[实用新型]一种基于直流变换器的光伏发电装置

说明书

(一)技术领域：

本实用新型属于光伏发电和电力电子技术领域，特别是一种基于直流变换器的光伏发电装置。 

(二)背景技术：

随着国家新能源发电战略的实施，光伏发电这种洁净能源的开发利用前景广阔，目前已经建立的有光伏并网发电装置和大型光伏电站，正在发展的光伏屋顶计划也受到了国家政策的大力扶持。光伏发电存在的问题是光伏电池的输出特性受外界环境影响较大，光照强度和温度对太阳电池的输出有比较大的影响，光伏电池不能总是输出最大功率，因此在太阳电池和负载之间设置直流变换器，用以实现对最大功率点的跟踪，保证太阳电池始终输出最大功率，提高光伏装置的整体工作效率。目前，对光伏装置的最大功率跟踪控制也有多种方案，如恒电压跟踪法，干扰观测法等，这些方法都具有一定的局限性，存在稳定状态下输出功率反复振荡的缺点。 

(三)发明内容：

本实用新型的目的在于提供一种基于直流变换器的光伏发电装置，该装置在太阳电池组件和负载之间设置直流升压变换器，将蓄电池作为装置的负载，采取脉宽调制，通过改变PWM波的占空比来控制对蓄电池的充电，利用晶体管工作在开关状态，将太阳电池组件的直流输出信号变换成一个有可变占空比的方波信号来控制直流变换器，实现装置的最大功率跟踪控制。 

本实用新型的技术方案：一种基于直流变换器的光伏发电装置，其特征在于它是由太阳电池组件、直流变换器和蓄电池组成；太阳电池组件的输出端接直流变换器的输入端，直流变换器的输出端接蓄电池的输入端；所说的太阳电池组件由太阳电池单体串联或并联而成；所说的直流变换器采用Boost变换器，通过控制电压占空比来达到BOOST变换器的升压性能；所说的蓄电池作为负载，对太阳电池组件吸收的太阳能经过变换而成的电能进行存储。 

本实用新型的工作方法，具体包括以下步骤： 

(1)构建光伏发电装置，确定装置的组成； 

(2)确定直流变换器的输入信号和输出信号； 

(3)确定太阳电池组件的最大功率跟踪与直流变换器的作用关系； 

(4)确定装置的最大功率跟踪的工作方案。 

上述所说的步骤(2)中的直流变换器采取BOOST变换器，由电感、电容、开关器件、二极管等元器件构成，在电路中设置一个电感，使BOOST变换器工作在连续电流状态；所说的输入信号是指太阳电池组件输出的电压；所说的输出信号是指BOOST变换器的输出电压。 

上述步骤(2)中的BOOST变换器具有2个工作状态：分别是电感的储能过程和稳压电容的充电过程。电感的储能过程是指当SW处于通态时，二极管截止，恒压源作用于电感两端，向电感充电，电感电流i_L线性上升；稳压电容的充电过程是指当SW关断时，二极管快速导通，恒压源和电感共同向电容充电，并向负载提供能量。 

上述所说的步骤(3)中的太阳电池组件的最大功率跟踪与BOOST变换器的作用关系为：利用晶体管工作在开关状态，将太阳电池组件的直流输出信号变换成一个有可变占空比的方波信号来控制直流变换器，改变太阳电池组件的等效负载。 

上述步骤(3)中的直流变换器的开关调节采用脉宽调制，与太阳电池组件串联，通过调整脉冲宽度达到调整占空比，使太阳电池组件的输出阻抗与负载阻抗匹配，实现最大功率跟踪。 

上述所说的步骤(4)中的最大功率跟踪是指通过实时检测太阳电池组件的输出电压和输出电流，并计算出输出功率，采取自主寻优的方式来制定相应的控制算法，来实现对太阳电池组件最大功率工作点的跟踪，从而充分发挥太阳电池的效能，提高装置的整理效率。 

上述所说的步骤(4)中装置对太阳电池组件最大功率工作点的跟踪的具体方式为：首先每一秒钟采样一次太阳电池组件的输出电压和输出电流，通过比较太阳电池组件前后采样时间的输出电流增量与输出电压增量的比值，和当前时刻太阳电池组件的输出电流与电压的比值负数的大小，来对太阳电池组件的输出电压实施扰动，进行反复采样，当二者比值相等的时候，得到装置的最大功率。 

本实用新型的工作原理为：光伏发电装置由太阳电池组件、直流变换器、蓄电池构成。将蓄电池作为光伏发电装置的负载，利用晶体管工作在 开关状态，将太阳电池组件的直流输出信号变换成一个有可变占空比的方波信号来控制直流变换器，来改变太阳电池组件的等效负载。直流变换器的开关调节采用脉宽调制，与太阳电池组件串联，通过调整脉冲宽度达到调整占空比，使太阳电池组件的输出阻抗与负载阻抗匹配，实现最大功率跟踪。