[发明专利]光伏电池最大功率匹配传输变换方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及光伏电池技术领域，具体涉及一种光伏电池最大功率匹配传输变换方法及装置。

背景技术

目前的光伏电池最大功率跟踪多采用以下方法：

1、功率定配电路：选择光伏电池使其输出特性与特定的负载事先相定配，由于太阳光的强度和负载条件的不确定性，使得该技术只能大概的估计MPP的位置，不能根据太阳光的强度和负载条件的变化实现实现跟踪、匹配，光伏电池的利用率较低。

2、曲线拟合技术：预先测得光伏电池的输出特性，并用数学表达式描述。该方法不能预测一些复杂因素的影响，如光伏电池的老化、环境温度变化等引起的输出特性变化及光伏电池板的制造工艺带来的一致性问题，产品的一致性也无法保证。

3、微扰观察法：通过不断扰动光伏电池的工作点，找到使功率输出最大的变化方向。基本的工作过程是周期性的给光伏电池的端电压施加扰动，并与上一个周期比较输出功率的大小。最大功率控制实际上就是通过功率反馈控制使功率曲线上的导数等于零；该方法的优点是不需要光伏电池的输出特性，但该方法不适用于环境条件变化快的情况，光伏电池输出功率计算一般需要通过单片机或模拟乘法器实现。

4、衡电压法：该方法基于这样一个事实：光伏电池最大功率点电压约为其开路电压的75-78％。为了确定最大功率点，需要暂时把负载断开并对开路电压采样和保持作为控制环的参考电压；但该方法不适用于环境条件变化快的情况，光伏电池输出功率计算一般需要通过单片机或AD转换电路，对负载的变化的适应性较差。

5、增量电导法：该方法通过比较光伏电池的瞬时电导和增量电导克服了微扰观察法的不足，是上述方法中精确度最高的，开关电源的输入阻抗被调整到与光伏电池阻抗达到最佳匹配的值；该方法即使在快速变化的环境条件下也工作良好，通常实现该方法需要采用单片机或DSP，使系统成本增加，不适合小规模的系统。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提出了一种直接使用PWM控制芯片来实现光伏电池连续平滑最大功率跟踪传输变换的方法和装置。实现本发明的原理是将光伏电池的电流源特性转换为电压源特性，通过Vi检测电路检测出电压源电压Vi，按Vi-PWM控制方式(参阅图3)控制占空比D来改变开关电源的输入阻抗来匹配光伏电池的等效输出阻抗。

本发明的技术方案概述如下：

一种光伏电池最大功率匹配传输变换方法，其步骤包括：

1)通过电流源转电压源电路将光伏电池输出的电流源特性转变成电压源特性；

2)检测电压源输出电压，通过PWM控制集成电路采样输出电压值；

3)按照占空比信号正比于输出电压值的方式调整PWM控制集成电路输出的占空比；

4)所述PWM控制集成电路输出占空比信号接入功率开关管，该功率开关管连接高频变压器的初级侧，次级侧通过输出整流电路接负载；

5)通过占空比信号调整功率开关管的开断，改变高频变压器初级输入阻抗特性跟踪匹配光伏电池等效内阻特性，实现光伏电池的最大输出功率。

上述方法通过连接在输出整流电路两端的上限压检测电路限制最高输出电压。

一种光伏电池最大功率匹配传输变换装置，其特征在于，包括：电流源转电压源电路、检测电路、PWM控制集成电路、功率开关管、高频变压器、输出整流电路；

所述电流源转电压源电路外接于光伏电池的两端，将光伏电池的电流源特性转变为电压源特性，输出端接检测电路的输入端；

所述检测电路检测电压源的电压，输出检测到的电压信号接入PWM控制集成电路的输入端；

所述PWM集成控制电路输出占空比信号接入功率开关管；

所述高频变压器初级端连接功率开关管，次级端经过输出整流电路接负载。

进一步，所述光伏电池最大功率匹配传输变换装置还包括一个上限压检测电路连接在转换输出电路两端，限制最高输出电压。

所述上限压检测电路由稳压二极管VD2、电阻R13、R12、三极管Q4组成，由稳压二极管VD2输入R13分流，R12限流输入Q4的基极，检测输出上限电压由三极管Q4的集电极反馈接入PWM控制集成电路的输入端。

所述电流源转电压源电路由由二极管D1、储能电容C1组成，由二极管D1输入经储能电容C1输出给检测电路。

所述检测电路通过二极管D2输入、电阻R4、R5分压、滤波电容C2输出接PWM控制集成电路。