[发明专利]基于数字信号处理器的光伏发电最大功率跟踪控制装置

说明书

技术领域

本发明是涉及的是太阳能光伏并网发电的控制技术领域，特别涉及的是基于数字信号处理器的光伏发电最大功率跟踪控制装置。

背景技术

太阳能作为一种重要的可再生能源，其资源丰富清洁，是人类可持续发展能源战略中的一个重要组成部分，近年来发展迅速。太阳能从补充能源向替代能源的地位转变、太阳能发电从无电地区向有电地区发展、太阳能光伏系统从离网的独立光伏系统向光伏并网系统的发展是太阳能利用的三个发展趋势。太阳能电池阵列在任何时刻都存在一个输出最大功率的工作点，称为最大功率点。最大功率点随着光照强度和温度的变化而变化。最大功率跟踪控制的最主要的任务就是通过合适的控制算法，找到光伏阵列在确定日照和温度条件下的最大功率点。同时能在变化的天气条件下，控制太阳能电池阵列工作在最大功率点上，使光伏组件产生的最大直流电能及时地尽可能多地得到利用。最大功率跟踪功能是光伏并网系统必须具备的功能之一。

户用光伏系统主要由太阳能电池阵列和必要的电力电子变换设备两部分构成。图1是现有技术的光伏发电最大功率跟踪控制装置电路连接框图。如图1所示，现有技术光伏发电功率跟踪控制装置包括：电压和电流检测模块(20)、控制模块(30)、驱动和保护模块(40)、并网逆变器(6)。上述现有技术存在的缺陷是：并网逆变器(60)需要将太阳能电池阵列(8)输出的直流电变换为符合电网(7)要求的交流电，同时还要具备最大功率跟踪的功能。由于太阳能电池阵列(8)输出的电压、电流均极不稳定。因此，其控制方法极为复杂，不易实现。由于并网逆变器(6)必须要有隔离变压器对光伏并网系统和电网之间进行电隔离，导致光伏并网系统造价高昂，一般的用户难以承受，因此限制了光伏并网系统的推广。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种结合新型数字信号处理器的高速处理能力、快速准确的电压、电流检测技术和简洁有效的跟踪算法，可实现对光伏阵列最大功率点的快速、稳定的跟踪的基于数字信号处理器的光伏发电最大功率跟踪控制装置。

解决上述技术问题的技术方案是：一种基于数字信号处理器的光伏发电最大功率跟踪控制装置，所述基于数字信号处理器的光伏发电最大功率跟踪控制装置包括：直流变换器、电压和电流检测模块、控制模块、驱动和保护模块；所述直流变换器的输入端连接太阳能电池阵列的输出端，直流变换器的输出端通过直流母线连接并网逆变器的输入端，并网逆变器与电网相连接；所述电压和电流检测模块的输入端连接太阳能电池阵列的输出端，电压和电流检测模块的输出端连接控制模块的输入端，控制模块的输出端连接驱动和保护模块的输入端，驱动和保护模块的输出端连接直流变换器的绝缘栅双极型场效应管的栅极G。

本发明的有益效果是：

①用户只需购买太阳能电池阵列及专用的直流变换器，中型并网逆变器(6)的安装可以通过政府资助或多个用户合资等方式实现，从而可以显著降低各个用户的光伏并网系统的成本，具有很大的推广潜力。

②多个由太阳能电池阵列和小功率直流变换器构成的户用光伏并网系统通过直流母线与中等功率或大功率的并网逆变器相连，从而组成多支路、两极式光伏并网逆变系统。直流变换器只用于升压变换和最大功率跟踪控制，直流母线的电压控制由并网逆变器来完成，降低了系统控制实现的难度，提高了控制效果。

③多支路、两极式光伏并网系统的最大功率跟踪控制装置安装灵活、维修方便、能够最大限度地利用太阳辐射能量、有效克服支路间功率失配带来的系统整体效率低下，并可最大限度减少单支路故障的影响。

④电压、电流检测精度高，控制脉冲占空比的软件算法中引入变步长设计，数字信号处理器芯片运算速度快，装置可获得优良的跟踪精度和稳定性。

⑤在直流变换器的输入端接入直流电的输入滤波器，大幅改善了直流变换器输出电能的质量。

⑥硬件装置与数字信号处理器软件编程相结合，硬件装置设计简单、成本低廉、易于实现，软件编程算法简洁、易懂。本发明提高了光伏阵列对太阳能的利用效率、光伏阵列输出电能的质量、系统稳定性和整个光伏系统的性能。

附图说明

图1是现有技术的跟踪控制装置电路连接框图；

图2本发明的电路连接框图；

图3是图2中直流变换器电路连接框图；

图4是图3中Boost斩波电路结构图；

图5是图2中电压和电流检测模块的电路连接框图；

图6是图5中电压信号调理电路的电路结构图；

图7是图2中控制模块与电压和电流检测模块、驱动和保护模块的连接框图。

《附图中序号说明》