DCDC转换电路在光伏发电MPPT中的应用.pdf

第30卷第3期 2008年05月 武汉工程大学学报 J． Wuhan Inst．Tech． VoI．30 No．3 May 2008 文章编号：1674—2869(2008)03—0104—03 DC—DC转换电路在光伏发电MPPT中的应用 杨 帆，彭宏伟，胡为兵 (武汉工程大学电气信息学院，湖北武汉430074) 摘要：采用C8051F020单片机控制系统实现最大功率点跟踪，对最大功率跟踪控制中DC-DC转换电路的 原理和控制方法进行了研究和实验，采用了升降压式IX；一IX；转换电路来实现最大功率点跟踪，该方法电路简 单、软硬件结合、控制方法灵活，明显提高了光伏发电系统的整机效率． 关键词：DC—DC转换电路；最大功率点跟踪；光伏发电系统 中国分类号：TM 464 文献标识码；A O 引 言 太阳能作为绿色能源，具有无污染、无噪音、取 之不尽、用之不竭等优点，越来越受到人们的关注． 由于光伏系统主要问题是电池的转换效率低且价格 昂贵，因此，如何进一步提高太阳能电池的转换效 率，如何充分利用光伏阵列转换的能量，一直是光伏 发电系统研究的主要方向。太阳链光伏发电系统的 最大功率点跟踪(MPPT，Maximum Power Point Tracker)就是其中一个重要的研究课题． 最大功率点跟踪是太阳能并网发电中的一项 重要的关键技术，它是指为充分利用太阳能，控制 改变太阳能电池阵列的输出电压或电流的方法使 阵列始终工作在最大功率点上，根据太阳能电池 的特性，实现的跟踪方法主要有以下三种：太阳追 踪、最大功率点跟踪或两种方法综合使用．出于经 济方面的考虑，在小规模的系统中经常使用最大 功率点跟踪的方法[1]． 1太阳能电池的伏安特性分析 太阳能电池的输出特性曲线如图1所示，其 中(a)为温度变化时的特性曲线，(b)是日照强度 变化时的特性曲线．从图l中可以看出太阳能电 池具有明显的非线性．太阳能电池的输出受日照 强度、电池结温等因素的影响．当结温增加时，太 阳能电池的开路电压下降，短路电流稍有增加，最 大输出功率减小；当日照强度增加时，太阳能电池 的开路电压变化不大，短路电流增加，最大输出功 率增加．在一定的温度和日照强度下，太阳能电池 具有唯一的最大功率点，当太阳能电池工作在该 点时，能输出当前温度和日照条件下的最大功率． UN (a)温度变化时 “，V (b)日照强度变化时 围1 太阳能电池的输出特性曲线 Fig．1 T．he output character curve of solar array 2最大功率点的跟踪控制方法 DC—DC转换电路(也称为斩波电路或斩波器) 是接在直流电源和负载之间，通过控制电压将不 可控的直流输入变为可控的直流输出的一种变换 电路．它被广泛应用于直流开关电源，逆变系统、 通信领域、地铁、无轨电车等直流电动机的驱动设 备中．从工作方式的角度，DCIDC转换电路可分为 升压、降压、升降压和丘克四种，其中升压式和降 压式电路是基本的类型，后面二者可以从前面二 者派生出来，而降压、升压和升降压式DC．DC转 收稿日期：2007一05—25 作者简介：杨 帆(1966一)，女，湖北公安人，教授，硕士．研究方向：智能控制与测试技术． 万方数据 第3期 杨帆，等：DC-DC转换电路在光伏发电MPPT中的应用 105 换电路是比较常用的类型．在实际使用中用DC— DC变换器实现最大功率点跟踪有不同的方法，如 ，一控制谐振频率的谐振法、控制DC—DC变换器中开 关管输入脉冲的占空比等方法．谐振法是利用开 ．关型电压逆变器的输出电压，通过电感L、电容C 产生谐振，L上的电压再通过变压器和桥式整流 向蓄电池充电．该方法可以通过改变工作频率来 调节输出电压和电流，实现最大功率点跟踪，但线 路较复杂，需用中间变压器[2]． 将DC-DC变换器接入太阳能电池的输入回路， 并对DC-DC变换器的输入、输出电压和电流测量结 果通过单片机的分析运算，由单片机输出PWM脉 冲调节DC-DC转换器内部开关管的占空比来控制 太阳能电池的输出电流，从而使蓄电池电压保持恒 定。同时通过控制开关管的占空比也可调节太阳能 电池输出．由于采用了升降压式(Buck-Boost)DC- DC转换电路来实现最大功率点跟踪，所以该方法 电路简单、软硬件结合、控制方法灵活．升降压式 阱DC转换电路内部开关管处于导通和截止状态 时的等效原理图如图2所示． (a)开关导通时的等效原理图 配 卜 足 u U 卜 ．R u (b)开关截止时的等效原理图 图2 DC—DC转换电路的等效原理图 Fig．2 Equal schematics of DC—DC conversion 在开关处于导通状态时，电源给电感充电，L 上的电流逐渐增大；在开关截止时，电感放电