一种应用于光伏发电系统的最大功率跟踪控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光伏发电领域，特别涉及一种应用于光伏发电系统的最大功率跟踪控制装置。
【背景技术】
[0002]太阳能作为一种新型绿色能源，可解决因常规能源枯竭而引发的能源危机，受到国内外的广泛关注。而光伏发电则是当前利用太阳能的主要形式之一。光伏阵列的输出特性具有较强非线性特征，它的输出功率不仅与光伏阵列内部特性有关，还受到外界环境条件(光照、温度)的影响，采用最大功率点跟踪技术(Maximum power point track, MPPT)可有效提升光伏系统的能量转换效率。
[0003]常用最大功率跟踪装置的跟踪方法中开路电压系数法和短路电流系数法，控制简单易于实现，但需要周期性的断开或短路光伏阵列，导致较多功率损失，且其工作点并不是真正的最大功率点，该策略主要是用于光伏路灯等对跟踪精度要求不高的场合。扰动观察法通过对光伏板的输出电压施加扰动，检测输出功率的变化来跟踪最大功率。对定步长扰动观察法，大步长可提升跟踪速度，但最大功率点附近功率振荡大，能量损失严重；小步长可减少能量损失，提高稳态精度，但会降低跟踪速度。电导增量法通过比较光伏阵列的电导增量和瞬间电导来改变系统的控制信号。
[0004]除此之外，还有基于智能控制的MPPT方法，文献Efficiency Optimizat1nof a DSP-Based Standalone PV System Using Fuzzy Logic and Dual-MPPTControl(Al NabVlsi A,DhaoVadi R.1EEE Transact1ns on IndustrialInformatics, 2012,8(3):573-584.)提出基于模糊算法的最大功率点跟踪控制策略，具有稳态精度高，鲁棒性强的特点，但该算法有效性依赖于设计者的经验。文献Acost-effective single-stage inverter with maximum power point tracking(ChenYjSmedley K M.Power Electronics,IEEE Transact1ns on, 2004，19 (5):1289-1294)采用神经网络算法进行最大功率跟踪，但需要对每块光伏板进行训练以获取其控制规贝丨J。文献 Design of a Sliding-Mode-Controlled SEAVR for Pv MPPTApplicat1ns(Mamarelis E，Petrone G，Spagnuolo G.1EEE Transact1ns onIndustrial Electronics, 2014，61 (7): 3387-3398)采用滑膜变结构控制提高系统的动态性能，但其参数设计较为复杂，实用性不高D High-performance algorithms fordrift avoidance and fast tracking in solar MPPT system(Pandey A, N.Dasguptaand A.K.Mukerjee，High-performance algorithms for drift avoidance and fasttracking in solar MPPT system.1EEE Transact1ns on Energy Convers1n, 2008.23(2):p.681-689.)提出一种变步长扰动观察法，能较好的兼顾系统稳态性能和动态性能。但适用范围有限，并且变步长系数确定比较麻烦。A variable Step Size INC MPPT Methodfor PV Systems (Fangrui Lj Shanxu Dj Fei L，et al.A variable Step Size INC MPPTMethod for PV Systems.1EEE Transact1ns on Industrial Electronics, 2008.55(7):p.2622-2628.)讨论了一种结合变步长电导增量控制策略的最大功率跟踪装置，在光照稳定的条件下，该装置可以较好的跟踪最大功率点，但在外界条件剧烈变化的情况下跟踪效果不是很好，存在稳态功率损失较大，动态跟踪速度较慢的问题。因此，非常有必要开发一种适用于环境变化比较剧烈的条件下的最大功率跟踪装置，并满足稳态跟踪精度高，动态响应速度快的要求。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种应用于光伏发电系统的最大功率跟踪控制装置。
[0006]本实用新型的目的通过以下的技术方案实现:
[0007]—种应用于光伏发电系统的最大功率跟踪控制装置，包括光伏阵列、滤波电路、DC-DC功率转换电路、电压检测电路、电流检测电路、信号调理电路、DSP控制芯片、驱动电路，以及AVR单片机、以AVR单片机为核心的显示模块；其中，光伏阵列的输出经过滤波电路连接DC-DC功率转换电路，功率转换电路的输出连接负载；通过电压检测电路、电流检测电路获得光伏阵列输出信号，该信号经由信号调理电路输入DSP控制芯片，DSP控制芯片实现MPPT控制信号的实时调整；DSP控制芯片输出PffM控制信号，PffM控制信号经由驱动电路产生驱动开关管动作的信号；AVR单片机与DSP控制芯片利用RS485进行通讯，相关控制参数(光伏电池端电压、电流、输出功率等)在以AVR单片机为核心的显示电路上进行显示。
[0008]所述的DC-DC功率转换电路为buck-boost电路。buck_boost电路可同时满足光伏系统升压和降压的要求，具有广泛的应用空间。
[0009]所述的buck-boost电路包括电源E、M0SFET驱动器VT、电感L、二极管VD、电容C，以及负载，其中电源E正极与MOSFET驱动器VT漏极相连，MOSFET驱动器VT源极分别与电感L、二极管VD负极相连，电感L的另一端与电源E负极相连；电容C和负载并联后一端与二极管VD正极相连，另一端与电源E负极相连。
[0010]所述的负载为独立用电设备或者光伏并网逆变器。
[0011]所述的DSP控制芯片为TI公司的DSP TMS28035。该芯片具备强大的数据、信号处理能力。
[0012]所述的MPPT控制信号的调整步骤具体为:
[0013](I)采样k时刻光伏阵列输出端电压U(k)、电流I (k);
[0014](2)求出k时刻的功率P (k)，计算k时刻的电压变化量Δ U (k) =U (k) -U (k-Ι)、电流变化量 AI(k) = I(k)-1(k-l)和功率变化量 AP(k) = p(k)-p(k-l);其中 U(k_l)、I (k-1)、P(k-l)分别为k-1时刻的电压、电流和功率；
[0015](3)判断AU(k)是否为O:若为0，则判断Al(k)是否为O ;若Δ I (k) =0，不改变参考电压Uref (k)，返回继续采样；若△ I (k)〈0，说明系统当前工作在最大功率点处右侧，以步长AUref对参考电压Uref (k)施加负向扰动；若A I (k) >0，说明系统当前工作在最大功率点处左侧，以步长AUref对参考电压Uref (k)施加正向扰动；
[0016](4)若判断 Δ_ 幸 0，计算 G = AI(k)/AU(k)+I(k)/U(k);若6 = 0，不改变参考电压，返回继续采样；若6>0，说明系统当前工作点在最大功率点右侧，计算S(k)=abs(AP(k)/AU(k))/I(k)，以Δ Uref*S(k)为扰动步长对参考电压Uref (k)施加正向扰动；若G〈0，说明系统当前工作点在最大功率点左侧，计算S (k) = abs ( △ P (k) / △ U (k)) /100，限制3(10的值小于或等于1，并以AUref^SGO为扰动步长对参考电压Uref (k)施加负向扰动；
[0017](5)重复以上步骤直到k+Ι时刻系统工作在最大功率点。
[0018]所述的参考电压Uref (k)是由MPPT控制器输出的，参考电压与光伏电池实际输出电压的偏差信号经过离散PI控制器产生占空比信号，该信号经过PWM发生器产生PffM波，PffM控制信号经由驱动电路产生驱动开关管动作的信号。
[0019]所述的电压检测电路，包括电容C18、电容Cl、电容C9、电容C104，电阻R33、电阻R40、电阻R27、电阻R45、电阻R39、电阻R157、二极管Dl1、二极管D12、二极管D16、二极管D17、二极管D36、二极管D37、运算放大器U2A，其中电容C18并联于输入电压两端，电容C18正极接二极管Dll、二极管D12，电容C18负极接二极管D16、二极管D17 ;二极管Dll负极与二极管D12正极相连，接于电容C18正极；二极管Dll正极与-15V电压源相连，二极管D12负极与+15V电压源相连；二极管D16负极与二极管D17正极相连，接于电容C18负极；二极管D16正极与-15V电压源相连，二极管D17负极与+15V电压源相连；电阻R33 —端与电容C18正极相连，另一端与电阻R27的一端相连，共同接于运算放大器U2A同相输入端；电阻R27的另一端接地；电阻R40 —端和电容C1