[實用新型]基于高效自適應擾動觀察法的兩級MPPT協同控制系統

有效

• 申請號: 201320705210.1
• 申請日: 2013-11-10
• 公開（公告）號: CN203535465U
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 孫宏宇;婁德海
• 申請（專利權）人: 石家莊通合電子科技股份有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 石家莊匯科專利商標事務所 13115
• 代理人: 劉聞鐸

技術領域

本實用新型屬于光伏發電技術領域，涉及到一種控制系統，特別是基于高效自適應擾動觀察法的兩級MPPT的協同控制系統。

背景技術

隨著能源的日益枯竭，由于太陽能光伏發電具有無污染、無噪聲、資源豐富、可以再生、幾乎不受地域限制等優良因素，所以日益受到各國的重視。光伏系統目前的主要問題是光伏電池板的轉換效率低且價格昂貴，光伏電池板的輸出電流-電壓（I-U）曲線和電壓-功率（U-P）曲線具有非線性，存在最大功率點，而且其最大功率點是隨著日照強度和電池板溫度等因素變化的。

為了充分利用太陽能電池板輸出的電能，降低單位發電量的成本，就要通過電力電子技術和控制技術實現光伏發電的最大功率跟蹤，使系統在太陽光輻射、周圍環境發生變化時仍具備最大輸出功率能力，使整個充電系統保持最佳輸出效能狀態。

但是現有的控制系統，對最大功率點的跟蹤精度較低，使得太陽能電池板的轉換效率較低，功率損失較大，而且現有的擾動觀察法是采用固定步長來進行擾動控制的，其響應速度慢，只適合于光照強度變化很慢的場合。在穩態情況下，這種算法容易導致太陽能電池板的實際工作點在最大功率點附近小幅震蕩，造成一定的功率損失；而且在光照強度發生快速變化時，跟蹤算法可能失效，產生跟蹤方向的判斷錯誤。

發明內容

本實用新型為了解決現有技術的不足，設計了基于高效自適應擾動觀察法的兩級MPPT協同控制系統，結構簡單，成本低廉，H橋逆變電路和Boost升壓電路協同控制，MPPT控制器的跟蹤電壓范圍寬、精度高，使系統在太陽光輻射、周圍環境發生變化時仍具備最大輸出功率能力，使整個充電系統保持最佳輸出效能狀態，提高了太陽能電池板的轉換效率，減少了功率損失。

本實用新型所采用的具體技術方案是：基于高效自適應擾動觀察法的兩級MPPT協同控制系統，包括與電網連接的H橋逆變電路、與太陽能電池板和電網連接的MPPT控制器，MPPT控制器借助第一擾動執行電路與H橋逆變電路連接，關鍵是：所述的控制系統還包括借助直流母線與H橋逆變電路連接的Boost升壓電路，Boost升壓電路與太陽能電池板連接，MPPT控制器借助第二擾動執行電路與Boost升壓電路連接，MPPT控制器采集太陽能電池板、直流母線、電網的電壓電流信號，比較處理后分別輸出信號給第一擾動執行電路和第二擾動執行電路。

本實用新型的有益效果是：H橋逆變電路和Boost升壓電路協同控制，既可以實現Boost升壓電路進行MPPT控制，又可以實現H橋逆變電路進行MPPT控制，可根據實際直流輸入電壓和電網電壓情況進行自由無縫切換，結構簡單、成本低廉、MPPT控制器的跟蹤電壓范圍寬、精度高，使系統在太陽光輻射、周圍環境發生變化時仍具備最大輸出功率能力，保持最佳輸出效能狀態。

采用自適應占空比直接擾動法進行MPPT控制，通過引入步長系數的自動在線調整來解決傳統占空比擾動法步長大小難以選擇的問題。采用自適應電壓變步長擾動法進行MPPT控制，通過引入步長系數的自動在線調整，可以保證MPPT最大功率跟蹤的良好動態響應及穩態性能，從而提高太陽能電池板的轉換效率。只需連續判斷功率偏差符號即可，需要判斷的變量數減少，方法簡單、可靠，提高了控制系統的穩定性，減少了太陽能電池板的功率損失。

控制系統中添加了對連續兩次功率偏差的符號判斷，可以有效避免功率變化方向的判斷失誤，提高最大功率點跟蹤的精度。

利用第三電壓采集電路可以實時監測直流母線上的電壓，使MPPT控制器做出相應的調整，并添加一滯環判斷，使直流母線電壓始終高于電網峰值電壓的某一最小值，可以降低直流母線與電網電壓之間的電壓差，提高控制系統的轉換效率，防止在臨界狀態時前、后級MPPT控制反復切換，導致系統不穩定工作。

附圖說明

圖1為本實用新型的原理框圖。

附圖中，1代表太陽能電池板，2代表Boost升壓電路，3代表直流母線，4代表H橋逆變電路，5代表電網，6代表第一電壓電流采集電路，7代表第二擾動執行電路，8代表第三電壓電流采集電路，9代表第一擾動執行電路，10代表第二電壓電流采集電路，11代表MPPT控制器。

具體實施方式