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具有最大功率跟踪功能的光伏户用逆变电源

时间:2016-2-18 10:34:00   来源:中国发电机网   添加人:admin

  用逆变电源电路,该光伏户用逆变电源充分利用了Intel8X196MC微处理器的功能,在基本不增加成本的情况下实现了真正的MPPT从研制出的样机看,系统使用效果较好,输出电压波形和稳定度均达到了世界先进行列的技术标准由于户用光伏电源系统具有初期投资小及使用方便等优点,因而在新疆青海、西藏等偏远地区甚受欢迎,故在国内光伏市场上潜力较大目前市场上所售的光伏户用逆变电源系统主要有2种:直流系统和交流系统,其中交流系统由于其负载的普适性,正在逐步取代直流系统在光伏户用电源系统及光伏电池给蓄电池充电电路中,除了对蓄电池的保护电路外几乎没有其它具有保护功能的电路在早期,仅仅为解决边远地区人们照明问题已足够,现随着人民生活水平的逐步提高,各种家用电器的普遍使用,因此进一步对光伏户用电源系统提出了新的要求常用的光伏户用电源系统在设计时,由于蓄电池充电曲线在光伏电池性能曲线的最大功率点附近,既没有考虑在充电的同时蓄电池输送功率给逆变电路的情况,也没有设置最大功率点跟踪器(MPPT)电路,由光伏电池直接给蓄电池充电从而使光伏电池在较大的一段区间里没有真正工作在最大功率点,造成了光伏电池配置量增加,提高了光伏户用电源系统的成本。本文提出了一种光伏户用电源系统,在不增加逆变电源成本的情况下,实现了光伏电池最大功率点的追踪1光伏户用电源系统简介蓄电池逆变电路(a)直流系统常用光伏户用逆变电源系统主要有直流系统和交流系统,其系统结构,如所示。常规的光伏户用电源系统的充电控制电路主要为蓄电池的电压检测电路和防过充电电路进行控制,没有对充电电压、电流进行控制。

  2最大功率点跟踪器量大功率点跟踪器的原理和实现已有不少学者进行过论述S.Singer和A.Braunstein对MPPT的模型作了理论上的分析和探讨,1对光伏水泵中的最大功率点跟踪器原理和实现进行了论述。光伏电池阵列在不同日照下,电流、电压、功率特性曲线,如所示。

  从中可以看出,光伏电池的最佳工作点与负载特性有关,在光伏户用逆变电源中,蓄电池为光伏电池阵列的负载,在正常充电情况下,蓄电池的电压变化曲线见,在光伏电池最大功率点附近变化,对配置好的蓄电池的光伏阵列只有在很小的一段区间里基本工作于最大功率点上另外,蓄电池处于浮充状态时,负载特性曲线将会改变,同时也会使光伏电池阵列工作点偏离最大功率点。因此,在不加入最大功率点跟踪器时,大部分情况下光伏电池阵列不会工作在最大功率点上,并且光伏电池阵列供给的功率通常小于最大功率匕。最大功——4-01maLcademicloumalElectronic率跟踪器的功能即是根据日照、温度及负载的变化,从而改变光伏电池阵列的输出功率,使其工作在最大功率点上光伏电池阵列功率一电压特性曲线,如所示。

  中a区和b区均为光伏电池阵列通过DC-DC变换器给蓄电池供电时可能经过的功率一电压状态其中在a区时,DC-DC变换器需增大光伏电池阵列的输出电压;在b区时,DC-DC变换器需减小光伏电池阵列的输出电压因此,DC-DC变换器需要不断地检测及判断光伏电池阵列正运行于哪一个区,调节输出电压,使实际工作点总是由a区或b区的某个点移向点3系统实现户用逆变电源系统主要由光伏电池蓄电池及逆变电源组成其中,逆变电源包括蓄电池的充放电控制电路、逆变电路、保护电路和显示电路等充电控制电路是一个buck型DC-DC变换器,其开关器件的控制信号、逆变电路开关器件的控制信号以及放电控制、保护、显示等控制信号均由微处理器所示为buck型DC-DC变换器组成的具有MPPT功能的蓄电池充电器控制电路其中,VT的开关频率为45kHz当忽略MOSFET器件导通时的压降,Buck型DC-DC变换器的电压传输方程为由(1)式看出,调节W值可以调节输出电压在该变换器中调节W!的依据为输出功率P0充电控制电路检测DC-DC变换器的输出电压和电流,计算出当前的输出功率(P2),并与前一次检测计算所得到的输出功率(Pi)相比较,来判断W的增减量值其控制框图,如所示。本控制器由Intel8X196MC程序实现,控制波形由该微处理器2个独立的PWM输出口输出。在系统中加入了该充电控制器后,光伏电池阵列的实际工作点总是在最大功率工作点左右摆动,如果取步长AW足够小时,则最大功率跟踪器总是会用最小的损失换取光伏电池阵列的最大功率输出逆变部分电路,如所示。由于光伏户用电源系统一般采用的直流电压等级均较低,本逆变部分电路中的功率开关器件采用了MOSFET,MOSFET的控制信号也由Intel8x196MC微处理器控制,利用Intel8X196MC内部具有的三相6路波形发生器中的4路产生逆变电路所需的SPWM控制信号,经隔离后驱动逆变主电路中的开关器件。本逆变器采用了SPWM调制方式,为了稳定逆变电源的输出电压,将采集的交流输出电压信号经A/D输入口输入给Intel8X196MC,经数字PID调节器处理后得到SPWM的调制深度,并按此调节逆变器的输出电压检测保护电路主要由蓄电池电压检测、充电电流检测、驱动电压检测、交流输出电压和电流检测等组成根据蓄电池电压检测e笕/蓄电池的当前状况来控制蓄电池的充t放电;根据交流电流检测结酬路电测一0s果,监控电路是否工作正常,有无过载或短路现象等,若工作异常,则逆变电路停止工作;驱动电压的检测是为了防止驱动电路不能正常工作,欠压时,可封锁SPWM输出的脉冲信号4为样机输出交流电压的实验波形当蓄电池电压在2卜27V之间变化,负载在空载至500W之间变化时,其输出电压稳定度可保持<25%的水平。

  输出交流电压波形11I余世杰,何慧若,沈玉梁,等。经济效益和环境效益的结合一一光伏水泵系统」。合肥工业大学学报(自然科学版),2000,23(2):154-159. 2余世杰,战福忠,沈维祥,等。光伏水泵系统的最大功率点跟踪器」。光伏能学报,1991,12(3):225-23d 3胡长生。高性能光伏逆变电源的研究D.合肥:合肥工业大学电气工程学院,1998. 4茆美琴,曹仁贤,何慧若。独立光伏电站系统的仿真与优化设计」。合肥工业大学学报(自然科学版),1997,20(5):57-61. 5雍爱霞,孙佩石,沈玉梁,等。无刷直流电机反电势换向方法的探讨」。合肥工业大学学报(自然科学版),200Q(责任编辑瞿尔仁)