專利名稱：一種利用模糊算法的mppt光伏充放電控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力電子技術的一種光伏充放電控制器，具體涉及一種利用模糊算法的MPPT獨立光伏充放電控制器。
背景技術：
隨著能源問題和環(huán)境問題的日益突出，作為清潔能源的太陽能越來越受到重視。近年來，太陽能光伏發(fā)電的研究和應用有了突飛猛進的增長，成為新能源的研究熱點。制約太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展的因素主要有高昴的制造成本和較低的轉換效率。在光伏系統(tǒng)中，通常要求光伏電池的輸出功率保持在最大，也就是讓光伏電池工作在最大功率點，從而提高光伏電池的轉換效率。MPPT就是一個不斷測量和不斷調整以達到最優(yōu)的過程，它不需要知道光伏陣列精確的數學模型，而是在運行過程中不斷改變可控參數的整定值，使得當前工作點逐漸向峰值功率點靠近，使光伏系統(tǒng)運作在峰值功率點附近。MPPT本質上是一個尋優(yōu)過程。通過測量電壓、電流和功率，比較它們之間的變化關系，決定當前工作點與峰值點的位置關系，然后控制電流(或電壓)向當前工作點與峰值功率點移動，最后控制電流(或電壓)在峰值功率點附近一定范圍內來回擺動。模糊控制算法設計的MPPT控制器能夠穩(wěn)定、高效地跟蹤光伏陣列最大功率點；同時，在日照強度、環(huán)境溫度等系統(tǒng)參數擾動的情況下，能快速尋找新的工作點，保持系統(tǒng)穩(wěn)定，利用malab仿真表明相對于擾動觀察法、電導增量法的控制器表現出很好的動態(tài)特性。使用MPPT控制器的太陽能發(fā)電系統(tǒng)會比傳統(tǒng)的效率提高50%，但是跟據實際測試，由于周圍環(huán)境影響與各種能量損失，最終的效率也可以提高20%-30%。
實用新型內容本實用新型的目的在于克服現有技術存在的以上問題，提供一種利用模糊算法的MPPT獨立光伏充放電控制器。為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本實用新型通過以下技術方案實現一種利用模糊算法的MPPT光伏充放電控制器，包括太陽能電池陣列及蓄電池組，所述太陽能電池陣列與所述蓄電池組之間連接有控制器，所述控制器連接有負載電路，所述控制器包括MPPT控制器、DC-DC變換電路，所述MPPT控制器由所述蓄電池組供電，用于檢測所述太陽能電池陣列的電壓及電流，并控制所述DC-DC變換電路；所述太陽能電池陣列通過所述DC-DC變換電路變換出合適的電壓供給所述蓄電池組。進一步的，所述MPPT控制器還連接一個顯示模塊。本實用新型的有益效果是本實用新型利用改進的模糊控制的MPPT算法，是借助人工神經網絡法，由實測數據生成模糊控制規(guī)則。相對擾動觀察法、電導增量法，模糊控制法于模糊控制具有更好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能光伏陣列的輸出功率則隨著輸出電壓的升高有一個輸出功率最大點。[0012]上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本實用新型的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。本實用新型的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。
此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構成本申請的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中圖1光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成；圖2 MPPT控制系統(tǒng)框圖；圖3單片機系統(tǒng)圖；圖4 IXD1602顯示接口電路；圖5電壓檢測電路；圖6電流檢測電路；圖7 AD 電路；圖8 Boost變換電路；圖9系統(tǒng)軟件總體設計框圖；圖10模糊控制器流程圖。圖中標號說明1、太陽能電池陣列，2、控制器，201、MPPT控制器，202、DC-DC變換電路，203、顯示模塊，3、蓄電池組，4、負載電路。
具體實施方式
下面將參考附圖并結合實施例，來詳細說明本實用新型。參照圖1所示，一種利用模湖算法的MPPT光伏充放電控制器，包括太陽能電池陣列I及蓄電池組3，所述太陽能電池陣列I與所述蓄電池組3之間連接有控制器2，所述控制器2連接有負載電路4，所述控制器2包括MPPT控制器201、DC-DC變換電路202，所述MPPT控制器201由所述蓄電池組3供電，用于檢測所述太陽能電池陣列I的電壓及電流，并控制所述DC-DC變換電路202 ;所述太陽能電池陣列I通過所述DC-DC變換電路202變換出合適的電壓供給所述蓄電池組3。進一步的，所述MPPT控制器201還連接一個顯示模塊203。1.光伏系統(tǒng)簡介光伏發(fā)電系統(tǒng)組成與負載有關，直流負載和交流負載都包含光伏陣列、蓄電池組、控制電路，其系統(tǒng)結構如圖1所示。光伏系統(tǒng)的負載如果是直流負載不含逆變回路，可直接與蓄電池相連，對蓄電池的輸出電壓進行升(降)壓后提供給負載。這類系統(tǒng)結構簡單，成本低廉。由于負載直流電壓的不同，很難實現系統(tǒng)的標準化和兼容性，特別是生活用電，負載主要為交流，而且直流系統(tǒng)也很難實現并網運行。因此，交流光伏逆變電源正在逐漸取代直流光伏電源。交流光伏逆變電源系統(tǒng)與直流光伏電源系統(tǒng)的主要差別是在負載和蓄電池之間加入了逆變器，逆變器承擔了將直流電壓轉化為交流電壓的功能。2.控制系統(tǒng)框圖[0031]光伏發(fā)電系統(tǒng)正是這樣一個強非線性系統(tǒng)，光伏電池也難以應用精確的數學模型描述出來，因此嘗試采用模糊控制的方法來進行太陽電池的最大功率點跟蹤。獨立光伏系統(tǒng)主要利用太陽能光伏陣列，將太陽能轉換為電能，以DC-DC變換電路，變換出合適的電壓供給直流負載使用。由于太陽能電池的輸出有不穩(wěn)壓性，為獲得連續(xù)的電能，有時還要加入蓄電池模塊，以使電壓電流平穩(wěn)。為保證整個光伏系統(tǒng)輸出處于最大功率點，提高太陽能電池的利用率，設計基于模湖算法的MPPT控制器以使系統(tǒng)始終處于最大功率點。MPPT控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。 3.單片機最小系統(tǒng)設計。本系統(tǒng)設計選擇STC90C54AD系列單片機，該單片機是宏晶科技推出的新一代超/高速/低功耗的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可任意選擇，內部集成MAX810專用復位電路，時鐘頻率在12MHz以下時，復位腳可直接接地。系統(tǒng)電源采用3端集成穩(wěn)壓器7805，外接濾波電容提供。上電復位電路電解電容為22 μ F，電阻選用10k，同時在電解電容兩端并接一個按鈕。外部晶振選擇12MHz，兩端并聯(lián)兩個30pF的微調電容。EA引腳接高電壓，以選擇內部程序存儲器。單片機最小系統(tǒng)電路如圖3所示。4.1XD顯示電路設計本系統(tǒng)需要顯示的信息主要有實時電壓值、電流值、功率值、占空比等。單片機常用的輸出主要有LED發(fā)光二極管、數碼管、IXD液晶顯示等。IXD顯示具有顯示質量高，數字接口，控制方便，體積小、重量輕，功耗低等優(yōu)點，使其在嵌入式系統(tǒng)中獲得廣泛的應用。本系統(tǒng)采用IXD顯示輸出，顯示芯片選擇為IXD1602。IXD1602是一個數字接口的顯示器，使用時只要設置命令字，使其處于相應的工作方式，再將要顯示的字符的ASCII碼送給芯片即可。所以在電路設計中選PO 口作為并行數據線，因為PO 口內部沒有上拉電路，所以需外接上接電阻使其能夠輸出高電壓。控制引腳使用P2 口的三個端口 P2. 7接IXD的RST腳、P2. 6接IXD的R/W腳、P2. 5接IXD的E腳，具體電路如圖4所示。5.電流、電壓檢測電路設計系統(tǒng)運行時需要實時檢測太陽能光伏陣列的電壓值和電流值，以進行相應控制。雖然電壓和電流都是電量，但是單片機系統(tǒng)仍然不能直接處理。因此首先要將電流信號轉換為電壓信號，其次再將電壓信號變換到單片機系統(tǒng)AD轉換芯片能夠接受的范圍，一般為(T5V。電壓測量電路采用電阻和運放組成，通過調節(jié)電阻R使得其處于相應測量范圍，電壓檢測電路如圖5所示。電流檢測是利用ACS712具有精確的低偏置線性霍爾傳感器電路，且其銅制的電流路徑靠近晶片的表面。通過該銅制電流路徑施加的電流能夠生成可被集成霍爾IC感應并轉化為成比例電壓的磁場。通過將磁性信號靠近霍爾傳感器，實現器件精確度優(yōu)化。精確的成比例電壓由穩(wěn)定斬波型低偏置BiCMOS霍爾IC提供，該IC出廠時已進行精確度編程。當通過用作電流感測通路的主要銅制電流路徑(從引腳I和2，到3和4)的電流不斷上升時，器件的輸出具有正斜率OVI0UT (Q))。該傳導通路的內電阻通常是1.2πιΩ，具有較低的功耗。銅線的粗細允許器件在可達5Χ的過電流條件下運行。傳導通路的接線端與傳感器引腳(引腳5到8)是電氣絕緣的，電流檢測電路如圖6所示。電壓、電流檢測輸出信號分別送AD轉換芯片的O通道和I通道進行AD轉換輸入到單片機進行控制。6 . AD轉換電路單片機只能處理數字信號，而實際系統(tǒng)的電壓信號量是模擬量，因些必須進行AD轉換。選用TI公司的TLC2543來實現AD轉換，這是一款12位串行，11通道，高速AD轉換芯片。在具體電路連接時，選擇通道O作為電壓信號的輸入，通道I作為電流信號輸入。TLC2543芯片的串行接口線主要有四條，具體接法是時鐘信號CLOCK接單片機P10，串行數據輸入端DIN接單片機PlI，串行數據輸出端DOUT接單片機P12，片選信號CS2543接單片機P13。TLC2543與單片機之間只用4根線連接，基準電壓選擇的是單片機系統(tǒng)電源+5V。具體電路如圖7所示。7. Boost 變換電路系統(tǒng)DC-DC電路采用的是Boost電路，為實現系統(tǒng)的最大功率跟蹤控制，需要調節(jié)系統(tǒng)開關管的導通和截止時間即改變占空比D的大小。單片機系統(tǒng)根據現場實時數據通過內部控制算法計算得到D的大小，通過脈寬調制PWM的方法實現對系統(tǒng)的控制。脈沖輸出采用P22輸出，為了減少變換電路對單片機系統(tǒng)的干擾，在脈沖輸出進行光電隔離。具體電路如圖8所示。8.系統(tǒng)軟件說明單片機系統(tǒng)程序主要分為兩部分，即主程序和中斷服務程序，合理地劃分這兩部分程序，對于整個系統(tǒng)來說十分重要。本系統(tǒng)軟件主要包含系統(tǒng)初始化、AD采樣、模糊控制、脈寬調制輸出、顯示輸出。系統(tǒng)軟件總體設計如圖9所示。在本系統(tǒng)的構思當中，主程序主要完成系統(tǒng)初始化程序，實時數據采樣、模糊控制器設計、顯示程序設計。通過模糊控制計算得系統(tǒng)占空比輸出，應用定時中斷定時器T0，完成PWM信號轉換，并將其中斷優(yōu)先級設為高。MPPT控制核心是模糊控制器的設計，模糊控功能圖如圖10所示。以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種利用模糊算法的MPPT光伏充放電控制器，包括太陽能電池陣列(I)及蓄電池組(3)，所述太陽能電池陣列(I)與所述蓄電池組(3)之間連接有控制器(2)，所述控制器(2)連接有負載電路(4)，其特征在于所述控制器(2)包括MPPT控制器(201)、DC-DC變換電路(202)，所述MPPT控制器(201)由所述蓄電池組(3)供電，用于檢測所述太陽能電池陣列Cl)的電壓及電流，并控制所述DC-DC變換電路(202);所述太陽能電池陣列(I)通過所述DC-DC變換電路(202 )變換出合適的電壓供給所述蓄電池組。(3 )。
2.根據權利要求1所述的利用模糊算法的MPPT光伏充放電控制器，其特征在于所述MPPT控制器(201)還連接一個顯示模塊(203 )。
專利摘要本實用新型公開了一種利用模糊算法的MPPT光伏充放電控制器，包括太陽能電池陣列及蓄電池組，所述太陽能電池陣列與所述蓄電池組之間連接有控制器，所述控制器連接有負載電路，所述控制器包括MPPT控制器、DC-DC變換電路，所述MPPT控制器由所述蓄電池組供電，用于檢測所述太陽能電池陣列的電壓及電流，并控制所述DC-DC變換電路；所述太陽能電池陣列通過所述DC-DC變換電路變換出合適的電壓供給所述蓄電池組。本實用新型利用改進的模糊控制的MPPT算法，模糊控制法于模糊控制具有更好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能光伏陣列的輸出功率則隨著輸出電壓的升高有一個輸出功率最大點。
文檔編號H02J7/00GK202888869SQ20122012814
公開日2013年4月17日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權日2012年3月30日
發(fā)明者徐進, 扈羅全, 朱漢敏, 王益, 許新豐 申請人:蘇州經貿職業(yè)技術學院