CN206041800U - 一种分布式mppt光伏集成组件控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了太阳能发电领域内的一种分布式MPPT光伏集成组件控制器，包括主电路和控制电路；主电路包括连接在光伏电池板上的前置电容C1，前置电容的输出端连接Boost电路，Boost电路的输出端连接能量吸收电路；控制电路包括DC/DC控制器输入电流检测电路、光伏电池板输入电流检测电路、光伏电池板输入电压检测电路、输出电流检测电路、输出电压检测电路、信号调理电路、推挽驱动电路、CPU、DC/DC控制器输入电流检测电路、光伏电池板输入电流检测电路、光伏电池板输出电压检测电路、输出电流检测电路、输出电压检测电路均通过信号调理电路与CPU相连，推挽驱动电路连接在CPU上，CPU上还连接有ZigBee外围电路和CAN收发器电路，本实用新型具有快速、抗干扰能力强的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光伏组件控制器，特别涉及一种MPPT光伏组件控制器。
背景技术
光伏电池的伏安特性具有强烈的非线性，对负载适应性较差，且太阳电池的输出功率随光照强度和温度等因素而变化，负载工作点需要经常改变来适应太阳电池输出特性的变化，达到输出功率最大、能量利用率最高，因此最大功率跟踪(MPPT)成为了研究的重要问题, 最大功率跟踪（MPPT）的算法很多，常规的有扰动观察法，电导增量法，固定电压法等。其中，扰动观测法概念清晰，原理简单，被测参数少，但扰动电压的补偿对跟踪精度和速度有较大影响，且在最大功率点附近存在功率振荡现象，日照突变时则有可能失去对最大功率的跟踪能力；电导增量法对MPPT的控制稳定性高，但对系统的硬件要求较高，此外，电压的初始化对系统启动过程中的跟踪性能有较大的影响，若设置不当则可能产生较大的功率损失；固定电压法实际上是一种开环的MPPT算法，其控制简单快速，但忽略了温度对光伏电池输出电压的影响，因此，随着温差的加大，其跟踪的误差也就越大。针对固定补偿的扰动观察法缺点，出现了多种变步长或自适应算法。为减小光伏电池的输出的波动，一般在控制器前加前置电容，一般MPPT控制中没有考虑前置电容对MPPT的影响，但是前置电容一般较大，其耦合的动态过程不可忽略。最大功率的追踪可通过DC/DC控制器来实现,因此光伏电池的作为一个强非线性的电源需要与DC/DC控制器进行连接。
DC/DC可分成PWM式、谐振式和它们的结合式。每一种方式中从输入与输出之间是否有变压器隔离，可以分成有隔离、无隔离两类。每一类中又有六种拓扑：Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk、Sepic和Zeta目前，电路拓扑的选取应根据实际要求和成本考虑进行设计。在分布式光伏系统中，DC/DC变换器和光伏电池板连接构成了集成光伏组件，集成光伏组件通过串并联连接后端的集中式逆变器输入端的大电容进行电能的传输，在启动的过程中，若逆变器后启动，则输出端的电容上的电压只升不降，因此也需要一定的限压控制。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种分布式MPPT光伏集成组件控制器，
本实用新型的目的是这样实现的：一种分布式MPPT光伏集成组件控制器，包括主电路和控制电路；
所述主电路包括连接在光伏电池板上的前置电容C1，前置电容的输出端连接Boost电路，Boost电路的输出端连接能量吸收电路；
所述控制电路包括：
DC/DC控制器输入电流检测电路，用以检测Boost电路的输入电流；
光伏电池板输入电流检测电路，用以检测光伏电池板直接获得的电流；
光伏电池板输入电压检测电路，用以检测光伏电池板直接获得的电压；
输出电流检测电路，用以检测经前置电容C1、Boost电路、能量吸收电路处理后光伏电池板输出的电流；
输出电压检测电路，用以检测经前置电容C1、Boost电路、能量吸收电路处理后光伏电池板输出的电压；
信号调理电路，用以处理DC/DC控制器输入电流检测电路、光伏电池板输入电流检测电路、光伏电池板输出电压检测电路、输出电流检测电路、输出电压检测电路检测到的电流、电压信息，并将其发送给CPU；
推挽驱动电路，设置两个，根据CPU输出的信号分别控制Boost电路和能量吸收电路；
CPU，主控单元，用以处理检测到的电流电压信息，并发出控制信号控制主电路进行工作；
所述DC/DC控制器输入电流检测电路、光伏电池板输入电流检测电路、光伏电池板输出电压检测电路、输出电流检测电路、输出电压检测电路均通过信号调理电路与CPU相连，所述推挽驱动电路连接在CPU上，所述CPU上还连接有ZigBee外围电路和CAN收发器电路。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本集成光伏组件可单独实现MPPT工作，减少组件因性能不匹配引起的功率损失；启动时维持输出电压在规定范围内，为逆变器提供合适的输入电压；支持Zigbee无线通讯，为光伏电站远程监控提供基础。
作为本实用新型的进一步限定，所述Boost电路包括输入储能电感L1、主控MOS管Q1、RCD缓冲电路、二极管D1以及输出储能电容C2，所述输入储能电感L1、二极管D1均串接在光伏电池板输出正极线上，主控MOS管Q1、RCD缓冲电路以及输出储能电容C2均接在光伏电池板输出正极线和光伏电池板输出负极线之间，所述主控MOS管Q1、RCD缓冲电路接在光伏电池板输出正极线上的电位点位于输入储能电感L1、二极管D1之间。
作为本实用新型的进一步限定，所述能量吸收电路包括串联在光伏电池板输出正极线和光伏电池板输出负极线之间的功率电阻R2和功率管Q2，CPU通过功率管Q2控制输出储能电容C2放电时间。
作为本实用新型的进一步限定，所述前置电容C1连接在光伏电池板输出正极线和光伏电池板输出负极线之间。
作为本实用新型的进一步限定，所述CPU选用STM32F103RET6芯片。
作为本实用新型的进一步限定，所述CAN收发器电路选用PCA82C250芯片，实现光伏组件局域网通讯；ZigBee外围电路选用JN5148芯片，实现局域网与上位机间的无线数据传输。
附图说明
图1为本实用新型控制原理框图。
图2为本实用新型中主电路原理图。
具体实施方式
如图1-2所示的一种分布式MPPT光伏集成组件控制器，包括主电路和控制电路；
所述主电路包括连接在光伏电池板上的前置电容C1，前置电容的输出端连接Boost电路，Boost电路的输出端连接能量吸收电路，所述前置电容C1连接在光伏电池板输出正极线和光伏电池板输出负极线之间，所述Boost电路包括输入储能电感L1、主控MOS管Q1、RCD缓冲电路、二极管D1以及输出储能电容C2，所述输入储能电感L1、二极管D1均串接在光伏电池板输出正极线上，主控MOS管Q1、RCD缓冲电路以及输出储能电容C2均接在光伏电池板输出正极线和光伏电池板输出负极线之间，所述主控MOS管Q1、RCD缓冲电路接在光伏电池板输出正极线上的电位点位于输入储能电感L1、二极管D1之间，所述能量吸收电路包括串联在光伏电池板输出正极线和光伏电池板输出负极线之间的功率电阻R2和功率管Q2，CPU通过功率管Q2控制输出储能电容C2放电时间；
所述控制电路包括：
DC/DC控制器输入电流检测电路，用以检测Boost电路的输入电流；
光伏电池板输入电流检测电路，用以检测光伏电池板直接获得的电流；
光伏电池板输入电压检测电路，用以检测光伏电池板直接获得的电压；
输出电流检测电路，用以检测经前置电容C1、Boost电路、能量吸收电路处理后光伏电池板输出的电流；
输出电压检测电路，用以检测经前置电容C1、Boost电路、能量吸收电路处理后光伏电池板输出的电压；
信号调理电路，用以处理DC/DC控制器输入电流检测电路、光伏电池板输入电流检测电路、光伏电池板输出电压检测电路、输出电流检测电路、输出电压检测电路检测到的电流、电压信息，并将其发送给CPU；
推挽驱动电路，设置两个，根据CPU输出的信号分别控制Boost电路和能量吸收电路；
CPU，主控单元，用以处理检测到的电流电压信息，并发出控制信号控制主电路进行工作，所述CPU选用STM32F103RET6芯片；
所述DC/DC控制器输入电流检测电路、光伏电池板输入电流检测电路、光伏电池板输出电压检测电路、输出电流检测电路、输出电压检测电路均通过信号调理电路与CPU相连，所述推挽驱动电路连接在CPU上，所述CPU上还连接有ZigBee外围电路和CAN收发器电路，所述CAN收发器电路选用PCA82C250芯片，实现光伏组件局域网通讯；ZigBee外围电路选用JN5148芯片，实现局域网与上位机间的无线数据传输。
本实用新型工作时，光伏电池板输入电流检测电路、光伏电池板输出电压检测电路、输出电流检测电路、输出电压检测电路分别采集光伏电池输出电流、光伏电池输出电压、输出电压和输出电流，经过信号调理电路送至CPU数字输入接口，通过内部的A/D模块的进行相应的模数转换，CPU采样后，启动MPPT控制程序，得到最大功率点对应的电流，并且加上正弦扰动后作为电流环的电流基准值，电流环控制后得到占空比输出，推挽驱动电路根据CPU输出的信号控制Boost电路主控管Q1，实现对系统的MPPT外环，电流内环的双环控制，使得系统始终工作在最大功率，Boost电路输出电压将会持续增大，达到一定的数值后将主控管Q1断开，CPU输出信号通过驱动电路驱动功率管Q2闭合，使得输出端电容放电，输出电压下降，下降到一定数值重新进行MPPT控制，在预充电启动过程中，DC/DC输出端电压始终在一定范围内周期变化以实现前级电路安全的预充电，同时能够实现逆变器灵活的启动，相关的工作数据可通过CAN网络传输到系统中的某个Zigbee节点进行无线传输，方便上位机的监控调度。
本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。
Claims (6)
1.一种分布式MPPT光伏集成组件控制器，其特征在于，包括主电路和控制电路；
所述主电路包括连接在光伏电池板上的前置电容C1，前置电容的输出端连接Boost电路，Boost电路的输出端连接能量吸收电路；
所述控制电路包括：
DC/DC控制器输入电流检测电路，用以检测Boost电路的输入电流；
光伏电池板输入电流检测电路，用以检测光伏电池板直接获得的电流；
光伏电池板输入电压检测电路，用以检测光伏电池板直接获得的电压；
输出电流检测电路，用以检测经前置电容C1、Boost电路、能量吸收电路处理后光伏电池板输出的电流；
输出电压检测电路，用以检测经前置电容C1、Boost电路、能量吸收电路处理后光伏电池板输出的电压；
信号调理电路，用以处理DC/DC控制器输入电流检测电路、光伏电池板输入电流检测电路、光伏电池板输出电压检测电路、输出电流检测电路、输出电压检测电路检测到的电流、电压信息，并将其发送给CPU；
推挽驱动电路，设置两个，根据CPU输出的信号分别控制Boost电路和能量吸收电路；
CPU，主控单元，用以处理检测到的电流电压信息，并发出控制信号控制主电路进行工作；
所述DC/DC控制器输入电流检测电路、光伏电池板输入电流检测电路、光伏电池板输出电压检测电路、输出电流检测电路、输出电压检测电路均通过信号调理电路与CPU相连，所述推挽驱动电路连接在CPU上，所述CPU上还连接有ZigBee外围电路和CAN收发器电路。
2.根据权利要求1所述的一种分布式MPPT光伏集成组件控制器，其特征在于，所述Boost电路包括输入储能电感L1、主控MOS管Q1、RCD缓冲电路、二极管D1以及输出储能电容C2，所述输入储能电感L1、二极管D1均串接在光伏电池板输出正极线上，主控MOS管Q1、RCD缓冲电路以及输出储能电容C2均接在光伏电池板输出正极线和光伏电池板输出负极线之间，所述主控MOS管Q1、RCD缓冲电路接在光伏电池板输出正极线上的电位点位于输入储能电感L1、二极管D1之间。
3.根据权利要求1或2所述的一种分布式MPPT光伏集成组件控制器，其特征在于，所述能量吸收电路包括串联在光伏电池板输出正极线和光伏电池板输出负极线之间的功率电阻R2和功率管Q2，CPU通过功率管Q2控制输出储能电容C2的放电时间。
4.根据权利要求1或2所述的一种分布式MPPT光伏集成组件控制器，其特征在于，所述前置电容C1连接在光伏电池板输出正极线和光伏电池板输出负极线之间。
5.根据权利要求1或2所述的一种分布式MPPT光伏集成组件控制器，其特征在于，所述CPU选用STM32F103RET6芯片。
6.根据权利要求1或2所述的一种分布式MPPT光伏集成组件控制器，其特征在于，所述CAN收发器电路选用PCA82C250芯片，实现光伏组件局域网通讯；ZigBee外围电路选用JN5148芯片，实现局域网与上位机间的无线数据传输。
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| CN108470659A (zh) * | 2018-02-27 | 2018-08-31 | 宁波央腾汽车电子有限公司 | 一种新型电子继电器 |
| CN116931646A (zh) * | 2023-06-26 | 2023-10-24 | 扬州大学 | 一种基于模糊-pid两级控制算法的光伏mppt控制系统 |
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