好文档就是一把金锄头!
欢迎来到金锄头文库![会员中心]
电子文档交易市场
安卓APP | ios版本
电子文档交易市场
安卓APP | ios版本

TMTTP太阳能控制器设计.docx

16页
  • 卖家[上传人]:公****
  • 文档编号:412184045
  • 上传时间:2023-01-31
  • 文档格式:DOCX
  • 文档大小:558.12KB
  • / 16 举报 版权申诉 马上下载
  • 文本预览
  • 下载提示
  • 常见问题
    • TMTTP太阳能控制器设计设计:陈培国2007年10月25日设计要求:1) 光伏系统实行MTTP控制,给系统提供最大功率输出2) 基本规格:24V/5A 120W 输出功率3) 蓄电池充电保护功能4) 蓄电池充电电压温度补偿(选用)5) 定时、光敏控制功能(备用)6) 双路输出功能(备用)7) 遥控设置功能(备用)8) 实时时钟(备用)9) 液晶显示(备用,设置时间,显示充放电电流及充放电安时数)1 太阳电池的特性太阳电池的p—u特性如图1所示,图1 (a)为温度变化时的p— u特性曲线,图1 (b)是日照强度变化时的p— u特性曲线太阳电池具有明显的非线性,既包含了电压源 的特性,也包含了电流源的特性II u 10 H 20 25ii-VKi 15 20 25(a)温度变化时(b)日照强度变化时图1 太阳电池的p—u特性曲线太阳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,太阳电池具 有唯一的最大功率点,当太阳电池工作在该点时,能输出当前温度和日照条件下的最大功率。

      太阳电池的最大功率跟踪在光伏系统中,通常要求太阳电池的输出功率始终最大,即系统要能跟踪太阳电池输出 的最大功率点太阳电池的伏安特性如图2所示,图中L是负载特性曲线,交点a, b,c, d, e对应于不同的工作点可以看出,这些工作点并不正好落在电池提供的最大功率点(a‘, b',c',d',e‘)处,这就不能充分利用在当前条件下电池所能提供的最大功率因此, 必须在太阳电池和负载之间加入阻抗变换器,使得变换后的工作点正好和太阳电池的最大功 率点重合,使太阳电池以最大功率输出,这就是所谓的太阳电池的最大功率跟踪2. 1 CVT 方式的 MPPT从图2中可以看出,当温度一定时,太阳电池的最大功率点几乎落在同一根垂直线 的两侧邻近,这就有可能把最大功率点的轨迹线近似地看成电压U=const的一根垂直线,亦 即只要保持太阳电池的输出端电压为常数且等于某一日照强度下相应于最大功率点的电压, 就可以大致保证在该一温度下太阳电池输出最大功率把最大功率点跟踪简化为恒电压跟踪 (CVT),这就是CVT控制的理论依据实现CVT的原理如图3所示图中U *是给定工作点 sp电压,对应于某一温度下的最大功率点;U是太阳电池的实际输出电压。

      给定电压和实际电 sp压比较后经过PI调节,调节结果与三角波比较得到PWM脉冲,驱动功率器件,从而调节太 阳电池的负载阻抗不同的PWM脉宽对应不同的负载阻抗ti.!V图2 太阳电池的伏安特性曲线图3 CVT原理图CVT方式具有控制简单,可靠性高,稳定性好,易于实现等优点,比一般光伏系统可望 多获得20%的电能,较之不带CVT的直接耦合要有利得多但是,这种跟踪方式忽略了温 度对太阳电池开路电压的影响以单晶硅太阳电池为例,当环境温度每升高1°C时,其开路 电压下降率为0.35%〜0.45%这表明太阳电池最大功率点对应的电压也随环境温度的变 化而变化对于四季温差或日温差比较大的地区,CVT方式并不能在所有的温度环境下完全 地跟踪最大功率2. 2True MPPT(TMPPT)鉴于CVT方式的局限性,它只能是一定温度条件下的最大功率跟踪,在不同温度条 件下仍有功率损失真正的MPPT是指系统在任何温度和日照条件下都能跟踪太阳电池的最 大功率目前,最常用的控制方法主要是扰动观察法和电导增量法扰动观察法由于实现简单,是最常用的方法它通过对太阳电池输出电压、电流的 检测,得到电池当前的输出功率,再将它与前一时刻的记忆功率相比较,从而确定给定参考 电压调整的方向。

      若Ap〉O,说明参考电压调整的方向正确,可以继续按原来的方向调整; 若Ap〈O,说明参考电压调整的方向错误,需要改变调整的方向当给定参考电压增大时, 若输出功率也增大,则工作点位于图4中最大功率点p左侧,需继续增大参考电压;若输 max出功率减小,则工作点位于最大功率点p右侧,需要减小参考电压当给定参考电压减小 max时,若输出功率也减小,则工作点位于p的左侧,需增大参考电压;若输出功率增大,则max工作点位于p的右侧,需继续减小参考电压max图4 p—u特性曲线给定参考电压变化的过程实际上是一个功率寻优的过程由于在寻优过程中不断地 调整参考电压,因此,太阳电池的工作点始终在最大功率点附近振荡,无法稳定工作在最大 功率点上同时,当日照强度快速变化时,参考电压调整方向可能发生错误电导增量法的原理是:在最大功率点处,有dp/du=O,即满足di/du=—i/u理论上它 比扰动观察法好,能适应日照强度快速变化,但由于传感器的精密度等因素,电导增量法往 往难以实现由于太阳电池特性的i=f(u)关系是一个单值函数,因此,只要保证太阳电池的输 出电压在任何日照及温度下都能实时地保持为与该条件相对应的Um值,就一定可以保证电 池在任何瞬间都输出其最大功率。

      3 MPPT的结构CVT控制结构如图5所示,它将太阳电池工作电压作为反馈,达到稳定电池工作点电 压的目的图中i=f/u)与负载特性有关Si®图5 CVT控制框图TMPPT的实质是在CVT的基础上,实时的改变太阳电池的工作点电压,使得工作点电压 始终等于最大功率点处的电压,从而实现最大功率点跟踪它的内环就是CVTTMPPT的控 制框图如图6所示图6 TMPPT的控制框图结合各种技术因素,我们采用比较稳定的CVT模式为基本框架,结合电导增量法组成稳 定可靠的TMTTP控制系统电导增量法的控制流程图如下:开始是dU=0否是是dI=0dI/dU=-I/U否否是是dI/dU>-I/UdI>0否否b结束Ur=Ur+ AUUr=Ur- AUUr=Ur- AUUr=Ur+ AU检测光伏阵列输出 电压Un、电流In最终的执行部件是用PWM方式的开关电源,从执行效率来看,升压式容易比降压式做得略好国外中小功率的升压开关电源已经能过做到97%以上的转换效率,这是非常高的效 率从太阳能电池的反充电保护来讲,需要一个二极管隔离,但这又将损失3-5%的效率, 降压式的开关电源无法省略,而升压式的开关电源可以利用线路固有的二极管代替隔离二极 管,这样就提高了整个系统的效率。

      所以我们最终选用升压开关电源作为我们的执行部件根据设计目标,我们选用美国LINEAR公司的开关电源IC,型号是LT1270A,该器件输入 工作电压为3.5V-30V,最大输出电压为60V,内部开关管的最大电流为10A,静态电流7mA,是 比较理想的器件,以36片太阳板工作电压约17伏作为输入,执行效率可达94%10W输出的效率报告如下:IMMilHISWD1MBRB2545CTC1tooouRloaidB5 .IT frVcLT1270AGNU-切 •住 Efficiency FtaptMt r-. Efficiency:尊&9%10.5W 頁 17.6VOiitpirtr1&W;a 2S.81/RM..InnsC1393mAC2 *320mAC3 •'dinAIM517mAL1 •-&69mAAAA llnll llBfl()l.Ipoak ..DiesipalionS32mAOtnW577mAOinW'GnAtU$mA--117II1W-22inW.1inA .1mA2iiiW'GnAf15®mA ' ' ' 2MII1WU1 430mA40W输出的效率报告如下:L1iwiiDIfel£!R|j2545CTinIT匚口irt»LT1270AVcGNDIDOQliHW4>R1血20»fi aii 1()nk steady startup .EthciayicyRe卩o汀『一EtBic bency:強 J验Input: 43^W^. 17.6VOitpirt: 41.6W i 2®.8VRef,..Irm^ ...Ip師Ik..DissipialiibnClIZZT^nA药铀niAOmW€2320mA575iiiAQi nWCJ ■' 011■ Of IIAOiiiW ■D1-139^11 A -皈融545inWLIZl価h诫--302111 kA -304ihWR1 ...lllkA ..11 Fl A..阿 I|VV.R2finftIl Fl A;|||WR.3dniAOlllAIJI3023niA120瓦输出的效率报告如下:Efficienty: 93-5%-T- Efficiency Report1000|J卜vR c-c .c D L R R-R UImas 3577rnA 310mA(jrnA 5456mA 7227rnA1mA Im AOmA 4730mA.tpeiik5636mA56SmAOihiA 7701mA 7795mA.liaiA11 j) AOinA 8171mA.DissipatianOnW0I1WOnW' ■1839II1W- 2G12ihW3JniW.2nWO|1W■3742H1W在新的设计中,取样电阻下为1.24K。

      因为FB端电压为1.24V,所以流过R2的电流为 1mA输出电压的最高值为蓄电池充电电压的最高值,这里是24V蓄电池,最高电压设置为 28.8V(单格电池最高值为2.4V)R1=28.8-1.24=27.56K,实际使用上用24K的固定电阻和 5.1K的可调电阻串联组合除了 LT1270A,这里有两个器件比较关键,一个是肖特基二极管,另一个是储能电感L, 二极管除了在开关电源里面所起的作用外,还负担起太阳板的反充电保护作用,我们选用 ST 公司的 STPS6045CW,耐压 45V,电流 30A+30A储能电感L设计比较复杂,我不在这里详细解释了,设计的目的使它产生的损耗最小 还有LT1270A的Vc端,通过一个三极管控制,在系统尚未准备好或有故障时对地短路, 可以停止LT1270A的工作,起到保护作用CVT简单原理:当检测电路检测到太阳板的电压低于设定值时,输出高电平信号,通过一个由二极管和 电阻组成的回路加到FB端,使LT1270的输出下降,输出功率下降,这样太阳板的负载减轻, 电压就回到设定值以上F面是检测部分的设计,电路图如下:设定运放(V+)的正常工作点为2.5V,太阳板取样电阻下端为10K,正常工作时太阳板的 电压为 36X0.49=17.64V,这样上端的电阻 Rl=(17.64-2.5)/0.25=60.2K,取 R1=62K。

      V-) 也作为单片机检测太阳板电压的采样端这里有一个现实的问题,LM324在5V供电的时候最高输出电压为3.8V左右,最低到 0.6。

      点击阅读更多内容
      关于金锄头网 - 版权申诉 - 免责声明 - 诚邀英才 - 联系我们
      手机版 | 川公网安备 51140202000112号 | 经营许可证(蜀ICP备13022795号)
      ©2008-2016 by Sichuan Goldhoe Inc. All Rights Reserved.