一种基于粒子群优化的多路mppt装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明专利涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种多建筑光伏阵列群体控制最大 功率点跟踪装置。
【背景技术】
[0002] 随着光伏发电迅速接近"平价上网"，太阳能正日益成为重构未来能源结构的主要 力量。而一项来自中国建筑科学研究院的调查显示，目前我国建筑能耗约占全社会总能耗 的1 / 3。因此，光伏建筑一体化（BIPV)是大势所趋，不仅可以减少占地面积，保证自身建 筑用电，还节约电站送电网的投资，减少输电、配电损耗，兼顾经济性和实用性，具有极大的 社会和经济效益。然而，局部遮阴条件下光伏阵列P-V特性引起的多个极值点使常规的最 大功率点跟踪（MPPT)算法失效；其次，不同光伏阵列之间存在朝向不一致的问题；再者，建 筑物周边设施之间的互相遮挡，造成光伏阵列上不同程度的阴影，使得各个光伏阵列工作 于不同的最大功率点。传统的串、并联集中式结构在复杂环境下难以实现良好的最大功率 点跟踪。
[0003] 复杂环境下，光伏阵列的输出呈现严重的非线性特性，尤其在阴影条件下呈现多 峰值现象，使得传统最大功率点跟踪算法失效，如常用的恒定电压法、扰动观察法、电导增 量法等，这些方法简单易于实现，可适用于精度要求不高的光伏发电场合
[0004] 华北电力大学申请号为201020679406.4的发明专利"一种多路光伏电源MPPT控 制装置"，可以明显降低光伏发电成本，它由单片机和多个光伏电源控制单元组成，每个光 伏电源控制单元的电能输入端接一组光伏电池，输出端通过中枢点母线接负载或并网系 统。优点是使用同一单片机来控制不同位置上的光伏电源，使它们均可追踪到最大功率点， 避免了同一时间不同地点由于光照强度、温度等条件差异所造成的能量损失，缺点是环境 剧烈变化时，最大功率点跟踪可能失效，陷入局部最优，光伏效率难以实现最大化。中电电 气集团申请号为201010223784. 6的发明专利提出一种双峰最大功率点跟踪方法，定时进 行全局扫描法，在一般最大功率点跟踪算法中加入周期全局扫描，根据太阳能系统串并联 特点有效地缩短扫描时间，避免系统工作在次最大功率点；申请号为201010018319. 9的发 明专利则提出分别从左右两侧搜索寻找全局最大功率点。虽然上述两种方法均能找到真正 的最大功率点，但是不可避免会使光伏阵列的输出功率产生不必要的长时间大幅度震荡， 从而产生额外的功率损失并对电网产生冲击。
[0005] 粒子群优化（PSO)算法在多目标寻优和多峰函数优化方面有着良好的性能。因 此，如何将粒子群算法应用于光伏群体MPPT寻优问题，实现每个光伏阵列和整体光伏阵列 的最大功率点运行，以充分发挥BIPV的特性，具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0006] 本发明专利要解决的技术问题是：如何解决复杂环境下各个建筑光伏阵列同时运 行于各自的最大功率点问题。
[0007] 本发明专利提出的一种基于粒子群优化的多路MPPT装置，包括硬件电路和DSP软 件编程。所述硬件电路包括n(n > 1)个光伏阵列[1]和相应升压电路[3]、一块DSP控制 器[6]及其外围电路，所述光伏阵列[1]与升压电路[3]之间、所述升压电路[3]与逆变器
[5]之间各设有一个滤波电容[4]，所述DSP控制器[6]的外围电路连接有保护与控制电 路、采样调理电路和电平转换电路，所述电平转换电路连接有I / 〇信息模块和驱动模块； 所述DSP控制器[6]的软件编程部分包括MPPT算法和Boost电路开关管的占空比计算部 分。
【附图说明】
[0008] 图1为本发明装置的电路原理图；
[0009] 图2为本发明装置的数据采集与处理结构框图；
[0010] 图3为本发明装置的群控粒子群优化算法示意图；
[0011] 图4为本发明装置的群控粒子群优化算法程序流程图。
[0012] 图中：1、光伏阵列，2、稳压电容，3、升压电路，4、滤波电容，5、逆变器，6、DSP控制 器。
【具体实施方式】
[0013] [1]PV1，PV2, . . .，PVn是η路光伏阵列，给逆变器提供多路输入；由于Boost升压 电路会带来电压纹波，所以适当地加入滤波电路，可以滤掉前端的电压纹波。
[0014] [2]主电路采用两级式拓扑结构，可以扩大电池板输入电压的范围。前级升压电路 采用传统的Boost电路，将电池板输入电压升高到满足逆变器要求的高电压，同时完成对 电池板最大功率点的跟踪，所以整个逆变器不含隔离变压器，降低了系统成本。
[0015] [3]所述装置采用TI公司推出的32位浮点型TMS320F28335DSP处理器，可以高速 执行浮点运算，节省代码执行时间和存储空间。包括对模拟量的采样保持并进行模数转换、 最大功率点跟踪计算、10 口数据采集。
[0016] [4]所述群控MPPT方法选择适当粒子数进行寻优，各粒子维数由光伏阵列数 目确定，每个粒子包含了各光伏阵列的控制信息。各粒子谏度￥新公式和位置￥新公 式分别为
【主权项】
1. 一种基于粒子群优化的多路MPPT装置，其特征是，它由一个MPPT控制器和多个建筑 光伏阵列组成，每个光伏阵列的电能输入端接一组或串或并的光伏电池（PVn)，电能输出端 接各自的升压电路，升压电路的开关管（Vn)接DSP的控制信号输出端，各光伏阵列升压后 的总电压电流经传感器检测后接DSP的相应信号输入端。
2. 权利要求1所述的升压电路，均由IGBT(Vn)、电感（L)、二极管（Dn)组成，升压电路 的输入端接稳压电容[2]，输出端接滤波电容[4]，各滤波电容[4]的输出端接直流母线。
3. 权利要求1所述装置的MPPT群控方法，其特征包括以下几点： 1) 只需检测两路输入信号便可完成本装置输入信号的需要，即直流母线侧电压和电流 信号，大大减少了传感器数量和采样信号电路。 2) 当外界环境变化时，系统重新初始化程序寻找新的最大功率点需同时满足稳态判断 条件 |Avk| =lUiGO-Ujk-l)，U2(k)-U2(k-1)，U3(k)-U3(k-1)|〈AV和环境变化判断条件
3) 自适应线性调整器用来缩小重新初始化时的位置范围。新的最大功率点电压由实 时功率变化量（APzP^ip-P)、线性斜率1/1以及旧的最大功率点工作电压\1(1近似计算
1 1 :照减弱时1 = 1 / 2;同时引入扰动因子1(9对参考电压进行 正、负方向扰动，使至少一个粒子靠近新的MPP，扰动公另
5)由各光伏阵列的开路电压UD,,"和直流母线侧电压UDC推导出各升压电路占空比公式
S建筑光伏阵列运行于各自的最大功率点处。 4?权利要求3所述的MPPT群控方法，采用32位TMS320F28335DSP处理器实现，可以高 速执行浮点运算，节省代码执行时间和存储空间，可靠性强。
【专利摘要】本发明设置多条升压支路并联，采用自适应线性调整器重启粒子群算法，通过选择合适的开关管导通时间，使各建筑光伏阵列运行于各自的最大功率点，从而实现群体功率最优控制，最大程度发挥了BIPV系统的发电效率；多条升压支路采用同一个控制器，不仅减少了DSP代码长度，还大幅减少了系统中传感器等检测电路的数目，有效降低系统成本、减小装置体积，同时避免了由于变压器带来的成本过高，为进一步设计成本更低、体积更小、可靠性更强的光伏MPPT装置提供了一种有效思想。
【IPC分类】G05F1-67, H02S10-00
【公开号】CN104699166
【申请号】CN201310651683
【发明人】胡立坤, 卢泉, 王淼, 卢子广, 吕智林, 丁爱华, 曾宪金, 唐文强, 姬丽雯
【申请人】广西大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2013年12月6日