[发明专利]一种基于改进MPPT方法与蓄电池自平衡快速充电耦合控制的光伏发电系统

摘要

本发明公开了一种改进型MPPT方法与蓄电池自平衡快速充电耦合控制的光伏发电系统，属太阳能光伏发电技术领域。本系统装置包括太阳能光伏方阵、控制器、逆变器、储能蓄电池组、方阵支架、交流配电器、输电线缆和用电负载等。控制器分别与光伏方阵、蓄电池组、直流负载和逆变器相连接，逆变器的输出端接交流负载。本发明提出了一种适用于中小型光伏发电系统的兼顾精度、速度和成本的自适应变步长逐步逼近扰动观察最大功率跟踪及其与蓄电池恒压限流自平衡快速充电耦合控制方法，既实现准确地最大功率点跟踪，又使光伏系统对蓄电池输出平均充电电流的瞬时变化更符合蓄电池当前的充电状态，能够提高蓄电池组的荷电水平，使蓄电池长期工作在欠充的状况得以改善，延长蓄电池的总循环寿命，提高光伏发电系统能量利用效率。

主权项

1.一种改进MPPT方法与蓄电池自平衡快速充电耦合控制的光伏发电系统，其特征在于，通过如下方法实现：利用太阳能光伏方阵将太阳光能转换为电能，主控制器通过电流采集电路和电压采集电路检测光伏方阵的实时输出功率，然后根据改进MPPT算法调节PWM的占空比D，使光伏方阵工作在最大功率点处；直流电能在主控制器的控制下，经过防反充二极管并通过双向DC／DC转换和输出保护电路给蓄电池组充电；同时，MCU微处理器通过检测回路对电压电流和温度进行实时采样，计算判断光伏方阵MPPT工作状态与蓄电池组充电状态和容量，在蓄电池低容量阶段时，光伏方阵输出电量为蓄电池充电采用恒流与恒压限流充电方式；当蓄电池容量达到75%后，且光伏方阵输出足够电量时，除采用恒压限流充电方式外，还通过提高蓄电池充电接受比增大逐级限流充电电流，提高蓄电池充电速度，实现光伏方阵MPPT方式与蓄电池自平衡快速充电耦合控制；用电时，一路通过控制器，由光伏方阵给直流负载供电，当光伏方阵供电不足时，控制器控制蓄电池组放电，用于直流负载；另一路通过控制器与逆变器将直流电转换成通常频率和电压的交流电，再经交流配电系统和输电线路将交流电送给负载供电；所述的蓄电池自平衡快速充电耦合控制的光伏发电系统装置包括太阳能光伏方阵、控制器、逆变器、储能蓄电池组、方阵支架、交流配电器、输电线缆和用电负载，所述控制器的DC/DC转换电路的直流输入端分别接太阳能光伏方阵的输出端正负极，DC/DC转换电路的直流输出端一路接储能蓄电池和直流负载，另一路接逆变器的输入端；逆变器的输出端接交流负载；所述控制器包括电压、温度采样模块、控制环路、功率驱动模块以及DC/DC转换电路模块；控制环路电路有三个控制环，分别由MCU微处理器发出的三个PWM信号来调节控制，第一路PWM信号控制控制器的最大输出功率跟踪，使太阳能光伏方阵此时输出工作在最大功率点；第二路PWM信号调节控制器对储能蓄电池组的充电状态，使其处于恒流或恒压限流或蓄电池自平衡快速充电耦合控制状态；第三路PWM信号用于储能蓄电池放电控制管理，为储能蓄电池提供欠压保护、过放保护和温度补偿；所述的PWM控制电路的反馈端与所述的太阳能光伏方阵最大功率跟踪器相连，产生的直流/直流转换电路输出最大功率的脉宽调制信号接直流/直流变换电路中的MOSFET开关管VT₁控制端；所述的PWM控制电路的反馈端分别与恒压跟踪器和逐级限流与自平衡快充电电流检测跟踪器相连，产生控制所述的DC/DC转换电路输出恒流或恒压限流或快速充电电流的脉宽调制信号接直流/直流转换电路的MOSFET开关管VT₂控制端，用于向所述的储能蓄电池组耦合快速充电管理和过压保护；输出保护及驱动电路反馈端与储能蓄电池放电端相连，产生控制所述的直流/直流转换电路输出的放电电流和电压的脉宽调制信号接所述的直流/直流转换电路的MOSFET开关管VT₃控制端，用于放电管理单元向储能蓄电池提供欠压保护、过放保护和温度补偿；所述的改进MPPT方法采用基于闭区间套定理的自适应变步长逐步逼近扰动观察法，当外部环境突变时对最大功率点跟踪，同时消除系统在最大功率点振荡的现象，兼顾稳态和动态性能；所述的蓄电池自平衡快速充电方法：将太阳能光伏方阵的输出端正、负极通过控制器分别与储能蓄电池组的正、负极相连，把太阳能光伏方阵输出的直流电能转变为化学能储存起来；通过控制器对太阳能光伏方阵输出电能与储能蓄电池在当前充电条件下的充电所需能量值比较，在储能蓄电池低容量阶段，采用恒流和恒压限流充电方式；在储能蓄电池容量达75%后，且光伏方阵输出足够电量时，除采用恒压限流充电方式外，还通过控制器提高储能蓄电池充电接受比增大逐级限流充电电流，提高储能蓄电池充电速度，实现太阳能光伏方阵MPPT方式与储能蓄电池自平衡快速充电耦合控制。