Eboost电路光伏电池最大功率点跟踪标准系统.docx
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Eboost电路光伏电池最大功率点跟踪标准系统
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维普资讯
第38卷第3期
2004年6月
电力电子技术
Pwe lcrnc orEetois
Vo_8No3l.. 3
Jn,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.T94 4文献标识码:
A文章编号:
0010(0)305-310-0X240-050 0
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1引 言
光伏发电具有无污染、噪音、之不尽、无取用之
不竭等优点.来越受到关注,越在未来的供电系统中 将占有重要的地位。
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大,温度和光照辐射 强度的变化都可以导致输出特性发生较大的变化; 另外,光伏电池转换效率低且价格昂贵,期投入较 初大。
因此,充分利用光伏电池所产生的能量是光伏发 电系统的基本要求。
要解决这一问题可在光伏电池 与负载间加入最大功率点跟踪装置,使光伏电池始 终能够输出最大功率.以便更有效地利用太阳能。
,. ——光伏电池的输出电流和输出电压
——
标准测试条件下电池的短路电流 暗饱和电流 一光伏电池的表面温度
—
—
k—玻耳兹曼常数 K——短路电流的温度系数 —.口—单位电荷 —参考温度
常数
A—辐射强度 ——— 的暗饱和电流 下
E(一硅的禁带宽度 ,——光电流 。
厂Lc
——
一
电池的并联电阻 ——电池的串联电阻
A.
由图1,可见.b1c光伏电池的温度主要影响开路
电压.辐射强度主要影响短路电流。
另外,在一定的 温度和辐射强度下,光伏电池具有唯一的最大功率 输出点。
由于实际使用中不能保证负载总是工作在 最大功率点上.因此需在负载和光伏电池之间加入 MP装置,PT以保证光伏电池始终输出最大功率。
2光伏电池的特性
图l示出光伏电池的等效电路,图l为光伏电 ab池在不同温度、射强度下的,辐,性,1为光伏 特图c电池在不同温度、辐射强度下的 特性。
光伏电池的输出特性方程 :
为
e(1)x _一 1
式 ,】p
(一)中ne[ 专][x吾
^=s+ ̄-5l/0 c【cKT2)l0IRAO
定稿日期:
03l—620一12
(1)
作者简介:
赵
宏(92)男,南辉县人,士生,究 17一,河博研
方向为电力电子技术在太阳能发电系统中的
应用。
()b
()c
图l光伏电池的等效电路及输出特性
5 5
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第38卷第3期
2004年6月
电力电子技术
Pwe etoisorElcrnc
Vo.8No31.. 3
Jn20 ue.O4
3Bc uk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D10 0%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Bot Pos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c r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,
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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PG54
52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MPT 1VP的光伏电池组开路电压为5 ,3 V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. 20300 05 .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. 20
4. 20
490
457
0.06
07 .0
07 .5
08 .5
2.o50
210. 4
图4出系统软件程序流程图。
示
4. 20
4. 20
5 2l
5 6l
08 .0
0.09
10 .0
11 .0
2.050
2.022
4. 20
4. 20
6 5l
726
10. 0
11 .5
l2 -5
14 .0
2.050
210. 7
7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4MPT P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 .eepetf1otuiEKltiKVugiNCDvlmnorsazsaso
a Mircnrlrbsdcootl—ae,oePoooacMaim Pwe htvhi xmuor
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PT MPT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91V2A 61 ’5只2/5h
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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.T94 4文献标识码:
A文章编号:
0010(0)305-310-0X240-050 0
Phtvli aiu we itTrcigSse sn otCovre oootcMxmmPorPon akn ytmuigBos netra
z0HogPNJnmi HA n,A u—n(agaJon nvrtSaga203,haSnhiitgUisyhnhi000Ci)h aoei, n
Abtath ae tdcstepnilso htvhimaimpwron aknMPTuigBoto—src:
epprnrue rcpe fooacxmu oe itrcig(P)s oscn Tiohipo ptn
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- Eboost 电路 电池 最大 功率 跟踪 标准 系统