[發(fā)明專利]一種太陽能光伏系統(tǒng)的MPPT控制器及其控制方法

有效

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• 申請日: 2012-03-14
• 公開（公告）號: CN102622034A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉放;孫俊;韓雁
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G05F1/67
• 分類號: G05F1/67;H02N6/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種太陽能光伏系統(tǒng)的MPPT控制器及其控制方法。

背景技術(shù)

當(dāng)今的光伏系統(tǒng)大多通過太陽能電池板的串并聯(lián)組成光伏陣列，然而當(dāng)電池板處于遮蔽狀態(tài)或各太陽能電池板不匹配等非理想情況出現(xiàn)時，光伏陣列的輸出功率會有非常大的衰減。因此在光伏系統(tǒng)中添加最大功率點跟蹤MPPT(Maximum?Power?Point?Tracking)控制器，就可以實現(xiàn)光伏系統(tǒng)的最大功率輸出。最好的情況就是將MPPT控制器置于每一個太陽能電池模塊之后，一方面盡量避免光伏曲線多峰值的出現(xiàn)，另一方面可以使系統(tǒng)的輸出功率達到最大。

目前，MPPT控制器大多是利用DSP的算法，PWM產(chǎn)生電路以及DCDC電路實現(xiàn)的，如圖1所示。這些算法包括擾動觀察法，電導(dǎo)增量法等，這些算法共同的特點就是需要現(xiàn)場實時計算，根據(jù)當(dāng)前的電壓電流狀況，計算出當(dāng)前的功率，并與之前的功率作比較，得到功率的變化趨勢，通過PWM產(chǎn)生電路調(diào)節(jié)DCDC電路的占空比，改變太陽能電池的等效負載，實現(xiàn)太陽能電池的最大功率跟蹤。

然而由于需要實時計算，不斷搜尋最大功率點，并且很難一次就定位到最大功率點，甚至可能出現(xiàn)在最大功率點附近振蕩的狀況，這樣就大大增加了MPPT控制器的功耗，甚至可能出現(xiàn)追蹤所多得到的功率還沒有MPPT控制器消耗的功率多的情況。另外，由于實現(xiàn)MPPT控制器的電路需要電壓電流采樣電路，微處理器單元，PWM產(chǎn)生電路，驅(qū)動電路以及DCDC控制電路等，控制器內(nèi)部電路十分復(fù)雜，很難通過集成的方式降低功耗，減小控制器內(nèi)部電路的復(fù)雜度。

中國專利號為200910181624.7的發(fā)明專利公開了一種MPPT控制器，包括MPPT采樣電路、驅(qū)動電路、電流采樣電路以及電壓采樣電路，還包括由MPPT變步長跟蹤模塊、PWM產(chǎn)生模塊、電壓電流雙閉環(huán)控制模塊和鎖相環(huán)構(gòu)成的DSP處理器。該發(fā)明采用了DSP處理器，降低了控制器內(nèi)部電路的復(fù)雜度，由于單片機或DSP都是基于算法的模塊，在實際電路中，用來進行實時計算。然而，實時計算不僅功耗大，而且需要復(fù)雜的算法，但又很難用電路實現(xiàn)這些算法，無法集成，沒辦法使MPPT控制器集成化。

因此，避免不斷搜尋最大功率點所造成的功率損失，有效降低器件帶來的額外功耗是本領(lǐng)域需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種太陽能光伏系統(tǒng)的MPPT控制器及其控制方法，一方面可以減少實時跟蹤過程中不斷搜尋最大功率點所造成的功率損失，另一方面可以實現(xiàn)MPPT控制器的集成，降低MPPT控制器內(nèi)電路的復(fù)雜度，將MPPT控制器的尺寸大幅縮小，最大限度的降低器件帶來的額外功耗，以進一步提高光伏陣列的輸出功率。

一種太陽能光伏系統(tǒng)的MPPT控制器，所述MPPT控制器包括用于采集電壓電流的AD采樣模塊，溫度傳感器模塊，控制模塊，存儲器模塊，計數(shù)器模塊以及驅(qū)動電路模塊與DCDC模塊，其中：

存儲器模塊，用于根據(jù)輸入端輸入的電壓電流值和環(huán)境溫度值，查找到當(dāng)前該工作點要調(diào)整到最大功率點所需的占空比數(shù)據(jù)，并輸出給計數(shù)器模塊；

溫度傳感器模塊，用于檢測周圍環(huán)境溫度，其輸出端與存儲器模塊的輸入端相連；

控制模塊，用于控制所述AD采樣模塊采樣，并將采樣得到的電壓電流值送到存儲器模塊；

計數(shù)器模塊，用于將存儲器模塊傳輸過來的占空比數(shù)據(jù)利用計數(shù)的方式，輸出一個對應(yīng)于該占空比的方波到驅(qū)動電路模塊。

所述控制模塊、存儲器模塊、計數(shù)器模塊可以采用分立元器件實現(xiàn)或者集成在一塊FPGA內(nèi)，所述溫度傳感器模塊、AD采樣模塊，控制模塊、存儲器模塊、計數(shù)器模塊和驅(qū)動電路模塊甚至可以全部由專用芯片集成實現(xiàn)。

所述存儲器存儲有不同溫度不同光照下的太陽能電池輸出曲線數(shù)據(jù)以及不同曲線不同點所對應(yīng)最大功率點的占空比數(shù)據(jù)。

一種太陽能光伏系統(tǒng)的MPPT控制器的控制方法，包括步驟：

1)、每隔一段時間，調(diào)節(jié)計數(shù)器模塊，使其輸出占空比為1的方波到驅(qū)動電路模塊，驅(qū)動DCDC模塊工作；

2)、控制模塊控制AD采集模塊啟動，此時AD采樣模塊開始采集光伏電池模塊的電壓電流，AD采樣模塊將采集到的電壓電流送到控制器模塊，控制模塊關(guān)斷AD采樣模塊，并將所述的電壓電流送到存儲器模塊；

3)、溫度傳感器模塊采集的環(huán)境溫度變量，也送到存儲器模塊；