直朝着增加的方向移动，迅速跟踪到最大功率点附近。太阳能电池板I的输出电压移到最大功率点附近时，采用自适应电压变步长扰动法进行MPPT控制，通过引入步长系数λ2=|Ρ_Δ /|Ρ_Δ_1的自动在线调整来保证MPPT最大功率跟踪的良好动态响应及稳态性能。同时为了避免功率变化方向判断失误，添加了对连续两次功率偏差？_ Δ和Ρ_Λ_1的符号判断，若Ρ_Λ和Ρ_Λ_1均小于零，则电压扰动方向取反，否则不变。第三电压电流采集电路8可以实时将直流母线3上的电压输出给MPPT控制器11，MPPT控制器11根据直流母线3与电网5电压之间的电压差，对直流母线电压实施电压浮动控制并添加一滞环判断，使直流母线3的电压控制根据MPPT实时调整，下限为市电峰值VAemax+50V (VAcmax随着市电波动而变化)，上限为上限最大保护值。此MPPT控制过程中，Boost升压电路2停止工作，H桥逆变电路4负责控制太阳能电池板I的输出电压即直流母线电压和逆变输出电流波形。
【权利要求】
1.基于高效自适应扰动观察法的两级MPPT协同控制系统，包括与电网(5)连接的H桥逆变电路(4)、与太阳能电池板(I)和电网(5)连接的MPPT控制器(11)，MPPT控制器(11)借助第一扰动执行电路(9)与H桥逆变电路(4)连接，其特征在于:所述的控制系统还包括借助直流母线(3)与H桥逆变电路(4)连接的Boost升压电路(2)，Boost升压电路(2)与太阳能电池板(I)连接，MPPT控制器(11)借助第二扰动执行电路(7 )与Boost升压电路(2 )连接，MPPT控制器(11)采集太阳能电池板(I)、直流母线(3 )、电网(5 )的电压电流信号，t匕较处理后分别输出信号给第一扰动执行电路(9)和第二扰动执行电路(7)。
2.根据权利要求1所述的基于高效自适应扰动观察法的两级MPPT协同控制系统，其特征在于:所述的MPPT控制器(11)借助第一电压电流采集电路(6)与太阳能电池板(I)连接。
3.根据权利要求1所述的基于高效自适应扰动观察法的两级MPPT协同控制系统，其特征在于:所述的MPPT控制器(11)借助第二电压电流采集电路(10)与电网(5)连接。
4.根据权利要求1所述的基于高效自适应扰动观察法的两级MPPT协同控制系统，其特征在于:所述的MPPT控制器(11)借助第三电压电流采集电路(8 )与直流母线(3 )连接。
【文档编号】G05B19/418GK203535465SQ201320705210
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年11月10日 优先权日:2013年11月10日
【发明者】孙宏宇, 娄德海 申请人:石家庄通合电子科技股份有限公司