[发明专利]基于双重线性近似值的MPPT算法的模拟电路实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟电路实现方法，尤其涉及一种基于双重线性近似值MPPT控制器控制算法的模拟电路实现方法，属于光伏发电系统的最大功率点跟踪技术领域。

背景技术

MPPT控制器的全称“最大功率点跟踪”(Maximum Power PointTracking)太阳能控制器，是传统太阳能充放电控制器的升级换代产品。所谓最大功率点跟踪，即是指控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使系统以最高的效率对蓄电池充电。MPPT算法即最大功率点跟踪算法，是光伏电路中的常用算法。

光伏发电系统是利用太阳能光伏效应将光能直接转换成电能的发电系统，而光伏电池阵列的最大功率点跟踪(MPPT)通常是一个光伏系统的关键部分。在太阳能光伏发电系统中，光伏电池阵列的输出特性受到光照以及环境温度的影响很大，具有明显的非线性特征。因此，为了提高光伏电池阵列的转换效率，就需要快速准确的判断光伏电池阵列的输出特性，找到光伏电池阵列的最大功率点。最大功率跟踪技术(MPPT)就是一门跟踪光伏电池阵列在既定温度和光照强度下最大功率点的技术。

目前常规的MPPT方案如扰动观察法、电导增量法等需要借助DSP等微控制器件，通过传感器采样技术快速的获得实时电压和电流波形，通过特定的算法对波形进行识别，通过PWM技术改变占空比的大小，最终达到追踪最大功率点的目的。通过上述常规的MPPT控制方案能够实现最大功率点的跟踪，并且具有较快的跟踪速度和较好的调节性能。但是，这些技术的实现不论在硬件设计上还是在算法控制上都比较复杂而且成本比较高，在最大功率点的附近容易产生振荡，在追踪最大功率点时会存在一定的滞后。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供了一种基于双重线性近似值的MPPT算法的模拟电路实现方法，通过此方案可以克服常规MPPT控制方案结构复杂且成本高的缺点，在最大功率点处振荡小，控制精度高，速度快，本方案电路具有较好的经济效益且容易嵌入到不同规模的光伏系统中。

本发明所采用的技术方案是：一种基于双重线性近似值的MPPT算法的模拟电路实现方法，其核心特点是双重线性近似值算法的运用，双重线性的近似值分别是指光伏系统在恒温条件下，最大功率点电压与光照强度的线性近似值关系和光伏系统在恒定光照下，最大功率点电压与温度的线性近似值关系，光伏系统的最大功率点正是满足这双重线性近似关系的系统；本发明运用了光敏二极管和热敏电阻共同组成双重线性近似值运算电路，通过实时的光照和温度运算输出最大功率点参考电压，通过加法器和PI调节器输出参考电压与光伏阵列实时电压的稳态误差信号，运用了PWM电压比较器来改变Buck降压电路的占空比，从而实现最大功率点的跟踪；

其具体实现步骤如下：

(1)、双重线性近似值模拟运算电路根据光敏二极管和热敏电阻实时采集的光照强度和温度信号运算输出光伏阵列的最大功率点参考电压Vref，光伏阵列实时采集电压值Vpv；

(2)、通过加法器电路将(1)中的参考电压Vref和阵列实时电压Vpv实现加法运算V＝Vref-Vpv；

(3)、通过PI调节器调节(2)中输出信号V，输出稳态的误差信号Vi；

(4)、将(3)的误差信号Vi和12kHz的方波信号通过PWM电压比较器，改变方波信号的占空比；

(5)、Buck降压电路由于(4)中方波信号占空比的变化，开关管的导通关断时间发生改变，使光伏阵列的电压Vpv向着减小误差的方向调整直到消除误差，最终达到稳定最大功率输出；

本发明基于光伏阵列的最大功率点与光照强度和环境温度分别近似呈线性关系的原理，采用简单的模拟电路搭建，电路运用了光敏二极管和热敏电阻模拟实现了光伏阵列的双重线性关系，准确的确定最大功率点处的参考电压，对参考电压和实时采集的阵列电压差值计算经PI调节器的调节输出稳态的误差信号，通过PWM比较器改变Buck电路的占空比，实现最大功率点的准确追踪。相比常规的MPPT的控制技术，原理和控制算法要简单的多，成本较低，在最大功率点处振荡小，控制精度高，响应速度快，容易嵌入到不同规模的光伏系统中。

附图说明

图1是恒温条件，光伏阵列在不同光照强度下的功率-电压曲线。

图2是恒定光照条件下，光伏阵列在不同温度下的功率-电压曲线。

图3是本发明的结构原理电路图。

图4是本发明的控制流程图。

具体实施方式