具有MPPT功能智能户用光伏充电系统研究报告.docx

1、具有MPPT功能智能户用光伏充电系统研究报告 本文由huarobust贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第 卷 第 期 年 月 可再生能源 具有 功能的智能户用光伏充电系统研究 李钊年 ， 段善旭 青海大学， 青海 西宁 摘 ； 华中科技大学， 湖北 武汉 ） 要： 光伏充电系统采用了恒流充电和 恒压限流充电相结合的管理模式， 在一定时间内以电压的变化 量接近零， 并使充电电流达到最小设定量作为判断蓄电池充电终止的条件， 采用了电压自寻优算法实现了光伏 电池的最大功率点跟踪。 实验表明， 系统除了具有智能化管理的特点外， 光伏电池的最大

2、功率点跟踪效果明显， 且不用考虑日照强度和温度对光伏电池的影响， 在一定程度上能够提高光伏电池的输出功率。 关键词： 光伏电池； 电压变化量； 蓄电池； 最大功率点跟踪； 充电 中图分类号： 文献标志码： 文章编号： ） ， ， ， ； ， ， ） ： ） ， ， ： ； ； ； ） ； 引言 自 年以来， 中央和地方政府在青海修 建了多座光伏电站， 用以缓解边远地区和牧区人 民的用电问题。由于没有一个完善的管理机制， 给光伏电站的维护和使用带来了很大困难， 致使 电站寿命大幅度缩短。为了解决这一问题， 实行 户用电源、 智能化管理的模式成为光伏电源发展 的主流趋势。 光伏电源实现智能化管理的

3、关键又 在于控制系统的智能化 。 光伏发电的最基本单元是光伏电池。 前， 目 光电转化效率最高的单晶硅电池的效率只为 收稿日期： 。 基金工程： 教育部科学技术研究重点工程 ） 。 作者简介： 李钊年 ） ， 男， 副教授， 主要从事电气工程及其自动化方面的教案和科研工作。 ： 通讯作者： 段善旭 ） ， 男， 教授， 博导， 主要研究方向为新能源发电及电能质量控制。 左 右 。由 于 光 电 转 化 控 制 不 当 ， 太 阳 能 光 谱 和 能 量 的 利 用 率 只 有 ， 再 加 上 空 气 中的颗粒物、 尘等降落在光伏电池板上， 减少 灰 了光线的射入量， 影响光电的转换效率。其次，

4、 光伏电池的输出特性受外界环境的影响大： 日 照强度下降， 会造成光伏电池的短路电流和输 出功率下降； 温度上升， 光伏电池的开路电压和 输出功率下降。另外， 光伏电池的价格昂贵， 光 伏发电系统的初期投入较大， 为有效利用太阳 能， 需要对光伏发电系统进行有效地控制， 以便 提高利用效率。 ? 可再生能源 本文以 型 ， ） 铅酸蓄电池 为充电对象， 对光伏充电控制系统进行了设计， 实 现了光伏电池的最大功率点跟踪以及太阳能电池 板与蓄电池之间电压的自动识别、自动匹配和充 电过程的自动调节。 太阳能电池板 ， ） 电路拓扑结构和控制策略 光伏充电系统的电路拓扑如图 所示。主电 电路拓扑结构

5、路由太阳能电池板、 电力场效应管 、 蓄电池和 精密电阻 构成。 蓄 电 池 图 光伏充电控制系统拓扑结构图 充电控制策略 采用恒流充电和 技术恒压限流充电相 结合的方法给蓄电池充电 。 电流型 脉宽调制器、 单片机和检测单元构成 充电闭环控制回路， 实现充电电压、 电流的自动调 节和电源电压的自动识别。利用 中的误差 放大器， 从 脚输入给定电压信号与恒压充电时 反馈电压信号和最大功率点跟踪算法输出的 之偏差， 此放大器作恒压调压器使用， 脚和 脚 间引入阻容校正， 构成 调节器。另一个误差放 大器作恒流调节器， 从 脚输入给定电流信号与 恒流充电时的反馈电流信号之偏差， 脚和 脚 间引入阻

6、容校正， 构成 调节器。 种给定信号 均从 脚内部基准电压源通过电阻分压取得， 当 单片机 口输出高电平时， 取得的基准电压为 充电终点的判断和管理。 电压给定 电压反馈 调节器 调制器 ! 调节器 电流反馈 来自单片机 电流给定 图 光伏充电控制策略 最大功率点控制策略 光伏电池的输出电压和电流呈非线性关系， 存在一个输出的最大功率点， 且光伏电池的 特性还随着日照强度和运行温度的变化而变化。 为了保证光伏发电系统获得最佳的能量利用效 率， 必须采用最大功率点跟踪算法使光伏阵列随 时运行在最大功率输出点。本文针对高寒地区日 照强度变化快， 温度变化大的特点， 采用了与光伏 电池的特性和参数无

7、关的电压寻优算法， 。当光 伏阵列工作在最大功率点时， 它的工作电压 ） 与它的开路电压 成一定的线性比例关系， 比例 系数一般都取为 误差为 ） ， 因此可以让光 伏阵列的工作电压设定为 。 此时， 光伏阵列 即工作在最大功率点。控制流程如图 所示。 ， 反之为 。 的 脚和 脚作并联 输出 信号来控制场效应管 ， 以维持恒流 充电时电流恒定或在恒压充电时的电压恒定。具 体控制框图如图 所示。 以给定电压 、 来自单片机的电压偏差 和电压反馈构成的电压闭环控制系统主要进行蓄 电池端电压管理和最大功率点跟踪； 给定电流 和电流反馈构成的闭环控制系统主要进行蓄电池 ? ? 李钊年， 等 具有 功

8、能的智能户用光伏充电系统研究 开始 初始化变量 检 电 池 板 电 压 实验结果与分析 为了得到较明显的结果， 实验中将 块 开 ， 检 电 池 板 电 压 ） 初始化端口 光伏电池板 每块板的标称峰值功率为 ， 开路电压为 ， 典型工作电压为 ， 每块板的内阻近似为 ） 分成 组， 每组 块串联。把两组充电电路中的蓄电池用阻性负载 替换， 其中一组接入具有 功能的充电电路， 采 样 报警 ） ？ ） ？ 输出 ） 电池接否？ 极性接反否？ 另外一组直接接负载。在 内检测 组光伏 电池在不同负载下的输出电压和电流， 共检测 个点， 每个点之间相隔 ， 再计算其输出功率 表 ） 。 输出 采样充

9、电电流 ） ？ 关 断 令 ） ） 从表 可以看出， 在加入了 控制后， 光 伏电池的输出功率得到提高。当光伏电池工作在 恒压源区时， 如果负载电阻能够与光伏电池的内 阻相匹配， 则采用 控制的光电池板与不加 控制的光电池板的输出功率很接近。 返回 图 光伏电池最大功率点跟踪算法流程 表 光伏电池输出功率计算值 负 载 带 未加控制 带 未加控制 带 未加控制 光伏电池输出功率 输出功率平均值 结语 该系统具有蓄电池过电压和欠电压保护功 王 长 贵 新 能 源 和 可 再 生 能 源 的 现 状 和 展 望 太 阳 能 光 伏 产 业 发 展 论 坛 论 文 集 乌 鲁 木 齐 ： 新 疆 新

10、 能 源有限公司， 能， 可对蓄电池极性接反和蓄电池未接等现象进 行自动识别； 为了防止系统启动时的过电流冲击， 配置了软启动功能， 能够实现太阳能电池板与蓄 电池之间电压的自动识别、自动匹配和充电过程 的自动调节等智能化功能。光伏电池最大功率点 跟踪效果明显， 对蓄电池的充电很有利。但是， 此 方法会使 管频繁关断， 因此不能工作在 连续输出的光伏系统中， 而且采样周期不能设定 得很短。由于每次采样结束后系统都在恒定电压 下工作， 所以当环境条件快速变化时， 会带来一定 的能量损失。 参考文献： 朱松然 铅酸蓄电池实用手册 北京： 机 械 工 业 出 版 社 ， 耿德根 高速嵌入式单片机原理

11、与应用 北京： 北京航空航天大学出版社 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ： 李钊年， 张志富， 师玉宝 光伏 电 源 智 能 充 电 控 制 系 统 的设计 现代电子技术 ， ） ： ? 1本文由huarobust贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第 卷 第 期 年 月 可再生能源 具有 功能的智能户用光伏充电系统研究 李钊年 ， 段善旭 青海大学， 青海 西宁 摘 ； 华中科技大学， 湖北 武汉 ） 要： 光伏充电系统采用了恒流充电和 恒压限流充电相结合的管理模式， 在一定时间内以电压的变化 量接近零， 并使充电电流达到最小设

12、定量作为判断蓄电池充电终止的条件， 采用了电压自寻优算法实现了光伏 电池的最大功率点跟踪。 实验表明， 系统除了具有智能化管理的特点外， 光伏电池的最大功率点跟踪效果明显， 且不用考虑日照强度和温度对光伏电池的影响， 在一定程度上能够提高光伏电池的输出功率。 关键词： 光伏电池； 电压变化量； 蓄电池； 最大功率点跟踪； 充电 中图分类号： 文献标志码： 文章编号： ） ， ， ， ； ， ， ） ： ） ， ， ： ； ； ； ） ； 引言 自 年以来， 中央和地方政府在青海修 建了多座光伏电站， 用以缓解边远地区和牧区人 民的用电问题。由于没有一个完善的管理机制， 给光伏电站的维护和使用带

13、来了很大困难， 致使 电站寿命大幅度缩短。为了解决这一问题， 实行 户用电源、 智能化管理的模式成为光伏电源发展 的主流趋势。 光伏电源实现智能化管理的关键又 在于控制系统的智能化 。 光伏发电的最基本单元是光伏电池。 前， 目 光电转化效率最高的单晶硅电池的效率只为 收稿日期： 。 基金工程： 教育部科学技术研究重点工程 ） 。 作者简介： 李钊年 ） ， 男， 副教授， 主要从事电气工程及其自动化方面的教案和科研工作。 ： 通讯作者： 段善旭 ） ， 男， 教授， 博导， 主要研究方向为新能源发电及电能质量控制。 左 右 。由 于 光 电 转 化 控 制 不 当 ， 太 阳 能 光 谱 和

14、 能 量 的 利 用 率 只 有 ， 再 加 上 空 气 中的颗粒物、 尘等降落在光伏电池板上， 减少 灰 了光线的射入量， 影响光电的转换效率。其次， 光伏电池的输出特性受外界环境的影响大： 日 照强度下降， 会造成光伏电池的短路电流和输 出功率下降； 温度上升， 光伏电池的开路电压和 输出功率下降。另外， 光伏电池的价格昂贵， 光 伏发电系统的初期投入较大， 为有效利用太阳 能， 需要对光伏发电系统进行有效地控制， 以便 提高利用效率。 ? 可再生能源 本文以 型 ， ） 铅酸蓄电池 为充电对象， 对光伏充电控制系统进行了设计， 实 现了光伏电池的最大功率点跟踪以及太阳能电池 板与蓄电池之

15、间电压的自动识别、自动匹配和充 电过程的自动调节。 太阳能电池板 ， ） 电路拓扑结构和控制策略 光伏充电系统的电路拓扑如图 所示。主电 电路拓扑结构 路由太阳能电池板、 电力场效应管 、 蓄电池和 精密电阻 构成。 蓄 电 池 图 光伏充电控制系统拓扑结构图 充电控制策略 采用恒流充电和 技术恒压限流充电相 结合的方法给蓄电池充电 。 电流型 脉宽调制器、 单片机和检测单元构成 充电闭环控制回路， 实现充电电压、 电流的自动调 节和电源电压的自动识别。利用 中的误差 放大器， 从 脚输入给定电压信号与恒压充电时 反馈电压信号和最大功率点跟踪算法输出的 之偏差， 此放大器作恒压调压器使用， 脚

16、和 脚 间引入阻容校正， 构成 调节器。另一个误差放 大器作恒流调节器， 从 脚输入给定电流信号与 恒流充电时的反馈电流信号之偏差， 脚和 脚 间引入阻容校正， 构成 调节器。 种给定信号 均从 脚内部基准电压源通过电阻分压取得， 当 单片机 口输出高电平时， 取得的基准电压为 充电终点的判断和管理。 电压给定 电压反馈 调节器 调制器 ! 调节器 电流反馈 来自单片机 电流给定 图 光伏充电控制策略 最大功率点控制策略 光伏电池的输出电压和电流呈非线性关系， 存在一个输出的最大功率点， 且光伏电池的 特性还随着日照强度和运行温度的变化而变化。 为了保证光伏发电系统获得最佳的能量利用效 率， 必须采用最大功率点跟踪算法使光伏阵列随 时运行在最大功率输出