《最大功率跟踪原理及控制方法.docVIP

最大功率跟踪原理及控制方法 ?? 2.1最大功率跟踪原理?????? 太阳能电池的输出特性如图一所示，从图中的P/V特性曲线可以看出，随着端电压的增加输出功率先增加后减小，说明存在一个端电压值，在其附近可获得最大功率，因此，在光伏发电系统中，要提高系统的整体效率,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,这一过程就称之为最大功率点跟踪-MPPT。 ? 图一 光伏电池的特性曲线 2.2 最大功率跟踪的控制方法????? MPPT的控制方法：光伏系统中的最大功率点跟踪的控制方法很多，使用最多的是自寻优的方法，即系统不直接检测光照和温度，而是根据光伏电池本身的电压电流值来确定最大功率点。这种方法又叫做TMPPT(True Maximum Power Point Tracking)。在自寻优的算法中，最典型的是扰动观察法和增量电导法。本论文使用扰动观察法，扰动观察法主要根据光伏电池的P-V特性，通过扰动端电压来寻找MPPT，其原理是周期性地扰动太阳能电池的工作电压值( ),再比较其扰动前后的功率变化，若输出功率值增加，则表示扰动方向正确，可朝同一方向(+ )扰动；若输出功率值减小，则往相反(- )方向扰动。通过不断扰动使太阳能电池输出功率趋于最大，此时应有 [8]。此过程是由微处理器即C8051F320控制完成的。 3、系统的总体结构 3.1系统的结构图?????? 系统的结构图如图二所示。其中单片机要采集太阳能电池的输出电压和输出电流及蓄电池的充电电流和开路电压，通过一定的控制算法（即改变占空比），调节太阳能电池的输出电压和电流，从而实现太阳能电池在符合马斯曲线的条件下以最佳功率对蓄电池充电，系统的硬件主要由核心控制模块、采样模块、驱动模块、升压式DC/DC变换器模块组成。?? 图二　系统结构图??????? 本课题选用单片机C8051F320，利用C8051F320产生PWM，进而实现最佳功率充电。C8051F320的可编程计数器/定时器阵列PCA0由一个专用的16位计数器/定时器和5个16位捕捉/比较模块组成。每个捕捉/比较模块有其自己的I/O线，系统在这里选择PCA的模块0和模块1，每个模块的工作方式是8位脉冲宽度调制器方式，占空比由式（1）给出。 （1）由式（1）可知，当PCA0CPHn=0时占空比最大为100%，当PCA0CPHn=0xFF时占空比最小为0.39%。可以通过清‘0’ECOMn位产生0%的占空比【9】。3.2系统的流程图??????系统的流程图如图三所示。在蓄电池充电之前先检查蓄电池当前容量C，如果C小于额定容量的30﹪，就要切断负载向上位机发送警告信号，防止蓄电池过度放电。如果C大于额定容量的30﹪，那么就要采集蓄电池的充电电流 ，如果 符合当前马斯曲线所对应的最佳充电电流即最大充电电流 时，便可以此电流对蓄电池充电；如果? 大于 时，要调整占空比，使 趋近于 ；如果? 小于 时，这时要调整占空比，如果 趋近于 ，则以此电流充电，否则，就要以最大功率所对应的电流对蓄电池充电。 ? ?系统流程图图三　 4、实验结果 ?????? 本实验的太阳能电池在标准测试条件下的额定峰值功率为36W，开路电压为21.5V，经实验，得到直接对蓄电池充电和采用MPPT算法充电在不同条件下测得的充电电流，实验表明，采用了MPPT充电控制器以后，在相同的外界条件下，太阳能电池的充电功率比直接充电有了明显的提高。 表一 对比实验结果 参考文献 【1】Bimal K. Bose. Energy, Environment, and Advances in Power, IEEE. Trans. Power Electron, 2000(15):688-701【2】裴郁．我国可再生能源发展战略研究[ D].辽宁:辽宁师范大学硕士学位论文.2004:5【3】张瑞宁，石新春.独立光伏系统最大功率跟踪控制器的实现[J].电源技术研究与实现，2008(7)：468-471.【4】周志敏，周记海，纪爱华.充电器电路设计与应用[M].北京：人民邮电出版社，2005.【5】吴春华，张翼，肖鹏等.一种光伏独立发电控制系统[J].上海大学学报，2008(4)： 359-363.【6】郑诗程，刘伟，葛芦生.具有TMPPT功能的太阳能光伏充电系统研究[J],电子测量与仪器学报，2008,22(3)： 11-15.【7】中国资源综合利用协会可再生能源专业委员会. 中国光伏发电的技术现状及展望[J]. 可再生能源，2002(3)： 5-8.【8】闫妍.智能型多用途太阳能供电系统[J].辽宁：辽宁工学院，2007： 9-10，21-22.【9】新华龙公司.C8051F320/1混合信号IS