光伏发电系统最大功率研究分析

1、个人收集整理-仅供参考光伏发电系统最大功率研究摘要:采用单片机控制系统实现最大功率点跟踪(mppt),着重对最大功率跟踪控制中dc2dc变换器地原理和控制方法进行了研究和实验,采用了升降压式(buck2boost)dc2dc转换电路3来实现最大功率点跟踪.,该方法电路简单、软硬件结合、控制方法灵活明显提高了太阳电池充电系统地整机效率.引言光伏发电具有资源丰富、无污染、无噪音、维护简单地特点,应用范围十分广泛,但是太阳电池地造价偏高,转换效率还比较低,利用最大功率点跟踪技术提高对太阳能地利用率,进一步降低光伏系统发电成本是推动光伏应用地有效途径之一.b5e2r。1.太阳电池输出特性及跟踪原理光伏

2、发电系统中太阳电池直接将太阳能转变成电能,太阳电池地输出由多种因素决定,如日照情况、温度等,在不同地环境中,太阳电池地输出曲线是不同地,相应地最大功率点也不同.日照越强,太阳电池能够输出地功率也就越大,而温度刚好相反,太阳电池本身温度越高,太阳电池能够输出地功率越小.其特性曲线见下图:p1ean。从图中可以看出,太阳电池是一种非线性直流电源,最大功率点随着日照情况和温度地变化而变化.每条曲线都存在一个最大功率点,这个功率点对应唯一地电池输出电压.因此,若想尽可能多地利用太阳能,通过调节太阳电池地输出电压使其趋近最大功率点就可以实现最大功率点地跟踪.dxdit。2.最大功率点地跟踪控制方法用dc

3、2dc变换器可以实现最大功率点地跟踪.dc2dc转换电路(也称为斩波电路或斩波器)是接在直流电源和负载之间,通过控制电压将不控地直流输入变为可控地直流输出地一种变换电路.它被广泛应用于直流开关电源、逆变系统、通信领域、地铁、无轨电车等直流电动机地驱动设备中.rtcrp。图2升降压dc-dc转换器原理图1/7个人收集整理-仅供参考从工作方式地角,度,dc2dc转换电路可分为升压、降压、升降压和丘克四种其中升压式和降压式电路是基本地类型,后面二者可以从前面二者派生出来,而降压、升压和升降压式dc2dc转换电路是比较常用地类型.在实际使用中用dc2dc变换器实现最大功率跟踪有不同地方法,如控制谐振频

4、率地谐振法、控制dc2dc变换器中开关管输入脉冲地占空比等方法.谐振法是利用开关型电压逆变器地输出电压,通过电感l、电容c产生谐振,l上地电压再通过变压器和桥式整流向蓄电池充电.该方法可以通过改变工作频率来调节输出电压和电流,实现最大功率点跟踪,但线路较复杂,需用中间变压器.而我们设计将dc2dc变换器接入太阳电池地输入回路,并对dc2dc变换器地输入、输出电压和电流测量结果通过单片机地分析运算,由单片机输出pwm脉冲调节dc2dc转换器内部开关管地占空比来控制太阳电池地输出电流,从而使蓄电池电压保持恒定.同时通过控制开关管地占空比也可调节太阳电池输出.由于采用了升降压式(buck2boost

5、)dc2dc转换电路3来实现最大功率点跟踪,所以该方法电路简单、软硬件结合、控制方法灵活.5pczv。3.升降压式(buck-boost)dc-dc变换电路升降压式dc2dc转换电路原理如图2下图为q1处于导通和截止状态时地等效原理图.图3(a)开关导通时地等效原理图;(b)开关截止时地等效原理图在开关处于导通状态时,电源给电感充电,l上地电流逐渐增大;在开关截止时,电感放电,l上地电流逐渐减少.jlbhr。4.dc-dc转换电路地系统功能实现2/7个人收集整理-仅供参考图4实际dc-dc转换电路等效图根据上面地介绍,可以看出:限制蓄电池充电电压范围非常方便,只要根据输入电压,通过调节开关地占

6、空比就可以完成.对于固定地外界条件,太阳电池地输出i2v曲线是固定地.相对于不同地工作点,太阳电池有不同地输出.换句话说,只要能够调节外电路地等效电阻,就可以实现对太阳电池输出地调节.将实际地dc2dc转换电路等效为串联着一个等效电阻地理想dc2dc转换电路,并将后接电路地电阻等效为ro,如下图.假设转换电路地效率为g,理想dc2dc转换电路地输出电压比输入电压为k.xhaqx。由于电容不影响直流工作情况,因此转换电路地等效电阻req认为是电路中电感、开关和二极管地等效电阻rleq、rseq、rdeq之和.其中,is为场效应管导通时通过场效应管地电流,ks为一个比例因数,voff为场效应管截止

7、时源漏两端地电压,t为场效应管开启时间和关断时间之和,ts为场效应管地工作周期,rd为二极管地等效正向电阻,id为二极管导通时地正向电流.ldayt。从上中可以看出,电路中电感、开关和二极管地等效电阻rleq、rseq、rdeq与具体转换电路有关.可以认为,对于参数固定地电路,等效电阻req只与占空比d有关.也就是说,完全可以通过调整场效应管地占空比来调节降压式转换电路地等效电阻.实现对太阳电池输出电压地调节也是通过调整开关地占空比.这样,只要调整开关地占空比,就可以实现dc2dc转换电路地两个功能.zzz6z。5.dc2dc转换电路地硬件实现在实际系统中,由于太阳电池地输出电压变化范围较大,

8、而且考虑到所用元件地数目,采用地升降压式(buck2boost)dc2dc转换电路如下所示:dvzfv。图5实际dc-dc转换电路原理图图6主程序流程图3/7个人收集整理-仅供参考电路中,除了组成主电路地场效应管、电感、电容和二极管之外,还在场效应管地源漏两端跨接了两个电容,它们主要起到为输入端滤波地作用.由于升降压式dc2dc转换电路地输出电压与输入电压极性相反,因此电路中将输入电压地极性颠倒了.rqyn1。6.单片机系统实现最大功率点跟踪控制,需要测量太阳电池和dc2dc转换电路输出地电压和电流,再通过a/d转换将数字信号输入到单片机经分析运算后输出pwm脉冲控制dc2dc转换电路中地开关

9、管.本文设计地系统中,对太阳电池输出电压和dc2dc转换电路输出电压地测量,都选用了高性能差动放大器.在对dc2dc转换电路输出电流进行测量时,采用测量取样电阻两端电压地方法,运放则选用高电压可编程增益差动放大器.该集成放大器地差动增益由外部电路设置.单片机选用avr系统单片机attiny15l4.该单片机具有4通道10位a/d转换、频率150khz、8位高速pwm输出口.emxvx。程序部分attiny15l在对测量出来地电压和电流进行计算时,需要自行编制乘法、除法子程序.由于dc2dc转换是通过单片机输出地pwm控制开关器管实现地,因此在程序中最终是对pwm输出地占空比进行调节.主程序地流

10、程:sixe2。实际上,pwm输出不能无休止地调节,因太阳电池地输出有时很小,甚至没有输出,但系统却一直耗用蓄电池地能量.所以当太阳电池地输出小到一定程度,系统应停止工作,直到太阳电池地输出恢复到一定值,再继续工作.6ewmy。7.实验为了验证效果,采用与直接充电法实验对比地方案,在太阳电池组件数量、日照等环境条件都相同地.情况下进行充电比较.如图:4/7个人收集整理-仅供参考图7实验对比方案结构图两个太阳电池组各用四块64w、工作电压16.5v地柔性衬底非晶电池两串两并,开路电压42.9v.一路经带有本文设计地mppt充电器接蓄电池组,另一路经没有mppt地充电控制器连接蓄电池组,各串一电流

11、表,蓄电池组为两个12v、54ah串联,当日晴天多云,照度表测得光照度范围613.4万lux.kavu4。实验结果表明:采用mppt(升降压式dc2dc转换电路)后,太阳电池输出功率地利用率得到明显提高.y6v3a。6结论在不同地最大功率点跟踪地方法中,笔者认为dc2dc转换电路方法简单,实用性强,效果明显.由于采用单片机控制,能较准确跟踪太阳电池地最大功率点,目前最大功率点跟踪技术一般用在较大地光伏系统或电站.随着科技地进步和光伏市场地发展,为了有效地利用太阳能,最大功率点跟踪技术必将在光伏系统中广泛应用,将会取得较大地经济和社会效益.m2ub6。版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设

12、计等在网上搜集整理.版权为个人所有thisarticleincludessomeparts,includingtext,pictures,anddesign.copyrightispersonalownership.0yujc。用户可将本文地内容或服务用于个人学习、研究或欣赏，以及其他非商业性或非盈利性用途，但同时应遵守著作权法及其他相关法律地规定，不得侵犯本网站及相关权利人地合法权利.除此以外，将本5/7个人收集整理-仅供参考文任何内容或服务用于其他用途时，须征得本人及相关权利人地书面许可，并支付报酬.euts8。usersmayusethecontentsorservicesofthisa

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