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专利号: 2020110311182
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种适合光伏组件串联系统的MPPT控制器,其特征在于:所述适合光伏组件串联系统的MPPT控制器包括电流/电压检测和处理模块、串联MPP曲线族寄存器、交点寄存器、MPPg寄存器和子控制器1至子控制器3;

所述电流/电压检测和处理模块检测光伏组件串联系统的输出电流iin和输出电压vin,并将它们转换成数字信号Iin(k)和Vin(k),k为整数;

所述串联MPP曲线族寄存器内部存储有n个光伏组件串联MPP曲线函数Vref1=fref(Iin)至Vrefn=n×fref(Iin),n为光伏组件串联系统中光伏组件的个数,Iin为函数输入变量,Vref1至Vrefn为函数输出变量,fref()为包含不同光照条件下单个光伏组件最大功率点MPP信息的函数,所述n个光伏组件串联MPP曲线函数与n条光伏组件串联MPP曲线对应,所述n条光伏组件串联MPP曲线与光伏组件串联系统输出V‑I曲线存在n个交点,分别为Cross1至Crossn;

所述交点寄存器内部存储有n个交点Cross1至Crossn的电流值Iin_Cross1至Iin_Crossn和电压值Vin_Cross1至Vin_Crossn;

所述MPPg寄存器内部存储有全局最大功率点MPPg的电流值Iin_MPPg和电压值Vin_MPPg,还存储有与全局最大功率点MPPg对应的DC/DC变换器中电子开关的工作状态;

所述电流/电压检测和处理模块、串联MPP曲线族寄存器、交点寄存器、MPPg寄存器、子控制器1至子控制器3之间存在信息交互;

所述子控制器1至子控制器3按顺序分时工作输出控制信号vdriving,周而复始;子控制器1采用光伏组件串联MPP曲线函数Vref1=fref(Iin)至Vrefn=n×fref(Iin)产生电压参考值,通过调节DC/DC变换器中电子开关的工作状态找到交点Cross1至Crossn,即使得光伏组件串联系统运行于交点Cross1至Crossn;子控制器2在交点Cross1至Crossn的基础上通过调节DC/DC变换器中电子开关的工作状态找到全局最大功率点MPPg,即使得光伏组件串联系统运行于全局最大功率点MPPg;子控制器3监测全局最大功率点MPPg是否发生变化,若全局最大功率点MPPg发生变化,则再次调用子控制器1至子控制器3找到全局最大功率点MPPg,否则,维持DC/DC变换器中电子开关的工作状态,即保持光伏组件串联系统运行于全局最大功率点MPPg。

2.如权利要求1所述的适合光伏组件串联系统的MPPT控制器,其特征在于:所述fref()为不同光照条件下单个光伏组件最大功率点MPP的拟合曲线函数,或者是叠加电压或电流边界条件的不同光照条件下单个光伏组件最大功率点MPP的拟合曲线函数。

3.如权利要求1或2所述的适合光伏组件串联系统的MPPT控制器,其特征在于:所述电流/电压检测和处理模块包括电流检测电路、电压检测电路和模数转换电路,所述电流检测电路检测光伏组件串联系统的输出电流iin,所述电压检测电路检测光伏组件串联系统的输出电压vin,所述模数转换电路分别将电流检测电路和电压检测电路的模拟检测结果转换成原始的数字信号iin(k)和vin(k)。

4.如权利要求3所述的适合光伏组件串联系统的MPPT控制器,其特征在于:所述电流/电压检测和处理模块还包括平均值计算器或数字滤波器,所述平均值计算器采用平均算法得到原始数字信号iin(k)和vin(k)的平均值,即数字信号Iin(k)和Vin(k),所述数字滤波器将原始数字信号iin(k)和vin(k)滤波处理成数字信号Iin(k)和Vin(k)。

5.如权利要求4所述的适合光伏组件串联系统的MPPT控制器,其特征在于:所述平均算法采用算式 和 或者

和 m为正整数;所述数字

滤波器是低通数字滤波器或带通数字滤波器。

6.如权利要求1或2所述的适合光伏组件串联系统的MPPT控制器,其特征在于:所述子控制器1包括函数运算器、交点判断器、参考电流发生器1和滞回比较器1,所述函数运算器从串联MPP曲线族寄存器处提取光伏组件串联MPP曲线函数Vrefj=j×fref(Iin),令函数输入变量Iin等于数字信号Iin(k),求出函数输出变量Vrefj,令电压参考值Vrefj(k)等于函数输出变量Vrefj,j的取值范围是1至n;

所述交点判断器比较电压参考值Vrefj(k)和数字信号Vin(k)的大小,若数字信号Vin(k)和电压参考值Vrefj(k)的差值ΔV的绝对值小于允许误差,则判断“找到了交点Crossj”,并将对应的Iin(k)和Vin(k)作为交点Crossj的电流值Iin_Crossj和电压值Vin_Crossj存入交点寄存器中,同时令参考电流发生器1保持电流参考值iref1不变,使得光伏组件串联系统运行于交点Crossj;否则,判断“未找到交点Crossj”,令参考电流发生器1根据数字信号Vin(k)和电压参考值Vrefj(k)的差值ΔV调节电流参考值iref1,若差值ΔV>0,则增大电流参考值iref1,否则,减小电流参考值iref1;

所述滞回比较器1比较电流参考值iref1和数字信号Iin(k)的大小,若Iin(k)>iref1+Δiref1,则令控制信号vdriving为低电平,若Iin(k)

7.如权利要求6所述的适合光伏组件串联系统的MPPT控制器,其特征在于:当所述子控制器1工作时,函数运算器从所述串联MPP曲线族寄存器处按顺序或逆序依次提取光伏组件串联MPP曲线函数Vref1=fref(Iin)至Vrefn=n×fref(Iin)。

8.如权利要求1或2所述的适合光伏组件串联系统的MPPT控制器,其特征在于:所述子控制器2包括最佳交点定位器、MPPg判断器、频率计、参考电流发生器2和滞回比较器2,所述最佳交点定位器和MPPg判断器按顺序分时工作,最佳交点定位器从交点Cross1至Crossn中找出与MAX(Iin_Cross1×Vin_Cross1,…,Iin_Crossn×Vin_Crossn)对应的交点,即最佳交点,MAX()为最大值函数,MPPg判断器在最佳交点的基础上找到全局最大功率点MPPg;

当所述最佳交点定位器工作时,最佳交点定位器从交点寄存器处提取交点Cross1至Crossn的电流值Iin_Cross1至Iin_Crossn和电压值Vin_Cross1至Vin_Crossn,通过计算找出最佳交点,同时令参考电流发生器2输出的电流参考值iref2等于最佳交点的电流值,滞回比较器2比较电流参考值iref2和数字信号Iin(k)的大小,若Iin(k)>iref2+Δiref2,则令控制信号vdriving为低电平,若Iin(k)

当所述MPPg判断器工作时,MPPg判断器采用扰动观察法或电导增量法对是否找到全局最大功率点MPPg做出判断,若判断为“找到了全局最大功率点MPPg”,则将对应的Iin(k)和Vin(k)作为全局最大功率点MPPg的电流值Iin_MPPg和电压值Vin_MPPg存入MPPg寄存器中,同时调用频率计计算出与全局最大功率点MPPg对应的DC/DC变换器中电子开关的工作频率f_MPPg和占空比D_MPPg,并将工作频率f_MPPg和占空比D_MPPg也一起存入MPPg寄存器中,同时还令参考电流发生器2保持电流参考值iref2不变,使得光伏组件串联系统运行于全局最大功率点MPPg;若判断为“未找到全局最大功率点MPPg”,则令参考电流发生器2采用扰动观察法或电导增量法生成电流参考值iref2,滞回比较器2比较电流参考值iref2和数字信号Iin(k)的大小,若Iin(k)>iref2+Δiref2,则令控制信号vdriving为低电平,若Iin(k)

9.如权利要求1或2所述的适合光伏组件串联系统的MPPT控制器,其特征在于:所述子控制器3包括MPPg变化判断器,所述MPPg变化判断器从MPPg寄存器处提取全局最大功率点MPPg的电流值Iin_MPPg和电压值Vin_MPPg,比较数字信号Iin(k)和Iin_MPPg的大小,或者比较数字信号Vin(k)和Vin_MPPg的大小,又或者比较Iin(k)×Vin(k)和Iin_MPPg×Vin_MPPg的大小,若Iin(k)和Iin_MPPg的差值绝对值大于允许误差,或者Vin(k)和Vin_MPPg的差值绝对值大于允许误差,又或者Iin(k)×Vin(k)和Iin_MPPg×Vin_MPPg的差值绝对值大于允许误差时,则判断“全局最大功率点MPPg发生变化”,否则,判断“全局最大功率点MPPg未发生变化”。

10.如权利要求9所述的适合光伏组件串联系统的MPPT控制器,其特征在于:所述MPPg寄存器存储的与全局最大功率点MPPg对应的DC/DC变换器中电子开关的工作状态包括开关频率f_MPPg和占空比D_MPPg,所述子控制器3还包括PWM调制器,所述PWM调制器从MPPg寄存器处提取与全局最大功率点MPPg对应的DC/DC变换器中电子开关的工作频率f_MPPg和占空比D_MPPg,并根据f_MPPg和D_MPPg的信息输出控制信号vdriving,保持光伏组件串联系统运行于全局最大功率点MPPg。