CN113890372A - 一种用于光伏发电的最大功率点跟踪控制方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于光伏发电的最大功率点跟踪控制方法和***,其成本低,可有效提高最大功率点跟踪的精确度;其包括以下步骤:S1、反激变换器接于光伏组件与电热负载之间,所述反激变换器工作于峰值电流模式下时,获取所述反激变换器开关管的原边峰值电流和开关频率;S2、根据原边峰值电流得到开关管开通时间,以及开关管关断后,副边电流从峰值开始下降到零的关断时间;S3、在一个开关周期内,将开关管开通时间与关断时间做加法运算,得到开关管导通时间;将所述开关管导通时间与开关周期相比较,若是不大于开关周期,那么峰值电流所对应的工况就是光伏组件的最大功率输出,即实现了光伏组件的最大功率点跟踪。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电储热***技术领域,具体为一种用于光伏发电的最大功率点跟踪控制方法和***。
背景技术
在光伏发电***中,要提高***的整体效率,一个重要的途径就是实时调整光伏电池的工作点,使之始终工作在最大功率点附近,从而使光伏发电***以最高的效率对蓄电池充电,这一过程被称之为最大功率点跟踪。
光伏***中的最大功率点跟踪的控制方法很多,使用最多的是根据光伏电池本身的电压电流值来确定最大功率点,而在应用于光伏发电储热***中时,需要匹配不同功率等级的电热单元,但光伏组件输出电压-电流特性随着环境温度、散热条件以及太阳辐射的强度等因素变化而变化,则根据常规控制方法进行最大功率点跟踪时,不仅成本较高,且易造成误差,从而导致不能准确跟踪最大功率点。
发明内容
针对上述问题,本发明提供了一种用于光伏发电的最大功率点跟踪控制方法和***,其成本低,可有效提高最大功率点跟踪的精确度。
其技术方案是这样的,
一种用于光伏发电的最大功率点跟踪控制方法,其特征在于:其包括以下步骤:
S1、反激变换器接于光伏组件与电热负载之间,所述反激变换器工作于峰值电流模式下时,获取所述反激变换器开关管的原边峰值电流和开关频率;
S2、根据原边峰值电流得到开关管开通时间,以及开关管关断后,副边电流从峰值开始下降到零的关断时间;
S3、在一个开关周期内,将开关管开通时间与关断时间做加法运算,得到开关管导通时间;将所述开关管导通时间与开关周期相比较,若是不大于开关周期,那么峰值电流所对应的工况就是光伏组件的最大功率输出,即实现了光伏组件的最大功率点跟踪。
进一步地,所述步骤S1中,采用如下公式:
其中,Vout为所述反激变换器的副边输出电压;R为所述电热负载的阻值;Lp为所述反激变换器中变压器原边励磁电感,ipeak为原边峰值电流,fs为开关频率,
由于稳态情况下,输入功率Pin、输出功率Pou相等,则Pout=Pin;
则通过调整原边峰值电流ipeak和开关频率fs,实现了输入功率的调整;
进一步地,所述步骤S2中,通过公式:
计算得到开关管开通时间ton,
其中,Vin为所述反激变换器的原边输入电压;
所述反激变换器的变压器原边匝数为Np,副边匝数为Ns,匝比n:
n=Ns/Np
所述反激变换器开关管关断后,副边电流从峰值开始下降到零的关断时间toff为:
进一步地,对于所述反激变换器的原边峰值电流ipeak的控制包括以下步骤:
设定V_ref为电压给定信号,a为电压反馈系数,verr为电压给定信号与反馈信号的误差;
经过电压控制环PI1放大后得到输出功率Pou的给定信号P_ref;
随后经过PWM调制,引入原边输入电压Vin作为前馈信号,通过传递函数G(S)构造,从而确定开关管的开通时间以控制所述原边峰值电流ipeak的大小;
一种用于光伏发电的最大功率点跟踪控制***,其特征在于:包括接于光伏组件与电热负载之间的反激变换器,所述反激变换器包括开关管Q1、电容C1、C2、电阻R1、二极管D1、变压器T1,所述变压器T1原边的一端与所述电容C1的一端相连接,所述变压器T1原边的另一端与所述开关管Q1的漏极相连接,所述电容C1的另一端与所述开关管Q1的源极相连接,所述变压器T1副边的一端与所述二极管D1的正极相连接,所述变压器T1副边的另一端与所述电容C2、电阻R1的一端均相连接,所述二极管D1的负极与所述电容C2、电阻R1的另一端均相连接。
本发明的有益效果是,其成本低,根据原边峰值电流得到开关管开通时间,以及开关管关断后,副边电流从峰值开始下降到零的关断时间,将所述开关管导通时间与开关周期来比较判断是否实现最大功率点的跟踪,提高了最大功率点跟踪的精确度,可实现匹配不同功率等级的电热单元,具有较好的使用价值。
附图说明
图1是本发明中的反激变换器的电路原理图;
图2是本发明中开关管导通时间以及原副边电流波形图;
图3是本发明中电压环控制原理图。
具体实施方式
如图1~图3所示,本发明一种用于光伏发电的最大功率点跟踪控制方法,其包括以下步骤:
S1、反激变换器接于光伏组件与电热负载之间,反激变换器工作于峰值电流模式下时,获取反激变换器开关管的原边峰值电流和开关频率,而反激变换器开关管的原边峰值电流和开关频率由电路参数及设定输出功率确定;
具体地,步骤S1中,采用如下公式:
其中,Vout为反激变换器的副边输出电压;R为电热负载的阻值;Lp为反激变换器中变压器原边励磁电感,ipeak为原边峰值电流,fs为开关频率,
由于稳态情况下,输入功率Pin、输出功率Pou相等,则Pout=Pin;
则通过调整原边峰值电流ipeak和开关频率fs,实现了输入功率的调整;
S2、根据原边峰值电流得到开关管开通时间,以及开关管关断后,副边电流从峰值开始下降到零的关断时间;
具体地,步骤S2中,通过公式:
计算得到开关管开通时间ton,
其中,Vin为反激变换器的原边输入电压;
反激变换器的变压器原边匝数为Np,副边匝数为Ns,匝比n:
n=Ns/Np
反激变换器开关管关断后,副边电流从峰值开始下降到零的关断时间toff为:
S3、在一个开关周期内,将开关管开通时间与关断时间做加法运算,得到开关管导通时间;将开关管导通时间与开关周期相比较,若是不大于开关周期,那么峰值电流所对应的工况就是光伏组件的最大功率输出,即实现了光伏组件的最大功率点跟踪;
如图3所示,对于反激变换器的原边峰值电流ipeak的控制,反激变换器采用脉宽调制的方法来控制开关管Q1的开通时间来控制原边电流峰值ipeak的大小,在开关频率保持不变的情况下,通过原边电流峰值ipeak的大小的可以动态调节输出的平均功率从而实现功率点跟踪和控制,从而有电压环控制方式如下:
设定V_ref为电压给定信号,a为电压反馈系数,verr为电压给定信号与反馈信号的误差;
经过电压控制环PI1放大后得到输出功率Pou的给定信号P_ref;
随后经过PWM调制,引入原边输入电压Vin作为前馈信号,通过传递函数G(S)构造,确定开关频率fs并同时确定开关管的开通时间,从而通过调节输出功率Pou以控制输入端电压Vin。
一种用于光伏发电的最大功率点跟踪控制***,包括接于光伏组件与电热负载之间的反激变换器,反激变换器包括开关管Q1、电容C1、C2、电阻R1、二极管D1、变压器T1,变压器T1原边的一端与电容C1的一端相连接,变压器T1原边的另一端与开关管Q1的漏极相连接,电容C1的另一端与开关管Q1的源极相连接,变压器T1副边的一端与二极管D1的正极相连接,变压器T1副边的另一端与电容C2、电阻R1的一端均相连接,二极管D1的负极与电容C2、电阻R1的另一端均相连接。
本发明以如下实施例进行说明,设定光伏组件4片,每片标称功率450W,4片组件串联,最大输出功率1.8kW,输入电压范围45V-200V,最大功率点电压150V,电热负载为25欧,最大输出功率1.6kW,最大电压200V;原边峰值电流最大不超过40A,励磁电感Lp=10μH,匝比0.875,最大开关频率fs_max:
Pmax=1800=0.5*Lp*40*40*fsmax
由此可得
fmax=225kHz。
最小开关周期ts_min=4.44μs
最大开通时间ton=10uH/150V*40A=2.67μs
最大关断时间toff=0.875*10uH/200V*40A=1.75μs
ton+toff=2.67+1.75=4.42us<ts_min。
在辐照条件发生变化情况下,光伏组件的IV曲线发生变化,通过控制光伏组件输出电压和电流可以调整控制使其工作于不同的工作点。
图2中,ip为原边电流,is为副边电流。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.一种用于光伏发电的最大功率点跟踪控制方法,其特征在于:其包括以下步骤:
S1、反激变换器接于光伏组件与电热负载之间,所述反激变换器工作于峰值电流模式下时,获取所述反激变换器开关管的原边峰值电流和开关频率;
S2、根据原边峰值电流得到开关管开通时间,以及开关管关断后,副边电流从峰值开始下降到零的关断时间;
S3、在一个开关周期内,将开关管开通时间与关断时间做加法运算,得到开关管导通时间;将所述开关管导通时间与开关周期相比较,若是不大于开关周期,那么峰值电流所对应的工况就是光伏组件的最大功率输出,即实现了光伏组件的最大功率点跟踪。
5.根据权利要求4所述的一种用于光伏发电的最大功率点跟踪控制方法,其特征在于:对于所述反激变换器的原边峰值电流ipeak的控制包括以下步骤:
设定V_ref为电压给定信号,a为电压反馈系数,verr为电压给定信号与反馈信号的误差;
经过电压控制环PI1放大后得到输出功率Pou的给定信号P_ref;
随后经过PWM调制,引入原边输入电压Vin作为前馈信号,通过传递函数G(S)构造,从而确定开关管的开通时间以控制所述原边峰值电流ipeak的大小。
6.一种用于光伏发电的最大功率点跟踪控制***,用于权利要求1~5任一所述的一种用于光伏发电的最大功率点跟踪控制方法,其特征在于:所述最大功率点跟踪控制***包括接于光伏组件与电热负载之间的反激变换器,所述反激变换器包括开关管Q1、电容C1、C2、电阻R1、二极管D1、变压器T1,所述变压器T1原边的一端与所述电容C1的一端相连接,所述变压器T1原边的另一端与所述开关管Q1的漏极相连接,所述电容C1的另一端与所述开关管Q1的源极相连接,所述变压器T1副边的一端与所述二极管D1的正极相连接,所述变压器T1副边的另一端与所述电容C2、电阻R1的一端均相连接,所述二极管D1的负极与所述电容C2、电阻R1的另一端均相连接。
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