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1、(10)申请公布号 CN 102315799 A(43)申请公布日 2012.01.11CN102315799A*CN102315799A*(21)申请号 201110215368.6(22)申请日 2011.07.29H02N 6/00(2006.01)H02M 3/335(2006.01)(71)申请人宁波大学地址 315211 浙江省宁波市风华路818号(72)发明人王久学 张卫强 蒋金涛 胡建平(74)专利代理机构宁波市天晟知识产权代理有限公司 33219代理人张文忠(54) 发明名称基于DSP的太阳能光伏并网逆变器的MPPT控制方法(57) 摘要本发明基于DSP的太阳能光伏并网逆变器
2、的MPPT控制方法，其实现通过包含电压采样电路和电流采样电路的硬件部分与软件部分，电压采样电路和电流采样电路分别对应采样蓄电池当前的充电电压和充电电流，将得到的电压和电流值输入控制器的引脚中，提供给程序算法使用，通过程序算法改变每一次的扰动步长，控制太阳能光伏阵列输出功率；MPPT需要及时准确地采样蓄电池当前的充电电压和充电电流，两者相乘得到当前的充电功率，与前一时刻的充电功率相比较，调节PWM的占空比，使光伏电池始终工作在最大功率点。此法具有结构简单，被测参数少，速度快，准确度高等众多优点。通过不断扰动使阵列输出功率趋于最大，能最大限度的利用太阳能。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和
3、国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页CN 102315804 A 1/1页21.基于DSP的太阳能光伏并网逆变器的MPPT控制方法，其实现通过包含电压采样电路和电流采样电路的硬件部分与软件部分，其特征在于：所述的电压采样电路和电流采样电路分别对应采样蓄电池当前的充电电压和充电电流，将得到的电压和电流值输入控制器的引脚中，提供给程序算法使用，通过程序算法改变每一次的扰动步长，控制太阳能光伏阵列输出功率；所述的MPPT需要及时准确地采样蓄电池当前的充电电压和充电电流，两者相乘得到当前的充电功率，与前一时刻的充电功率相比较，调节PWM的占空比，使光伏电
4、池始终工作在最大功率点。2.根据权利要求1所述的基于DSP的太阳能光伏并网逆变器的MPPT控制方法，其特征在于实现MPPT的软件流程是：首先使光伏阵列工作于某一确定电压值；然后扰动太阳电池输出电压值(UPV +U1)；再测量输出功率的变化，与扰动之前的功率值相比；若输出功率值增加，则表示扰动方向正确，可向同一方向以+U2为步长再扰动，以此类推，若扰动后的功率值减小，则向反方向以不同的扰动步长来靠近最大功率点。3.根据权利要求1所述的基于DSP的太阳能光伏并网逆变器的MPPT控制方法，其特征是：所述的MPPT的硬件部分中，微控制器采用MC68HC08SR12微处理器，使用AD模块采样电源的输出电
5、流电压并调节PWM占空比。4.根据权利要求3所述的基于DSP的太阳能光伏并网逆变器的MPPT控制方法，其特征是：所述的电压采集电路采用光耦PC817和三端稳压管TLA31相配合。5.根据权利要求3所述的基于DSP的太阳能光伏并网逆变器的MPPT控制方法，其特征是：所述的电流采集电路对采样电阻Rsam两端的电压采样；对采样数据使用差分式运算放大器放大输出到MCU的AD采样端，得到主电路中的电流值。6.根据权利要求5所述的基于DSP的太阳能光伏并网逆变器的MPPT控制方法，其特征是：所述的电流采集电路使用线性光耦HCNR200。7.根据权利要求1所述的基于DSP的太阳能光伏并网逆变器的MPPT控制
6、方法，其特征是：所述的软件部分控制参数采样中断的时间间隔是可调整的，初期较短，迅速逼近最大功率点；后期较长，防止系统在最大功率点附近振荡。8.根据权利要求1所述的基于DSP的太阳能光伏并网逆变器的MPPT控制方法，其特征是：所述的软件部分控制参数采样每次控制比较均进行3次，3次结果一致，则实施相应控制。权 利 要 求 书CN 102315799 ACN 102315804 A 1/3页3基于 DSP 的太阳能光伏并网逆变器的 MPPT 控制方法0001 技术领域0002 本发明属于新能源发电系统控制技术领域，具体地说，涉及基于DSP的太阳能光伏并网逆变器的MPPT控制方法。背景技术0003 太
7、阳能是一种清洁高效的可再生能源，近年来，太阳能光伏发电成为一项新兴能源产业并迅速发展。在太阳能并网发电技术领域，通常需要使用太阳能光伏并网逆变器将太阳能电池的每一个光伏组件发出的直流电力转换成与电网同频同相的输出交流电力，同时也要实现对每一个光伏组件进行电力输出的优化。但光伏电池是一个非线性电源，其输出电压和电流不仅受光强及温度的影响，而且也由负载的性质和状况决定。这样光伏电池的输出功率是时刻变化的，如果工作点处于最大功率点处，它所产生的电能就被充分利用，相反，整个太阳能光伏并网系统的效率就降低，造成资源的浪费。如果能使太阳能电池光伏阵列在外界环境改变时还能够时刻处于最大功率点，这样就能最大限
8、度的利用太阳能。0004 传统的太阳能逆变器最大功率控制方法为“电压扰动法”。电压扰动法的原理是通过本次光伏方阵的输出功率与前次功率比较，确定是增加还是减小光伏电池工作电压。如果功率增加，光伏电池电压维持原来的电压扰动方向；功率降低，电压则向相反方向扰动。通过反复的扰动、观察与比较，使光伏电池输出功率到达最大功率点处，实现 MPPT。但这种方法存在缺陷，即扰动的步长是不可变的。当步长设置过长时，就难以精准的到达最大功率点；过短时，到达最大功率点的时间太长，这同样降低了系统的效率。发明内容0005 本发明之目的是克服传统的太阳能逆变器最大功率控制方法的缺陷，在原有的“电压扰动法”的基础上进行改进
9、，提出基于DSP的太阳能光伏并网逆变器的MPPT控制方法。0006 本发明解决上述技术问题的技术方案是：基于DSP的太阳能光伏并网逆变器的MPPT控制方法，其实现通过包含电压采样电路和电流采样电路的硬件部分与软件部分，其中：所述的电压采样电路和电流采样电路分别对应采样蓄电池当前的充电电压和充电电流，将得到的电压和电流值输入控制器的引脚中，提供给程序算法使用，通过程序算法改变每一次的扰动步长，控制太阳能光伏阵列输出功率；所述的MPPT需要及时准确地采样蓄电池当前的充电电压和充电电流，两者相乘得到当前的充电功率，与前一时刻的充电功率相比较，调节PWM的占空比，使光伏电池始终工作在最大功率点。000
10、7 基于DSP的太阳能光伏并网逆变器的MPPT控制方法，其特征是：所述的MPPT的硬件部分，微控制器采用MC68HC08SR12微处理器，使用AD模块采样电源的输出电流和输出电压，继而调节PWM占空比，最终实现光伏电池的最大功率输出。说 明 书CN 102315799 ACN 102315804 A 2/3页40008 基于DSP的太阳能光伏并网逆变器的MPPT控制方法，其特征是：所述的电压采集电路，采用光耦PC817和三端稳压管TLA31相配合。TLA3l是一种可编程稳压管，当变压器的次级输出电压Uout变化时，光耦的输出电压随之变化，AD会采样到当前的充电电压。0009 基于DSP的太阳能
11、光伏并网逆变器的MPPT控制方法，其特征是：所述的电流采集电路，对采样电阻Rsam两端的电压进行采样，并使用差分式运算放大器放大输出到MCU的AD采样端，从而得到主电路中的电流值。由于信号需要精确采样，并且与电源隔离，因此使用线性光耦HCNR200。另外，单片机及周边电路的用电可直接通过蓄电池隔离变压得到，系统无须外部电源供电，十分方便。0010 基于DSP的太阳能光伏并网逆变器的MPPT控制方法，其特征是：所述的软件部分，产生中断的时间间隔是可以调整的，初期较短，可以迅速逼近最大功率点；后期较长，防止系统在最大功率点附近振荡。为防止系统误判断，每次控制比较，均进行3次，当3次的结果一致时，才
12、实施相应的控制策略，否则重新采样比较。0011 基于DSP的太阳能光伏并网逆变器的MPPT控制方法，其特征在于实现MPPT的软件流程如下：首先使光伏阵列工作于某一确定电压值，然后扰动太阳电池输出电压值(UPV +U1)，再测量输出功率的变化，与扰动之前的功率值相比。若输出功率值增加，则表示扰动方向正确，可向同一方向以+U2为步长再扰动，以此类推，刚开始时，扰动步长可取大点的值，在越来越靠近最大功率点的时候，可以适当的减小扰动步长，来准确的达到最大功率点处；若扰动后的功率值减小，则向反方向以不同的扰动步长来靠近最大功率点。0012 上述发明方案的有益效果是：1、该新的MPPT控制方法改进传统“电
13、压扰动法”，通过算法程序调整扰动步长，更快更精确的达到太阳能光伏阵列在此时环境下的最大功率点，此法具有结构简单，被测参数少，速度快，准确度高等众多优点。0013 2、通过对控制参数采样的中断时间间隔调整，且每次采样控制比较进行3次，保证了控制的精度，实现最大化利用太阳能。0014 3、单片机及周边电路的用电可直接通过蓄电池隔离变压得到，系统无须外部电源供电，十分方便。附图说明0015 图1是MPPT的控制电路原理；图2是本发明提供的电压采集电路原理图；图3是本发明提供的电流采集电路原理图；图4是本发明提供的软件控制流程图。具体实施方式0016 以下结合附图和具体实施方式对本发明基于DSP的太阳
14、能光伏并网逆变器的MPPT控制方法进行详细的说明。0017 DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。再对数字信号进说 明 书CN 102315799 ACN 102315804 A 3/3页5行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。0018 MPPT
15、控制器的全称“最大功率点跟踪” (Maximum Power Point Tracking，简称MPPT) 所谓最大功率点跟踪，即是指控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使系统以最高的效率对蓄电池充电。MPPT控制系统是一种通节电气模块的工作状态，使光伏板能够输出更多电能的电气系统。最大功率点主要受环境温度和太阳光强的影响。在太阳光强不变的情况下，随着温度的升高，光伏电池的开路电压降低，最大输出功率随之降低。当温度不变，太阳光强增加时，光伏电池的开路电压基本不变。短路电流大幅增加，最大输出功率大幅增加。由于光伏电池系统受到光强、温度、太阳光入射角等多种因素的影响
16、，其输出电压Ub、输出电流Ib和内阻R也处于不停变化之中。只有使用DCDC变换器实现负载的动态变化，才能保证光伏电池始终输出最大功率。0019 MPPT需要及时准确地采样蓄电池当前的充电电压和充电电流。两者相乘得到当前的充电功率，与前一时刻的充电功率相比较，调节PWM的占空比，使光伏电池始终工作在最大功率点。MPPT控制电路由BOOST升压电路构成。原理图如图1。由于光伏电池的输出特性呈非线性，且变化幅度较大，所以使用单端反激式变换器。该变换器由升降压变换器加隔离变压器推演而来，能够简单高效地提供直流输出，广泛用于功率100W左右的小型开关电源中。控制器工作于电流断续模式。其中，微控制器采用MC68HC08SR12微处理器，使用AD模块采样电源的输出电流和输出电压，继而调节PWM占空比，最终实现光伏电池的最大功率输出。电压采集电路由光耦PC817和三端稳压管TLA31相配合组成。TLA3l是一种可编程稳压管，当变压器的次
