本发明专利技术公开了光伏发电技术领域中的一种微型光伏阵列最大功率跟踪装置及方法。该跟踪装置包括采样电路、主控单元、开关管驱动电路、DC-DC变换器，采样电路实时地对光伏阵列的输出电流和输出电压进行采样，并将结果送入主控单元；主控单元对光伏阵列的输出电流以及输出电压进行采样，实时调节DC-DC变换器中开关管的占空比来调节光伏阵列的匹配负载，使光伏阵列输出最大功率。本发明专利技术采用数字电路，装置不受外界环境的影响、追踪精度高、稳定性好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光伏发电
，尤其涉及一种微型光伏阵列最大功率跟踪装置及 方法。
技术介绍
光伏发电作为全球能源危机和环境问题的解决方案之一，得到了迅速的推广和应 用。然而，光伏阵列的功率输出呈现非线性特性，并受到温度、光照强度、外界环境、负载等 因素的影响，且随着工作电压的不同而变化。因此，在使用光伏阵列时需要对其进行最大功 率点跟踪MPPT (Maximum Power PointTracking)，在光伏阵列和负载之间加入一种装置来 实时地跟踪光伏阵列的最大输出功率，提高光伏阵列的发电效率。由于传统的微型光伏阵列最大功率跟踪装置采用模拟电路对输出功率进行跟踪， 无法兼顾外界环境的变化对光伏阵列输出特性带来的影响，使得光伏阵列不能工作在真正 的最大功率点处，降低了光伏阵列的发电效率。本专利技术装置将温度、光照强度、外界环境等 因素考虑在内，将光伏阵列通过DC-DC变换器与负载相连，并实时采样光伏阵列的输出电 流和输出电压，通过指定的控制算法由主控单元中的数字信号处理器DSP实时调节DC-DC 变换器中开关管的占空比来改变光伏阵列的匹配负载，使光伏阵列工作于真正的最大功率 点处，提高光伏阵列的发电量。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
中提到的传统功率跟踪装置对微型光伏阵列的输出功率跟踪 受环境影响大，无法跟踪到最大功率等不足，本专利技术提出了一种微型光伏阵列最大功率跟 踪装置及方法。本专利技术的技术方案是，微型光伏阵列最大功率跟踪装置，其特征是该跟踪装置包 括采样电路、主控单元、开关管驱动电路、DC-DC变换器，所述采样电路与所述主控单元连 接；所述主控单元与所述开关管驱动电路连接；所述开关管驱动电路与所述DC-DC变换器 连接；所述采样电路包括电流采样电路、电压采样电路；所述主控单元采用指定跟踪控制算法。所述电流采样电路包括电流霍尔传感器、放大器U1-1、放大器U1-2、电阻R1、电阻 R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容Cl、电容C2、二极管D1、二极管D2 ；电流霍尔传感器分别与电阻Rl、电阻R2、电容Cl连接；电阻Rl的另一端接地；电 容Cl的另一端接地；电阻R2的另一端与放大器Ul-I的负向输入端连接；电阻R4连接在 放大器Ul-I的负向输入端和输出端之间；放大器Ul-I的正向输入端与电阻R3连接；电阻 R3的另一端接地；放大器Ul-I的输出端与电阻R5连接；电阻R5与放大器U1-2的负向输 入端连接；电阻R7连接在放大器U1-2的负向输入端和输出端之间；放大器U1-2的正向输 入端与电阻R6连接；电阻R6的另一端接地；放大器U1-2的输出端分别与电容C2、二极管Dl的正极、二极管D2的负极连接；电容C2的另一端接地；二极管Dl的负极接正5伏电源； 二极管D2的正极接地。所述电压采样电路包括电压霍尔传感器、电阻R1、电阻R2、二极管D1、二极管D2、 电容Cl ；电压霍尔传感器分别与电阻R1、电阻R2、二极管Dl的正极、二极管D2的负极、电 容Cl连接；电阻Rl的另一端接直流电源；电阻R2的另一端接地；二极管Dl的负极接正5 伏电源；二极管D2的正极接地；电容Cl的另一端接地。所述DC-DC变换器采用的是Boost升压电路，所述Boost升压电路包括电感L、电 容C、开关管Q、二极管D ；电感L与二极管D的正极连接；二极管D的负极与电容C的正极连接；电容C的负 极与地相连；开关管Q的集电极连接在电感L与二极管D的正极之间；开关管Q的发射极与 地相连。微型光伏阵列最大功率跟踪方法，其特征是该方法包括以下步骤步骤1 设置功率跟踪的电压区间为；分别对最大功率Pm、最大功率Pm时 的电压Vm、第i次输出功率Pi、输出功率Pi时的电压Vi初始化；步骤2 在步骤1所述的电压区间内对输出电压进行采样，计算光伏阵列的输出功 ^Pi ；步骤3 若输出功率Pi大于最大功率Pm，则令Pm = P^Vm = Vi ；否则，i = i+1 ；步骤4 若电压Vi小于Vb，则返回步骤2 ；否则，光伏阵列的工作电压Vref = Vm0所述Pi的计算公式为Pi = UiXIi其中Pi为第i次的输出功率；Ui为第i次的采样电压；Ii为第i次的采样电流。本专利技术设计的光伏阵列最大功率跟踪装置采用数字电路，通过对光伏阵列的输出 电流和输出电压实时检测，并通过主控单元中的数字信号处理器DSP辅以指定跟踪控制算 法，对DC-DC变换器中的功率开关管的控制信号的占空比进行调节，调整光伏阵列的负载 阻抗，能够使光伏阵列始终工作在最大功率点上，本专利技术装置不受外界环境的影响、追踪精 度高、稳定性好。附图说明图1为本专利技术的组成连接框图。图2为DC-DC变换器拓扑结构图。图3为光伏阵列的输出电流采样电路原理图。图4为光伏阵列的输出电压采样电路原理图。图5为主控单元跟踪控制算法流程图。具体实施例方式下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性 的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。本专利技术所述的微型光伏阵列最大功率跟踪装置是围绕光伏阵列的输出电流和输 出电压进行的，精确的电流、电压采样值对计算光伏阵列的输出功率起着重要的作用。因 此，本专利技术中分别采用电流霍尔传感器和电压霍尔传感器对光伏阵列的输出电流和输出电 压进行采样。在光伏发电系统中，光伏阵列的发电量直接反应了光伏发电系统的发电效率。本 专利技术装置的目的在于提高光伏阵列的发电量，适用于功率小于500瓦的微型光伏阵列。图 1为本专利技术的组成连接方框图，由图1可看出，本专利技术包括DC-DC变换器、开关管驱动电路、 采样电路和主控单元。本专利技术的工作原理主控单元中的数字信号处理器DSP通过对采样电路采集的光 伏阵列的输出电流、输出电压分析，根据指定跟踪控制算法输出脉冲宽度调制PWM控制信 号至开关管驱动电路，开关管驱动电路将主控单元输出的控制信号放大并送至DC-DC变换 器的开关管，通过实时控制开关管的占空比来调节光伏阵列的匹配负载，直至使光伏阵列 工作于最大功率点，从而提高光伏阵列的发电量。本专利技术中DC-DC变换器的拓扑结构如图2所示，由电感L、电容C、开关管Q以及二 极管D组成。光伏阵列的输出连接DC-DC变换器的Boost升压电路的输入端，光伏阵列的正 向输出与电感L相连，负向输出与Boost升压电路的负向输入端共地，电感L的另一端与二 极管D的正极连接。开关管Q的集电极连接到电感L与二极管D的正极之间，其发射极与 地相连。电容C的正极与二极管D的负极以及Boost升压电路的正向输出端相连，其负极 接地。当开关管Q导通时，电源向电感L存储能量，电感电流增加，二极管D截止，电容C向 负载供电，此时八=Vin0当开关管Q截止时，电感电流减小，释放能量，由于电感电流不能 突变，产生感应电动势，感应电动势左负右正，迫使二极管导通，并与电源一起经过二极管D 向负载供电，同时向电容C充电，此时\ = Vin-V。。开关管Q的门极控制为脉冲宽度调制PWM 控制方式，通过调节门极输入脉冲宽度调制PWM控制信号的占空比，改变Boost升压电路的 输入、输出两端的电压关系。由此可知，可以通过改变DC-DC变换器中开关管Q的控制信号 的占空比，达到调节光伏阵列匹配负载的目的，使本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．微型光伏阵列最大功率跟踪装置，其特征是该跟踪装置包括采样电路、主控单元、开关管驱动电路、ＤＣ－ＤＣ变换器，所述采样电路与所述主控单元连接；所述主控单元与所述开关管驱动电路连接；所述开关管驱动电路与所述ＤＣ－ＤＣ变换器连接；所述采样电路包括电流采样电路、电压采样电路；所述主控单元采用指定跟踪控制算法。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴小进，魏学业，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：11
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