本实用新型一种基于MPPT的可调光伏发电前端系统属于光伏发电领域。
背景技术：
随着全球经济的迅速发展和人口的不断增加，能源的消耗越来越多，以石油、天然气和煤炭等为主的化石能源正逐步消耗,能源危机成为世界各国共同面临的课题。在这一背景下，太阳能这种可再生能源引起了全世界各国的极大关注，国际上的光伏产业飞速发展，各国对于光伏产业的扶持力度都在逐年加大，而我国太阳能资源非常丰富，但是，光伏电池效率低和受外界环境影响远远地制约着光伏发电的应用，当今的太阳能光伏系统大多通过太阳能电池板的串并联组成光伏阵列，当电池板处于遮蔽状态或各太阳能电池板不匹配等非理想情况出现的时候，光伏阵列的输出功率会有非常大的衰减。同时，当光伏电池阵列规模不断地增大和外界环境变化恶劣时，其输出也呈现多峰值状态，对主系统的供电量产生了较大的干扰，需要更多的高速运算器来保证光伏发电的可靠性。
为了克服上述问题，通过对太阳能电压和充电电流采样回来的数据存储于MCU控制模块中，根据当前电压和电流的状况，利用扰动观察法，电导增量法计算出当前的功率，并与之前的功率做比较，得到功率变化趋势，通过PWM产生电路调节DC/DC电路的占空比，改变太阳能电池板的等效负载，实现太阳能电池最大功率跟踪。MPPT技术控制系统对光伏电池进行 DC-DC控制并与负载恰当匹配，使负载阻抗等于供电系统的阻抗，这样就可以确保最大功率的输出。实时地进行采样，并设计过流保护和过温保护，保证恶劣环境导致系统故障恶化时可以完好保护。设置上位机通讯，保证上级系统及操作人员实时掌握光伏发电前端系统的电压、电流、功率以及追踪控制状态。保证系统高效率、高稳定性、实时通讯性。
技术实现要素：
针对上述问题，本实用新型提供一种基于MPPT的可调光伏发电前端系统硬件设备。
本实用新型的目的是这样实现的：
一种基于MPPT的可调光伏发电前端系统，其特征在于，包括光伏阵列模块、MPPT控制模块、Boost升压模块、电压采样模块、PWM驱动模块、电流采样模块、DSP控制器模块、显示通信模块、辅助电源模块和过流保护模块；所述光伏阵列模块连接MPPT控制模块，所述 MPPT控制模块分别连接Boost升压模块和电压采样模块，所述电压采样模块连接DSP控制模块，所述Boost升压模块分别连接蓄电池、PWM驱动模块和电流采样模块，所述Boost升压模块包括微控制器S1、电阻R1、电阻R2、电阻R4和电阻R5；所述微控制器S1有1、2、3 和4引脚，所述引脚1分别连接DSP控制器模块和电阻R4，所述引脚2分别连接DSP控制器模块和电阻5，所述电阻R4和电阻R5连接地线，所述引脚3和引脚4分别连接电阻R2和电阻R1，所述电阻R2和电阻R1连接辅助电源模块；所述电流采样模块连接DSP控制模块和过流保护模块，所述DSP控制模块分别连接显示通信模块、MPPT控制模块、PWM驱动模块和辅助电源模块；所述显示通信模块是上位机。
所述一种基于MPPT的可调光伏发电前端系统，所述DSP控制器模块包括控制芯片TMS、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电感L2、电感L3、电感L4、电容C14、电容C15、电容C16、电阻R17、电阻R18、电阻R21、电感L6和电容C29；所述控制芯片TMS端口36分别连接C4和L2，所述控制芯片TMS端口70连接C3和L3，所述控制芯片TMS端口20分别连接C2、L4和端点VDDA；所述C4连接C3和C2，所述C3连接C2，所述C2、C3和C4连接地线，所述控制芯片TMS端口7通过C14连接地线，所述控制芯片TMS端口54通过C15连接地线，所述控制芯片TMS端口72通过C16连接地线，所述控制芯片TMS端口9通过R17连接 VDDA端点，所述控制芯片TMS端口73连接地线，所述控制芯片TMS端口19连接VDDA端点，所述控制芯片TMS端口22连接地线，所述控制芯片TMS端口10通过R21连接地线，所述控制芯片TMS端口57、60、59和58分别连接端点TCK、TMS、TDI和TDO，所述控制芯片TMS 端口52连接地线，所述控制芯片TMS端口8、35、53和71连接地线，所述控制芯片TMS端口21分别连接VSSA端点、C29和L6，所述C29和L6连接地线。
所述一种基于MPPT的可调光伏发电前端系统，所述MPPT控制模块包括光伏输入端P2、电容C6、电容C7、电阻R11、电阻R13、电容C12、电感L1、MOS管Q2、电阻R12、电阻R15、电阻R16、电阻R7、电容C1和二极管组D2；所述光伏输入端P2端口1分别连接C6、C7和 R15，所述光伏输入端P2端口2分别连接端点VCC12、C6、C7、R11和L1，所述R11分别连接端点PVV、R13和C12，所述R13和C12连接地线，所述L1分别连接Q2、R7和D2，所述 Q2分别连接端点MOS、R12、R15、R16和端点MMM2，所述R7连接C1，所述C1分别连接D2 和MMM1，所述R16连接地线。
有益效果：
本实用新型公开了一种基于MPPT的可调光伏发电前端系统硬件设备，本发明能够保持光伏阵列模块最大功率输出，增强光伏阵列模块的使用效率，在经过Boost升压模块，提高电路的稳定性和转换效率，减少纹波干扰，并通过过流保护模块稳定电路的电流，为本发明提供保护措施，并通过显示通信模块显示电压、电流、功率和追踪控制状态；本发明有效的减缓了在光伏电池板处于遮蔽状态或者各太阳能电池板不匹配等非理想情况出现时，光伏阵列的输出功率衰减的技术问题。
附图说明
图1是一种基于MPPT的可调光伏发电前端系统结构简图。
图2是Boost升压模块电路图。
图3是DSP控制模块电路图。
图4是MPPT控制模块电路图。
图5是电压采样模块电路图。
图6是电流采样模块图。
图7是线性辅助电源模块电路图。
图8是开关辅助电源模块电路图。
图9是DSP下载接口电路图。
图10是显示通信模块电路图。
图11是PWM驱动模块电路图。
图中：1光伏阵列模块、2MPPT控制模块、3Boost升压模块、4电压采样模块、5PWM驱动模块、6电流采样模块、7DSP控制器模块、8显示通信模块、9辅助电源、10过流保护模块。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型具体实施方式作进一步详细描述。
具体实施方式一
一种基于MPPT的可调光伏发电前端系统，如图1所示，包括光伏阵列模块1、MPPT控制模块2、Boost升压模块3、电压采样模块4、PWM驱动模块5、电流采样模块6、DSP控制器模块7、显示通信模块8、辅助电源模块9和过流保护模块10；所述光伏阵列模块1连接 MPPT控制模块2，所述MPPT控制模块2分别连接Boost升压模块3和电压采样模块4，所述电压采样模块4连接DSP控制模块，所述Boost升压模块3分别连接蓄电池、PWM驱动模块5 和电流采样模块6，如图2所示，所述Boost升压模块3包括微控制器S1、电阻R1、电阻R2、电阻R4和电阻R5；所述微控制器S1有1、2、3和4引脚，所述引脚1分别连接DSP控制器模块7和电阻R4，所述引脚2分别连接DSP控制器模块7和电阻5，所述电阻R4和电阻R5 连接地线，所述引脚3和引脚4分别连接电阻R2和电阻R1，所述电阻R2和电阻R1连接辅助电源模块9；所述电流采样模块6连接DSP控制模块和过流保护模块10，所述DSP控制模块分别连接显示通信模块8、MPPT控制模块2、PWM驱动模块5和辅助电源模块9；所述显示通信模块8是上位机。
工作原理：光伏阵列模块1通过对太阳光的采集，将光能转换成电能，通过MPPT控制模块2保持光伏阵列模块1最大功率输出，增强光伏阵列模块1的使用效率，在经过Boost升压模块3，提高电路的稳定性和转换效率，减少纹波干扰，通过对太阳能电压和电流采样回来的数据存储于DSP控制器模块7中，根据当前电压和电流的状况，利用扰动观察法，电导增量法计算出当前的功率，并与之前的功率做比较，得到功率变化趋势，通过PWM驱动模块 5调节DC/DC电路的占空比，改变光伏阵列模块1的等效负载，实现太阳能电池最大功率跟踪，MPPT控制模块2对光伏电池进行DC-DC控制并与负载恰当匹配，使负载阻抗等于供电系统的阻抗，这样就可以确保最大功率的输出，实时地进行采样，并设计过流保护和过温保护，保证恶劣环境导致系统故障恶化时可以完好保护，设置上位机通讯，保证上级系统及操作人员实时掌握光伏发电前端系统的电压、电流、功率以及追踪控制状态，保证系统高效率、高稳定性、实时通讯性。
具体实施方式二
所述一种基于MPPT的可调光伏发电前端系统，如图3所示，所述DSP控制器模块7包括控制芯片TMS、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电感L2、电感L3、电感L4、电容 C14、电容C15、电容C16、电阻R17、电阻R18、电阻R21、电感L6和电容C29；所述控制芯片TMS型号为TMS320F28035，所述控制芯片TMS端口36分别连接C4和L2，所述控制芯片 TMS端口70连接C3和L3，所述控制芯片TMS端口20分别连接C2、L4和端点VDDA；所述C4 连接C3和C2，所述C3连接C2，所述C2、C3和C4连接地线，所述控制芯片TMS端口7通过 C14连接地线，所述控制芯片TMS端口54通过C15连接地线，所述控制芯片TMS端口72通过C16连接地线，所述控制芯片TMS端口9通过R17连接VDDA端点，所述控制芯片TMS端口 73连接地线，所述控制芯片TMS端口19连接VDDA端点，所述控制芯片TMS端口22连接地线，所述控制芯片TMS端口10通过R21连接地线，所述控制芯片TMS端口57、60、59和58 分别连接端点TCK、TMS、TDI和TDO，所述控制芯片TMS端口52连接地线，所述控制芯片TMS 端口8、35、53和71连接地线，所述控制芯片TMS端口21分别连接VSSA端点、C29和L6，所述C29和L6连接地线。
所述一种基于MPPT的可调光伏发电前端系统，如图4所示，所述MPPT控制模块2包括光伏输入端P2、电容C6、电容C7、电阻R11、电阻R13、电容C12、电感L1、MOS管Q2、电阻R12、电阻R15、电阻R16、电阻R7、电容C1和肖特基二极管D2；所述MOS管Q2型号为IRF3205S，所述D2型号为MBR3045，所述光伏输入端P2端口1分别连接C6、C7和R15，所述光伏输入端P2端口2分别连接端点VCC12、C6、C7、R11和L1，所述R11分别连接端点 PVV、R13和C12，所述R13和C12连接地线，所述L1分别连接Q2、R7和D2，所述Q2分别连接端点MOS、R12、R15、R16和端点MMM2，所述R7连接C1，所述C1分别连接D2和MMM1，所述R16连接地线。
如图5所示，电压采样模块4包括电阻R10、电阻R14、电容C13、电容C8、电容C9、电容C10、电容11和输出端P3；所述P3端口1分别连接C11、C10、C9、C8、R10的一端和端点MMM1；所述C11、C10、C9、C8、R10的另一端和端点MMM2连接P3端口2，所述R10分别连接C13和电阻R14，所述C13和电阻R14接地。
如图6所示，所述电流采样模块6包括放大器OPA365、电容C17、电阻R19、电容C20、电容C21、电阻R23、电阻R24、电容C23、电容C24和电阻R26；所述OPA365端口4分别连接R23、C21、R19、和C17，所述R23连接C21，所述R19与C17并联，然后分别连接端点IFB 和OPA365端口1，所述OPA365端口3分别连接R26、C24、C23和R24，所述R24连接C23，所述R26和R24连接OPA365端口2和接地，所述OPA365端口5分别连接端点VCC3.3和C20，所述C20接地。
所述辅助电源9分为线性辅助电源电路和开关辅助电源电路，所述线性辅助电源电路包括稳压芯片U3、电容C18、电容C19、二极管D3和电阻R25；所述U3型号为AMS1117，所述 U3端口1分别连接地线、C18和R25，所述U3端口2分别连接C18，所述C18依次连接D3和 R25，所述U3端口3通过C19连接地线；所述开关辅助电源电路包括稳压芯片U6、电容C22、二极管D4、电感L5、电容C25、电阻R28、电阻R29、电容C28、电阻R30、电阻R27和电容 C26；所述U6型号MP1584DN,所述U6端口1分别连接C22、D4和L5，D4连接地线，所述U6 端口4分别连接R27和R30，所述R27分别连接L5和C26，所述R30分别连接C26、C28、U6 端口5、地线、R28和C25，所述U6端口3通过R29连接C28，所述U6端口6连接R28，所述U6端口7分别连接端点VCC12和C25。
所述一种基于MPPT的可调光伏发电前端系统，还包括下载接口电路模块，所述下载接口电路模块包括接口J1、电阻R8和R9l；所述J1型号为JTAG-14PIN，所述J1端口1连接 DSP控制器模块7端口TMS，J1端口3连接DSP控制器模块7端口TDI，J1端口5连接线性辅助电源电路，J1端口7连接DSP控制器模块7端口TDO，J1端口9连接DSP控制器模块7 端口TCK，J1端口11分别连接端口9和TCK，所述J1端口13连接R9，J1端口14连接R8， R8和R9连接线性辅助电源电路，所述J1端口12、10、8、4和6连接地线，所述J1端口连接DSP控制器模块7端口TRSTn。
如图10所示，是显示通信模块部分电路图，包括包括稳压电源U2、电阻R20和R22；所述U2型号为OLED12864，所述U2端口1连接R22的一端，R22的另一端连接U2的端口4和 R20的一端，R20的另一端连接U2端口2，所述U2的端口3连接地线。
如图11所示，是PWM驱动模块5电路图，所述PWM驱动模块5包括稳压集成电路U5、稳压集成电路U7、电容C27、电阻R31、二极管D5和电阻R32；所述U5型号为78M15，所述 U7型号为TC4427,所述U5端口1连接VCC12，所述U5端口3通过C27连接U5端口2和U1 端口6，所述U7端口5通过R311连接D5，D5分别连接R31和U7端口5，所述U7端口4分别连接端点PWM和R32，所述R32连接V_shunt-，所述U7端口2连接U7端口3。