Eboost电路的光伏电池最大功率点跟踪系统-solarbe文库

百度文库帮手网来就送文库财富值 100 www.365xueyuan.com 本文由 maikeai 贡献pdf 文档可能在 WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。维普资讯 http://www.cqvip.com 第３８卷第３期２００４年６月电力电子技术ＰｗｅｌｃｒｎｃｏｒＥｅｔｏｉｓＶｏ＿８Ｎｏ３ｌ．．３Ｊｎ，０４ｕｅ２０基于Ｂｏｔｏｓ电路的光伏电池最大功率点跟踪系统赵宏，潘俊民（海交通大学，海２０３）上上０ｏ０摘要：论述了利用Ｂｏｔ对光伏电池进行最大功率点跟踪（ＰＴｏｓ电路ＭＰ）的原理，分析ＴＢｃ电路和Ｂｏｔｕｋｏｓ电路在ＭＰ电路中的优缺点，出了一种单片机控制的，ｏｓ电路为核心的ＭＰＴＰＴ提以ＢｏｔＰ系统，对以蓄电池为负载的系统进并行了的实验研究。结果表明，该系统在各种辐射强度下均明显增加了输出功率。关键词：换器，ｏｓ变Ｂｏ变换器；ｔ光伏电池；大功率点跟踪系统最中图分类号：Ｍ１．Ｔ９４４文献标识码：Ａ文章编号：００１０（０）３０５－３１０－０Ｘ２４０－０５００ＰｈｔｖｌｉａｉｕｗｅｉｔＴｒｃｉｇＳｓｅｓｎｏｔＣｏｖｒｅｏｏｏｔｃＭｘｍｍＰｏｒＰｏｎａｋｎｙｔｍｕｉｇＢｏｓｎｅｔｒａｚ０ＨｏｇＰＮＪｎｍｉＨＡｎ，Ａｕ — ｎ（ａｇａＪｏｎｎｖｒｔＳａｇａ２０３，ｈａＳｎｈｉｉｔｇＵｉｓｙｈｎｈｉ０００Ｃｉ）ｈａｏｅｉ，ｎＡｂｔａｔｈａｅｔｄｃｓｔｅｐｎｉｌｓｏｈｔｖｈｉｍａｉｍｐｗｒｏｎａｋｎＭＰＴｕｉｇＢｏｔｏ — ｓｒｃ：ｅｐｐｒｎｒｕｅｒｃｐｅｆｏｏａｃｘｍｕｏｅｉｔｒｃｉｇ（Ｐ）ｓｏｓｃｎＴｉｏｈｉｐｏｐｔｎｖｒｅｎｉｅｒｅｏＥｒｏｅｗｅｎｔｅＢｕｋａｄＢｏｔｃｎｅｔｒｉＰｅｔｒａｄｇｖｓｂｆｃｍｌｉｎｂｔｅｈｃｎｏｓｏｖｒｎＭＰＴ．ＡｃｏｏｔｏｌｒｂｓｄＭＰＴｙｔｍｉ ? ｓａｅｍｉｒｃｎｒｌ．ａｅＰｓｓｅｅｗｔｏｓｏｖｒｅｓｐｏｏｅ．ＥｘｅｍｅｔｒｓａｃｓｐｏｅｄｄｔｈｉｈＢｏｔｃｎｅｒｉｒｐｓｄｔｐｒｎｅｅｒｈｉｒｃｅｅｏｔｅＭＰＰｒｓｓｅｗｉｂｔｙｌａ．ｘｅｍｅｔｒ— ｉ，ｙｔｍｔｈａｔ 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http://www.cqvip.com 第３８卷第３期２００４年６月电力电子技术ＰｗｅｅｔｏｉｓｏｒＥｌｃｒｎｃＶｏ．８Ｎｏ３１．．３Ｊｎ２０ｕｅ．Ｏ４３Ｂｃｕｋ变换器与Ｂｏｔ换器用于ｏｓ变最大功率跟踪的分析由于Ｂｃｕｋ电路的输入端工作在断续状态下．若不加入储能电容，则光伏电池的工作时断时续．不在一个Ｄ的下限值Ｄ在ＤＤ，＞的情况下，光伏电池才能对蓄电池组的充电电流产生影响。该值可按下列方法求出。设输入端电压为光伏电池的开路电压，则由式（可得：２）Ｖ：／一。（Ｄｎ１）（３）（）４能处于最佳工作状态。加入了储能电容后，ｕｋ电Ｂｃ路功率开关断开时光伏电池对储能电容充电．使光伏电池始终处于发电状态．此时调节Ｂｃｕｋ电路占空比才能有效跟踪最大功率点．因此储能电容对于利用Ｂｃｕｋ电路实现ＭＰＴ功能是必不可少的Ｐ然而由上式可得：Ｄ．＝－／。￣１ＶＶ当Ｄ在Ｄ１００％的区间内变化时，ｏｓ电路输Ｂｏｔ入输出端的电压应满足式（，。２在不变的情况下，）改变Ｄ将改变与Ｂｏｔｏｓ变换器输入端相连的光伏电池两端的电压。由此可得：Ｖ＝。－）ｉＶ（Ｄ．Ｉ（５）在大功率情况下，储能电容始终处于大电流充放电状态．对其可靠工作不利，同时由于储能电容通常为电解电容．Ｂｃ使ｕｋ电路无法工作在更高的频率下．增大了ＭＰＰＴ装置的体积，使整个系统变得笨重。相比之下，ｏｓＢｏｔ变换器可以始终工作在输入电流连续的状态下，只要输入电感足够大．电感上的则纹波电流小到接近平滑的直流电流．因此只需加入容量较小的无感电容甚至不加电容．避免了加电容百度文库帮手网来就送文库财富值 100 www.365xueyuan.com 因此，ｏｓＢｏｔ电路的输入端电压ｉ可在０Ｖ之间～变化。只要光伏电池具有合适的开路电压．过改变通Ｂｏｔｏｓ变换器的Ｄ．就能找到与光伏电池最大功率点对应的值，此时光伏电池输出功率最大。另外，在常规电网下利用Ｂｏｔｏｓ变换器对蓄电池充电时，占空比过大而输出滤波电容较小．若会产生脉动很大的充电电流，影响蓄电池的寿命。但光伏系统输出的功率有一上限值，因此蓄电池的最大充电电池也有一上限值，在选择输出滤波电容ｃ，需ｆ只时保证其在功率开关导通期间能够供给最大功率时的带来的种种弊端。同时，ｏｓ电路非常简单．由于Ｂｏｔ且功率开关管一端接地，其驱动电路设计更为方便。Ｂｏｔｏｓ电路的不足之处是其输入端电压较低．同样在功率下．输入电流较大，因而会带来较大的线路损耗．Ｂｏｔ但ｏｓ电路具有独特的优点．仍然是一种吸引人的方案。负载电流即可。电容容量可参照下式选择：ｃ≥ ｆ式中Ｇ — 滤波电容容量 — Ｌ一可能出现的气象条件下最大蓄电池充电电流，卜开关频率４用于ＭＰＴ的ＢｏｔＰｏｓ电路原理图２ｏｓ为Ｂｏｔ变换器的基本电路。假设电路中所有元件均为理想元件．电路的输入到输出的过程无功率损耗蓄；电＋（）６△ 一开关导通期间ｃｒ上的电压降５ＭＰＴ置的设计Ｐ装５１系统结构．；池组一图２Ｂｏｔ换器电路ｏｓ变图３出ＭＰ装置的系统框图．光伏电池组通示ＰＴ过Ｂｏｔｏｓ电路对蓄电池组充电。当功率开关Ｓ导通时．输入电压对电感充电．中电流上升；关断后，当Ｓ电感开始放电，电感两端电压与输入电源的电压叠加．使输出端产生高于输入端的电压。Ｂｏｔｏｓ电路输入输出的电压关系为：Ｖ：－（一）。ｎ１Ｄ／（）２在所描述的ＭＰＴＰ系统中．由于Ｂｏｔｏｓ变换器的负载为蓄电池组，输出电压的值将被箝位于蓄电。池组两端的电压。由于输入端电压最高为光伏电池的开路电压，Ｖ＜。如果Ｄ值过小，而，由式（）２可知．ｏｓ电路在输出端产生的电压将会小于蓄电池Ｂｏｔ池组两端的电压．从而无法对蓄电池组充电．因此存百度文库帮手网来就送文库财富值 100 www.365xueyuan.com 图３ＭＰ系统框图ＰＴ系统通过ＭＰ控制器寻找出光伏电池最大功ＰＴ率点，出控制信号，给通过ＰＷＭ驱动电路调节Ｂｏｔｏｓ变换器的Ｄ．改变Ｂｏ变换器的使其与光伏电池ｏｓｔｉ，维普资讯 http://www.cqvip.com 池最大功率点跟踪系统组最大功率点所对应的电压相匹配，从而使光伏电池组始终输出最大功率．充分利用太阳能系统中ＭＰＴＰ控制器由８Ｃ１片机系统实现．／０５单ＤＡ与ＡＤ／转换均为８。ＷＭ驱动电路以Ｓ３２芯片为主构成。位ＰＧ５４５２最大功率跟踪系统的实现．铅酸蓄电池串联。实验时，测蓄电池端电压为实１５，直接接ＭＰＴ１ＶＰ的光伏电池组开路电压为５，３Ｖ接蓄电池的光伏电池组开路电压为１６。实验结果５Ｖ见表１由表１。数据－￣，．Ｈ接入ＭＰ装置后，ｆ光伏电池的输出功率有了明显提高。系统中最大功率跟踪的过程实际上是一个光伏电池功率自寻优的过程。对于以蓄电池作为负载的情况，由于其充电过程中蓄电池两端的电压变化与温度和辐射强度引起的，ｎ变化过程相比是一个渐变过程，以只需测量蓄电池组的，化，所ｎ变使其始终保持在当前时刻下的最大值，即可确定光伏电池组工图５对比实验方案表１对比实验结果光伏电池光照辐无有输出功温度射强度ＭＰｒ的ＭＰｒ的率提高ＰｒＰｒ充电电流充电电流百分比（） ℃ ｜（）Ａ（）Ａ（％）４．２０３０００５．８０６．８ｌ．０７２作在最大功率点。系统中蓄电池组的，ｎ经采样后，进行ＡＤ／转换，在ＭＰＴＰ控制器中将当前时刻的采样电流厶与上一时刻的采样电流／ｋ１比较，定功ｆ）ｏ一）（相确率变化的方向．再结合上一时刻Ｄ的变化，直接确定当前时刻Ｄ应增大还是减小。５３软件设计－４．２０４．２０４９０４５７０．０６０７．００７．５０８．５２．ｏ５０２１０．４图４出系统软件程序流程图。示４．２０百度文库帮手网来就送文库财富值 100 www.365xueyuan.com ４．２０５２ｌ５６ｌ０８．００．０９１０．０１１．０２．０５０２．０２２４．２０４．２０６５ｌ７２６１０．０１１．５ｌ２－５１４．０２．０５０２１０．７７结论提出了一种用单片机控制的．ｏｓ以Ｂｏｔ变换器为核心，以蓄电池为负载的ＭＰＴ统，细分析了以Ｐ系详蓄电池为负载的情况下利用Ｂｏｔ换器进行最大ｏｓ变图４ＭＰＴＰ算法流程图功率跟踪的原理，并对该系统进行了实验研究。实验结果表明，该系统在各种辐射强度下都明显增加了输出功率，实际应用中具有良好的应用前景。在如何减ｄＭＰＴｘＰ系统的体积，提高ＭＰ系统的效率将是ＰＴ今后深入研究的方向参考文献［】Ｋｕｏｌ，ａｉｋ，ｏｌｒ．ｅｅｐｅｔｆ１ｏｔｕｉＥＫｌｔｉＫＶｕｇｉＮＣＤｖｌｍｎｏｒｓａｚｓａｓｏａＭｉｒｃｎｒｌｒｂｓｄｃｏｏｔｌ —ａｅ，ｏｅＰｏｏｏａｃＭａｉｍＰｗｅｈｔｖｈｉｘｍｕｏｒ图中）卜一当前时刻蓄电池组的Ｂｏｔ器的，Ｄ和ｏｓ变换占空ＬＤＥ一１，一卜＿上一时刻的／Ｉ）Ｄ１ｏＤ￣６实验方案和结果为了验证ＭＰ系统的有效性，设计了一台ＰＴＭＰＴ置．Ｐ装并与无此装置下光伏电池的发电状态进行了比较。的实验方案采用了两组完全一样的光图５伏电池组。一组将光伏电池组件每３串联后再将串块联的电池相互并联．组成开路电压约为６Ｖ０的光伏电池组．ＭＰ装置对蓄电百度文库帮手网来就送文库财富值 100 www.365xueyuan.com 池充电：经ＰＴ另一组将９同块样的光伏电池组件串联构成开路电压约为１０的８Ｖ光伏电池组直接对蓄电池组充电，然后对比两组光伏电池对蓄电池组充电的值。系统中组件在标准测试条件下的额定峰值功率为３开路电压为２．ｖ蓄电池组为９１Ｖ２Ａ６１ ’ ５只２／５ｈＰｉｔｒｋｇＣｎｏＳｓｍ【．Ｅｒｎ．ｏｅｏａｉｏｔｌｙｔｎＴｃｎｒｅＪＩＥＴａｓｎＰｗｒ］ＥｏＥｅｔｎｓ０１６１４－５ｌｒｉ，０，（：４．ｃｏｃ２１）６【Ｇａｎｒ．ｄａｔｅｏＢｏｔＳｕｋＴｐｌｙｆａｉ２］ｌｅＩＡｖｎｇｆｏｓＶＢｃｏｏｇｒｘｓａｏｏＭ — ｍｍＰｗｒＰｉｒｃｅｎＰｏｖｌｉＳｓｍ【］ｕｏｅｏｔＴａｋｒｉｈｔｏａｙｔｓＡ．ｎｏｔｃｅＮｉｅｅｎｈＣｏｖｎｉｎｏｌｃｒｃｌａｄＥｌｃｒｎｃｎｉｎｔｅｔｎｅｔｆＥｅｔａｏｉｎｅｔｉｓＥｇ— ｏｎｅ［］９６３５３８ｅｒＣ．９：－５．ｓ１３【】ＴｅＫＫ．ｏｅ３ｓＡＮｖｌｘｍｍＰｗｒＰｉｔｒｃｉｇＴｃ— 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Ｖ：／一。（Ｄｎ１）（３）（）４能处于最佳工作状态。加入了储能电容后，ｕｋ电Ｂｃ路功率开关断开时光伏电池对储能电容充电．使光伏电池始终处于发电状态．此时调节Ｂｃｕｋ电路占空比才能有效跟踪最大功率点．因此储能电容对于利用Ｂｃｕｋ电路实现ＭＰＴ功能是必不可少的Ｐ然而由上式可得：Ｄ．＝－／。￣１ＶＶ当Ｄ在Ｄ１００％的区间内变化时，ｏｓ电路输Ｂｏｔ入输出端的电压应满足式（，。２在不变的情况下，）改变Ｄ将改变与Ｂｏｔｏｓ变换器输入端相连的光伏电池两端的电压。由此可得：Ｖ＝。－）ｉＶ（Ｄ．Ｉ（５）在大功率情况下，储能电容始终处于大电流充放电状态．对其可靠工作不利，同时由于储能电容通常为电解电容．Ｂｃ使ｕｋ电路无法工作在更高的频率下．增大了ＭＰＰＴ装置的体积，使整个系统变得笨重。相比之下，ｏｓＢｏｔ变换器可以始终工作在输入电流连续的状态下，只要输入电感足够大．电感上的则纹波电流小到接近平滑的直流电流．因此只需加入容量较小的无感电容甚至不加电容．避免了加电容因此，ｏｓＢｏｔ电路的输入端电压ｉ可在０Ｖ之间～变化。只要光伏电池具有合适的开路电压．过改变通Ｂｏｔｏｓ变换器的Ｄ．就能找到与光伏电池最大功率点对应的值，此时光伏电池输出功率最大。另外，在常规电网下利用Ｂｏｔｏｓ变换器对蓄电池充电时，占空比过大而输出滤波电容较小．若会产生脉动很大的充电电流，影响蓄电池的寿命。但光伏系统输出的功率有一上限值，因此蓄电池的最大充电电池也有一上限值，在选择输出滤波电容ｃ，需ｆ只时保证其在功率开关导通期间能够供给最大功率时的带来的种种弊端。同时，ｏｓ电路非常简单．由于Ｂｏｔ且功率开关管一端接地，其驱动电路设计更为方便。Ｂｏｔｏｓ电路的不足之处是其输入端电压较低．同样在功率下．输入电流较大，因而会带来较大的线路损耗．Ｂｏｔ但ｏｓ电路具有独特的优点．仍然是一种吸引人的方案。负载电流即可。电容容量可参照下式选择：ｃ≥ ｆ式中Ｇ — 滤波电容容量 — Ｌ一可能出现的气象条件下最大蓄电池充电电流，卜开关频率４用于ＭＰＴ的ＢｏｔＰｏｓ电路原理图２ｏｓ为Ｂｏｔ变换器的基本电路。假设电路中所有元件均为理想元件．电路的输入到输出的过程无功率损耗蓄；电＋（）６百度文库帮手网来就送文库财富值 100 www.365xueyuan.com △ 一开关导通期间ｃｒ上的电压降５ＭＰＴ置的设计Ｐ装５１系统结构．；池组一图２Ｂｏｔ换器电路ｏｓ变图３出ＭＰ装置的系统框图．光伏电池组通示ＰＴ过Ｂｏｔｏｓ电路对蓄电池组充电。当功率开关Ｓ导通时．输入电压对电感充电．中电流上升；关断后，当Ｓ电感开始放电，电感两端电压与输入电源的电压叠加．使输出端产生高于输入端的电压。Ｂｏｔｏｓ电路输入输出的电压关系为：Ｖ：－（一）。ｎ１Ｄ／（）２在所描述的ＭＰＴＰ系统中．由于Ｂｏｔｏｓ变换器的负载为蓄电池组，输出电压的值将被箝位于蓄电。池组两端的电压。由于输入端电压最高为光伏电池的开路电压，Ｖ＜。如果Ｄ值过小，而，由式（）２可知．ｏｓ电路在输出端产生的电压将会小于蓄电池Ｂｏｔ池组两端的电压．从而无法对蓄电池组充电．因此存图３ＭＰ系统框图ＰＴ系统通过ＭＰ控制器寻找出光伏电池最大功ＰＴ率点，出控制信号，给通过ＰＷＭ驱动电路调节Ｂｏｔｏｓ变换器的Ｄ．改变Ｂｏ变换器的使其与光伏电池ｏｓｔｉ，维普资讯 http://www.cqvip.com 池最大功率点跟踪系统组最大功率点所对应的电压相匹配，从而使光伏电池组始终输出最大功率．充分利用太阳能系统中ＭＰＴＰ控制器由８Ｃ１片机系统实现．／０５单ＤＡ与ＡＤ／转换均为８。ＷＭ驱动电路以Ｓ３２芯片为主构成。位ＰＧ５４５２最大功率跟踪系统的实现．铅酸蓄电池串联。实验时，测蓄电池端电压为实１５，直接接ＭＰＴ１ＶＰ的光伏电池组开路电压为５，３Ｖ接蓄电池的光伏电池组开路电压为１６。实验结果５Ｖ见表１由表１。数据－￣，．Ｈ接入ＭＰ装置后，ｆ光伏电池的输出功率有了明显提高。系统中最大功率跟踪的过程实际上是一个光伏电池功率自寻优的过程。对于以蓄电池作为负载的情况，由于其充电过程中蓄电池两端的电压变化与温度和辐射强度引起的，ｎ变化过程相比是一个渐变过程，以只需测量蓄电池组的，化，所ｎ变使其始终保持在当前时刻下的最大值，即可确定光伏电池组工图５对比实验方案表１对比实验结果光伏电池光照辐无有输出功温度射强度ＭＰｒ的ＭＰｒ的率提高ＰｒＰｒ充电电流充电电流百度文库帮手网来就送文库财富值 100 www.365xueyuan.com 百分比（） ℃ ｜（）Ａ（）Ａ（％）４．２０３０００５．８０６．８ｌ．０７２作在最大功率点。系统中蓄电池组的，ｎ经采样后，进行ＡＤ／转换，在ＭＰＴＰ控制器中将当前时刻的采样电流厶与上一时刻的采样电流／ｋ１比较，定功ｆ）ｏ一）（相确率变化的方向．再结合上一时刻Ｄ的变化，直接确定当前时刻Ｄ应增大还是减小。５３软件设计－４．２０４．２０４９０４５７０．０６０７．００７．５０８．５２．ｏ５０２１０．４图４出系统软件程序流程图。示４．２０４．２０５２ｌ５６ｌ０８．００．０９１０．０１１．０２．０５０２．０２２４．２０４．２０６５ｌ７２６１０．０１１．５ｌ２－５１４．０２．０５０２１０．７７结论提出了一种用单片机控制的．ｏｓ以Ｂｏｔ变换器为核心，以蓄电池为负载的ＭＰＴ统，细分析了以Ｐ系详蓄电池为负载的情况下利用Ｂｏｔ换器进行最大ｏｓ变百度文库帮手网来就送文库财富值 100 www.365xueyuan.com 图４ＭＰＴＰ算法流程图功率跟踪的原理，并对该系统进行了实验研究。实验结果表明，该系统在各种辐射强度下都明显增加了输出功率，实际应用中具有良好的应用前景。在如何减ｄＭＰＴｘＰ系统的体积，提高ＭＰ系统的效率将是ＰＴ今后深入研究的方向参考文献［】Ｋｕｏｌ，ａｉｋ，ｏｌｒ．ｅｅｐｅｔｆ１ｏｔｕｉＥＫｌｔｉＫＶｕｇｉＮＣＤｖｌｍｎｏｒｓａｚｓａｓｏａＭｉｒｃｎｒｌｒｂｓｄｃｏｏｔｌ —ａｅ，ｏｅＰｏｏｏａｃＭａｉｍＰｗｅｈｔｖｈｉｘｍｕｏｒ图中）卜一当前时刻蓄电池组的Ｂｏｔ器的，Ｄ和ｏｓ变换占空ＬＤＥ一１，一卜＿上一时刻的／Ｉ）Ｄ１ｏＤ￣６实验方案和结果为了验证ＭＰ系统的有效性，设计了一台ＰＴＭＰＴ置．Ｐ装并与无此装置下光伏电池的发电状态进行了比较。的实验方案采用了两组完全一样的光图５伏电池组。一组将光伏电池组件每３串联后再将串块联的电池相互并联．组成开路电压约为６Ｖ０的光伏电池组．ＭＰ装置对蓄电池充电：经ＰＴ另一组将９同块样的光伏电池组件串联构成开路电压约为１０的８Ｖ光伏电池组直接对蓄电池组充电，然后对比两组光伏电池对蓄电池组充电的值。系统中组件在标准测试条件下的额定峰值功率为３开路电压为２．ｖ蓄电池组为９１Ｖ２Ａ６１ ’ ５只２／５ｈＰｉｔｒｋｇＣｎｏＳｓｍ【．Ｅｒｎ．ｏｅｏａｉｏｔｌｙｔｎＴｃｎｒｅＪＩＥＴａｓｎＰｗｒ］ＥｏＥｅｔｎｓ０１６１４－５ｌｒｉ，０，（

Eboost电路的光伏电池最大功率点跟踪系统

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