基于DSP的光伏电池最大功率点跟踪系统

1、    基于DSP的光伏电池最大功率点跟踪系统        孔晓丽 陈显峰 续艳鑫 时间:2010年04月15日     字 体: 大 中 小        关键词:        O 引言 1 光伏电池的特性太阳能电池的输出特性是非线性的，它受到光照强度、环境温度等

2、因素的影响。太阳能电池的等效电路如图1所示，图2是光伏电池在不同温度下的I-V、P-V特性，图3为光伏电池在不同日照强度下的I-V、P-V特性。 从图2可以看出，太阳能电池开路电压V0。主要受电池温度的影响；从图3可以看出，太阳能电池短路电流Is。主要受日照强度的影响，而且在一定的温度和光照强度下，太阳能电池具有唯一的最大功率输出点。由于实际应用中不能保证其总是工作在最大功率点上，所以在应用中要用到MPPT装置，以保证太阳能电池的输出功率在最大功率点的附近。2 MPPT基本原理MPPT的实现实质上是一个动态自寻优过程，通过对阵列当前输出电压与电流的检测，得到当前阵列输出功率，再与已被

3、存储的前一时刻功率相比较，舍小取大，再检测，再比较，如此周而复始。MPPT控制系统的DC-DC变换的主电路采用Boost升压电路。图4为Boost变换器的主电路，电路由开关管T、二极管D、电感L、电容C组成。工作的原理为在开关T导通时，二极管D反偏，太阳能电池阵列向电感L存储电能；当开关T断开时，二极管导通，由电感L和电池阵列共同向负载充电，同时还给电容C充电，电感两端的电压与输入电源的电压叠加，使输出端产生高于输入端的电压。Boost电路输入输出的电压关系为：     V0=VI(1-D) (1)当Boost变换器工作在电流连续条件下时，从式(1)可以

4、得到其变压比仅与占空比D有关而与负载无关，所以只要有合适的开路电压，通过改变Boost变换器的占空比D就能找到与太阳能电池最大功率点相对应的VI。3 MPPT控制的实现31 控制算法目前实现太阳能MPPT常用的算法有扰动观察法(P&O)和电导增量法(INC)。前者的算法结构简单、检测参数少，应用较普遍，但在最大功率点附近，其波动较大；后者的算法波动较小，但较为复杂，跟踪过程需花费相当长的时间去执行AD转换。系统采用自适应扰动观察法，通过对扰动观察法的改进，引进一个变步长参数(k)来解决在最大功率点附近波动大的问题，其中(k)=|P|式中是一个恒定的常数，自适应扰动观察法的程序流程图如图

5、5所示。图中e决定了跟踪精度，(k)为占空比步长，决定功率变化的步长，为扰动方向控制系数，取值为1。当|P| 32 硬件实现控制电路使用TI公司的TMS320F2812 DSP作为主控制芯片，其快速的运算能力、丰富的外设资源能为整个控制系统提供一个良好的平台。DSP是整个控制系统的核心，它接受采样电路送来的模拟信号，按照控制算法对采样信号进行处理，然后产生所需要的PWM波形，经驱动放大后控制主电路功率开关管的通断，从而实现MPPT。TMS320F2812在时钟频率150MHz下，其时钟周期仅为667ns，8通道16位PWM脉宽调制，2×8通道12位AD转换模块，一次AD转换

6、最快转换周期仅为200ns。TMS320F2812 DSP芯片的这些特点能够满足MPPT控制精度和速度的要求。采用其中两路AD转换输入通道作为太阳能电池的输出电流和电压的采集通道，经过MPPT控制产生驱动PWM波形控制DC-DC开关管的导通时间，其控制的框图如图6所示。 33 软件实现MPPT的控制流程图如图5所示，其功能是在中断服务模块中完成的。在主程序中主要是完成对寄存器，定时器以及PWM的初始化，其流程图如7所示。 4 实验结果分析为验证MPPT系统的有效性，设计了MPPT实验系统，并与无此装置下光伏电池的发电状态进行比较。实验系统的太阳能电池采用大禾科技有限公司的多晶硅电池组件DH-20，其性能参数为：开路电压Voc=215v；短路电流Isc=130A；标称功率PM=