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1、·光伏建筑·基于双重Boost电路的大功率3光伏MPPT控制器刘文晋,王志新,史伟伟(上海交通大学电气工程系,上海200240)摘要:针对光伏建筑一体化等大功率光伏发电系统,基于双重Boost电路设计了大功率光伏MPPT控制器。电流控制采用变步长增量电阻法,通过电流寻优实现MPPT,同时确保了各电感支路实现均流。经Simulink仿真验证,该控制器的性能得到了改善,如减少了电感电流纹波,降低了损耗及对功率开关管的容量要刘文晋(1984—),男,硕士研究生,从事光求,证明该方法是可行的。伏发电系统及MPPT控
2、制研究。关键词:光伏建筑一体化;双重Boost电路;最大功率点跟踪;增量电阻法;变步长中图分类号:TK514文献标志码:B文章编号:167428417(2010)04200452050引言1光伏电池特性光伏建筑一体化(buildingintegratedphoto2光伏电池是利用半导体材料的光伏效应制voltaic,BIPV)是将光伏电池组安装在建筑的维护成的,能直接将太阳能转换成电能。因此,可以结构外表面来提供电力。它的出现使建筑物从假设太阳能板经光照射后,自己产生一个独立电[2]单纯的耗能型变为供能型,
3、可缓解城市发展与能流源供给负载。根据电子学理论,光伏电池的[3]等效数学模型为源供应的巨大矛盾。q(U+RI)U+RI光伏电池造价高,转换效率低,为了最大限ssI=Iph-I0{exp[]-1}-nkTRsh度地利用太阳能发电,采用最大功率点跟踪技术(1)(maximumpowerpointtracking,MPPT)。一般采式中I———光伏电池输出电流(工作电流)用DC2DC变换器作为光伏最大功率跟踪控制U———光伏电池输出电压(工作电压)器。随着光伏发电系统的不断发展,装机容量不I0———二极管反向饱和
4、电流断提高,DC2DC变换器的功率等级也随之提升。I———光生电流ph本文提出了一种基于Boost电路的双重光伏q———电子的电荷量控制器及其电流寻优的MPPT算法,可有效减少Rsh———光伏电池的并联电阻变换器电感上的纹波,降低损耗及功率开关管的R———光伏电池的串联电阻s容量要求,并通过Simulink仿真分析验证其有效k———波尔兹曼常数性。n———二极管特性因子王志新(1964—),男,教授,博士生导师,从事海上风力发电、风光互补发电、电机系统节能技术研究。史伟伟(1975—),男,讲师,从事光伏发
5、电、风能变换、电力电子变换器、DSP控制应用研究。3基金项目:中国博士后基金(20080440088);上海市教育发展基金(09LM37);上海市白玉兰科技人才基金(2009B075)·45··光伏建筑·图1给出了光伏电池的等效电路。功率之间的关系曲线图。不难发现,光伏电池输出特性具有明显的非线性特点,在一定的温度和日照强度下,光伏电池具有唯一的最大功率点。当光伏电池工作在该点时,能输出当前温度和日照条件下的最大功率。由于在实际使用中不能保证负载总是工作在最大功率点上,需要在负载图1光伏电池等效电路和光伏电
6、池间加入光伏MPPT控制器,确保光伏电池始终工作在最大功率点,优化光伏发电系统图2为光伏电池在环境温度为25℃时,不的发电效率,实现太阳能利用的最大化。同的光照强度下,其输出电流、输出电压和输出(a)I2U关系曲线(b)P2U关系曲线(c)P2I关系曲线图225℃条件下,光照强度变化时的光伏电池输出电压、输出电流和输出功率之间的关系曲线2Boost电路及其双重化拓扑由于Buck电路的输入端工作在断续状态,必须在光伏电池后加装储能电容。然而,在大功率情况下,储能电容始终处于大电流充放电状态,不利于可靠工作,同
7、时由于储能电容通常为图3基于Boost电路的光伏MPPT控制器电解电容,限制了控制器的工作频率,增大了控图2中的负载为蓄电池组,所以控制器的输制器的体积。相对而言,Boost电路始终工作在出电压由蓄电池电压箝位,始终保持为U。由式o输入电流连续的状态下,只要输入的电感足够(2)可得光伏电池组的工作电压Uin为大,电流纹波足够小,就可以采用电容较小的无U=U(1-D)ino[4]感电容,甚至不加电容。可见,通过调节Boost电路的功率开关管的图3为典型的基于Boost电路的光伏MPPT占空比,就可以控制光伏电
8、池组的工作电压,实控制器。其中,光伏电池组的工作电压和工作电现最大功率点跟踪。流作为Boost电路的输入电压(Uin)和输入电流图4为双重Boost电路拓扑,即两个Boost电(I),Boost电路的输出电压(U)和输出电流ino路的输入输出端并联,两个功率开关管的导通在(i)分别为蓄电池电压和充电电流。Boost电路o相位上相差180°。图5为单重Boost电路与双重的输入输出关系为Boost电路的输入电感电流
