[发明专利]基于变步长扰动逼近法的移动式在线光伏充电MPPT装置

权利要求书

1.一种基于变步长扰动逼近法的移动式在线光伏充电MPPT装置，其特征在于：具体包括：

光伏板(1)、直流与缓启动电路(2)、高频逆变器(3)、高频变压器(4)、高频整流器(5)、输出滤波电路(6)、蓄电池(7)和主控板(8)；

所述光伏板(1)与直流与缓启动电路(2)电气连接；所述直流与缓启动电路(2)与所述高频逆变器(3)电气连接；所述高频逆变器(3)与所述高频变压器(4)电气连接；所述高频变压器(4)与所述高频整流器(5)电气连接；所述高频整流器(5)与所述输出滤波电路(6)电气连接；所述输出滤波电路(6)与所述蓄电池(7)电气连接；

所述主控板(8)分别与所述高频逆变器(3)、所述蓄电池(7)电气连接；

所述主控板(8)包括主控芯片(81)、驱动模块(82)、环境信号采集电路(83)、输入模拟信号采集电路(84)和输出模拟信号采集电路(85)；所述驱动模块(82)、所述环境信号采集电路(83)、所述输入模拟信号采集电路(84)和输出模拟信号采集电路(85)均与所述主控芯片(81)电气连接；

所述驱动模块(82)用于发送控制所述高频逆变器(3)中的功率模块导通或者关断的触发脉冲；所述功率模块为MOSFET管或者IGBT管中的任意一种；

所述环境信号采集电路(83)，用于采集在线光伏充电MPPT装置中的环境信号；所述环境信号包括所述高频逆变器(3)中的功率模块的温度、所述在线光伏充电MPPT装置的工作环境的湿度；所述输入模拟信号采集电路(84)，用于采集所述高频逆变器(3)的输入电压和输入电流，即所述光伏板(1)的输出电压和输出电流；所述输出模拟信号采集电路(85)，用于采集所述蓄电池(7)的充电电压和充电电流，即所述高频整流器(5)的输出电压和输出电流；

所述主控芯片(81)根据采集得到的所述高频逆变器(3)的输入电压和输入电流、所述高频整流器(5)的输出电压、输出电流和环境信号，通过所述驱动模块(82)调整所述高频逆变器(3)的占空比，完成所述光伏板(1)最大功率点的跟踪，并采用三段式充电法为所述蓄电池(7)充电，提高在线光伏充电MPPT装置的能量转换效率；

所述主控板(8)还包括DI电路(86)和DO电路(87)；

所述DI电路(86)、所述DO电路(87)和所述环境信号采集电路(83)均与所述主控芯片(81)电气连接；

所述DI电路(86)用于输入在线光伏充电MPPT装置的启动或者停止信号；所述DO电路(87)用于输出在线光伏充电MPPT装置的高频逆变器触发脉冲、缓启动控制脉冲；

所述主控芯片(81)还包括通讯模块(88)，通过CAN网与上位机进行通讯；

所述主控芯片(81)根据采集得到的所述高频逆变器(3)的输入电压和输入电流、所述高频整流器(5)的输出电压和输出电流、在线光伏充电MPPT装置的环境信号，通过所述驱动模块(82)调整所述高频逆变器(3)的占空比，完成所述光伏板(1)最大功率点的跟踪，具体为：

S101：将所述高频逆变器(3)与所述高频变压器(4)共同作为MPPT的载体，则MPPT输入电压和输出电压之间的关系如式(1)所示：

U_in×D×n＝U_out (1)

式(1)中，U_in表示所述高频逆变器(3)输入电压，即所述光伏板(1)的输出电压；D表示所述高频逆变器(3)的占空比；n表示所述高频变压器(4)的匝数比；U_out表示所述高频整流器(5)的输出电压，即所述蓄电池(7)两端的充电电压；

S102：用D_k表示所述高频逆变器(3)k时刻的占空比，则D_k-1表示所述高频逆变器(3)相对于k时刻的前一时刻的占空比；用P_k表示所述光伏板(1)k时刻的输入功率，则P_k-1表示所述光伏板(1)相对于k时刻的前一时刻的输入功率；

S103：通过所述主控板(8)输入所述高频逆变器(3)的初始占空比D₀和干扰步长△D；预设D_k-1＝D0、P_k-1＝0；△D为根据实际情况的预设值；

S104：通过所述输入模拟信号采集电路(84)采集所述高频逆变器(3)的输入电压U_k、 输入电流I_k；

S105：计算所述光伏板(1)输入功率P_k、功率变化△P、电压变化△U；其中：P_k＝U_k×I_k；△P＝P_k-P_k-1；△U＝U_k-U_k-1；

S106：根据△P和△U的变化趋势，调整在线变步长扰动逼近趋势，即调整在线光伏充电MPPT装置中所述高频逆变器(3)的占空比D的变化趋势，完成所述光伏板(1)最大功率点的跟踪；

步骤S106中，根据△P和△U的变化趋势，调整在线变步长扰动逼近趋势，具体为：

当△P＞0、△U＞0时减小占空比，即D_k＝D_k-1-△D；当△P＞0、△U＜0时增加占空比，即D_k＝D_k-1+△D；当△P＜0、△U＞0时增加占空比，即D_k＝D_k-1+△D；当△P＜0、△U＜0时减小占空比，令D_k＝D_k-1-△D；

在线光伏充电MPPT装置采用三段式充电法为所述蓄电池(7)充电，具体为：

所述主控板(8)通过所述输出模拟信号采集电路(85)采集所述蓄电池(7)两端的充电电压和充电电流，并根据所述蓄电池(7)两端的充电电压和充电电流计算所述蓄电池(7)的SOC；

根据所述蓄电池(7)的SOC将所述蓄电池(7)的充电过程分为3个阶段，分别为：MPPT最大功率充电阶段、恒压限流充电阶段和浮充电阶段；

所述蓄电池(7)的SOC具体计算式如式(2)所示：

式(2)中，SOC₀表示蓄电池(7)的初始电量；i_bat表示蓄电池(7)充电电流；C_bat表示蓄电池(7)容量；SOC_bat(t)表示所述蓄电池(7)当前t时刻的剩余电量；

所述三段式充电法具体为：

S201：利用所述主控板(8)输入蓄电池(7)容量C_bat；利用所述输出模拟信号采集电路(85)采集所述蓄电池(7)初始电压U₀；

S202：利用开路电压法，根据C_bat和U₀计算蓄电池(7)的初始电量SOC₀；

S203：预设SOC_bat(t-1)＝SOC₀；利用所述输出模拟信号采集电路(85)采集所述蓄电池(7)充电电流i_bat；

S204：所述蓄电池(7)开始充电；当SOC_bat(t)小于预设的阈值SOC_L时，为MPPT最大功率充电阶段，即所述光伏板(1)工作在最大功率点，提高充电速度；

S205：当SOC_bat(t)大于或者等于预设的阈值下限SOC_L，且小于预设的阈值上限SOC_H时，进入恒压限流充电阶段，即降低所述高频逆变器(3)的占空比使光伏板(1)的输出功率降低，对所述蓄电池(7)进行低电流充电；

S206：当SOC_bat(t)大于或者等于SOC_H时，进入浮充电阶段，即再次降低所述高频逆变器(3)的占空比使光伏板(1)功率再次降低，以微弱的电流对所述蓄电池(7)进行充电。