专利名称：发电装置的一种最大功率点检测跟踪电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及最大功率点检测跟踪电路，特别涉及发电装置的一种最大功率点检测跟踪电路。
背景技术：
在太阳能、风能、波浪能等发电装置中，由于外部输入发电装置的能量是不稳定的，同时发电装置又有内阻，因此，装置的能量转换效率将与负载之间的阻抗匹配与否紧密相关。其中最典型的例子是当装置向蓄电池充电或向电网供电时，如果两者的特性不匹配， 此时，发电装置虽然也能发电并向负载供电，但能量的转换利用效率将长期不在最佳运行值上，从而直接影响了经济效益。为此，人们采用了具有最大功率点检测跟踪功能的电力电子变换方法来解决这个问题。实践已证明这种方法是有效且可行的。在太阳能、风能、波浪能等发电装置的现有技术中，检测跟踪最大功率点的方法主要有恒电压跟踪法、扰动观察法、增量电导法以及模糊控制法等几种。而在这些方法中，有些方法的适用范围很小，例如恒电压跟踪法仅适用于环境温度变化不大条件下的太阳能电池发电装置，并不适用于风能发电等其它的发电装置。其它的几种跟踪方法，或者存在最大功率点振荡、或者存在算法准确度不高、或者存在实现过程过于复杂等问题，这就给现实应用带来了困难和不便。
发明内容为了解决上述发电装置最大功率点检测跟踪方法存在的适用范围小、最大功率点振荡、实现过程过于复杂等问题，本实用新型提供了一种发电装置最大功率点检测跟踪电路，包括功率扫描电路、峰值检测单元电路、跟踪单元电路。发电装置的功率输出端接功率扫描电路的输入端，功率扫描电路的扫描电压值输出端和扫描电流值输出端分别接峰值检测单元电路的扫描电压值输入端和扫描电流值输入端。峰值检测单元电路的输出端接跟踪单元电路的一个输入端，功率扫描电路的扫描电流值输出端接跟踪单元电路的另一个输入端。跟踪单元电路的输出端接控制电路的输入端。本实用新型的发电装置最大功率点检测跟踪电路，在功率扫描期间内准确锁定了每个转换周期内的最大功率点，锁定速度快，且不受输入电源的性质(即电压型电源或电流型电源)、输入功率的大小及变化速度等限制。信号处理采用模拟或者数字方式均可。具有结构简单、锁定时间短、不存在最大功率点振荡问题等优点。

图1为本实用新型的发电装置最大功率点检测跟踪电路的系统原理图。图2为本实用新型的发电装置最大功率点检测跟踪电路的功率扫描电路。图3为本实用新型实施例1的发电装置最大功率点检测跟踪电路的系统原理图。图4为本实用新型实施例2的发电装置最大功率点检测跟踪电路的系统原理图。[0010]图5为本实用新型实施例2的发电装置最大功率点检测跟踪电路单片机中软件模块的流程图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的发电装置最大功率点检测跟踪电路。如图1所示，本实用新型的发电装置最大功率点检测跟踪电路包括功率扫描电路、峰值检测单元电路、跟踪单元电路。发电装置的功率输出端P接功率扫描电路的输入端，功率扫描电路的扫描电压值输出端和扫描电流值输出端分别接峰值检测单元电路的扫描电压值输入端和扫描电流值输入端。峰值检测单元电路的输出端接跟踪单元电路的一个输入端，功率扫描电路的扫描电流值输出端接跟踪单元电路的另一个输入端。跟踪单元电路的输出端接控制电路的输入端。图中fe代表扫描电压值，Ia代表扫描电流值。为了构成完整的发电输出系统，将控制电路的输出端与功率变换电路的控制端连接，发电装置的功率输出端P接功率变换电路的输入端，功率变换电路的输出端Po接用电负载。如图2所示，本实用新型的发电装置最大功率点检测跟踪电路的功率扫描电路包括第一功率二极管D1、第二功率二极管D2、辅助电源h、由主绕组Ll和副绕组L2构成的储能电感B、电子功率开关管T、取样电阻Ro及上分压电阻Rl和下分压电阻R2，其中主绕组 Ll的上端子1与副绕组L2的下端子4为同名端。各元件之间的连接关系为发电装置的功率输出端P与第一功率二极管Dl的阳极及上分压电阻Rl的上端相连，第一功率二极管Dl 的阴极与辅助电源&的负极及储能电感B的副绕组L2的下端子4相连，辅助电源&的正极与第二功率二极管D2的阴极及储能电感B的主绕组Ll的上端子1相连，第二功率二极管D2的阳极与储能电感B的副绕组L2的上端子3相连，储能电感B的主绕组Ll的下端子 2连接功率开关管T的集电极，功率开关管T的发射极与取样电阻Ro相连后作为功率扫描电路的扫描电流值输出端，上分压电阻Rl的下端与下分压电阻R2的上端相连后作为功率扫描电路的扫描电压值输出端，取样电阻Ro的下端、下分压电阻R2的下端、外部发电机的功率输出端负极0三点相连后作为本系统的参考地端。功率扫描电路的工作过程为扫描开始时刻，功率开关管T的栅极加扫描工作脉冲，功率开关管T导通，发电装置的输出电压与辅助电源h正向串联后，有电流经第一功率二极管D1、辅助电源h、储能电感B的主绕组Li、功率开关管T、取样电阻Ro流通并从零开始增大，该电流流经取样电阻Ro后在扫描电流值输出端以电压方式输出，扫描过程随着流经取样电阻Ro的电流增大，发电装置的输出电压因受其内阻等影响随之下降，该电压经上分压电阻R1、下分压电阻R2分压后从扫描电压值输出端输出，功率开关管T的栅极工作脉冲过后，储存于储能电感B的主绕组Ll的能量经副绕组L2和第二功率二极管D2回馈到辅助电源h中。一般情况下扫描工作脉冲的宽度在1到10毫秒之间。本实用新型的发电装置最大功率点检测跟踪电路的工作原理是在一个确定的能量吸收转换周期里，由功率扫描电路用转换周期的千分之一到百分之一的时间，对发电装置的输出电流从零到最大值进行扫描并转换为对应信号后由扫描电流值输出端输入到峰值检测单元电路的一个输入端；在进行电流扫描的同时亦对发电装置的输出电压进行同步的检测并转换为对应信号后由扫描电压值输出端输入到峰值检测单元电路的另一个输入端，峰值检测单元电路将两路输入信号进行相乘后即得该时间区间里对应的功率，然后检测出最大功率点，并由跟踪单元电路将最大功率点对应的扫描电流值进行保持锁定，并将保持锁定后的电流值作为控制电路在一个能量转换周期内的给定值，该给定值经控制电路转换为信号Upm后输出到功率变换电路的控制端，在Upm信号的控制下，功率变换电路在一个能量转换周期内均以保持锁定的电流值作为基准对发电装置输入的能量进行吸收和转换。只要确立的转换周期时间与外部能量输入的变化时间相比足够小，例如在风能发电中， 若系统的一个能量转换周期时间选定为1秒，而功率扫描时间选定为1毫秒的话，则由于风力发电机组的惯性旋转时间远大于1秒，因此，可认为在1秒时间里风力发电机组的输出功率恒定，换句话说，达到了在每个转换周期内跟踪最大功率的目的。实施例1如图3所示，本实用新型的发电装置最大功率点检测跟踪电路包括功率扫描电路、峰值检测单元电路、跟踪单元电路。其中功率扫描电路已如前述，此处不再赘述；峰值检测单元电路由模拟量乘法电路、微分电路和单限比较电路组成；跟踪单元电路由脉冲整形电路、记忆电路组成。整个电路的连接关系如下发电装置的功率输出端P接功率扫描电路的输入端，模拟量乘法电路的两个输入端分别与功率扫描电路的扫描电压值输出端和扫描电流值输出端相连接，模拟量乘法电路的输出端接微分电路的输入端，微分电路的输出端与单限比较电路的输入端相连接，单限比较电路的输出端作为峰值检测单元电路的输出端接脉冲整形电路的输入端，脉冲整形电路的输出端接记忆电路的采样脉冲输入端，记忆电路的信号输入端接功率扫描电路的扫描电流值输出端，记忆电路的输出端作为跟踪单元电路的输出端，与控制电路的输入端相连接。峰值检测单元电路中的模拟量乘法电路可以由模拟乘法器芯片MC1595及一个增益20dB的电压放大电路串联而成，其作用是将扫描电压值与扫描电流值进行模拟量相乘而求得发电装置的输出功率，只是由于模拟乘法器的芯片特性使乘积值被缩小了 _20dB 倍，故用后级放大电路再增大20dB。峰值检测单元电路中的微分电路由通用运算放大器及电阻、电容组成，作为模拟电子技术中的成熟电路，不再对其电路结构进行详细论述。微分电路的作用是对模拟量乘法电路输出的波形进行微分运算。峰值检测单元电路中的单限比较电路由运算放大器及电阻组成，其作用是将微分波形中的过零点，通过比较方式形成突跳为高电平的波形。跟踪单元电路中的脉冲整形电路由电阻电容组成的微分电路和运算放大器构成的单限比较电路组成，其作用是将峰值检测单元电路中的单限比较电路输出的与发电装置最大功率点对应的电流值上突跳为高电平的电压波形，整形为5微秒宽的脉冲作为记忆电路的采样脉冲。跟踪单元电路中的记忆电路由模拟量的采样保特电路组成，其作用是将采样脉冲出现时刻的扫描电流值进行采样，并在一个能量转换周期内保持不变。实施例2如图4所示，本实用新型的发电装置最大功率点检测跟踪电路包括功率扫描电路、峰值检测单元电路、跟踪单元电路。其中功率扫描电路已如前述，此处不再赘述；峰值检测单元电路由两个A/D转换器、单片机以及相应的软件模块构成；跟踪单元电路由单片机以及相应的软件模块构成。整个电路的连接关系如下发电装置的功率输出端P接功率扫描电路的输入端，功率扫描电路的扫描电压值输出端和扫描电流值输出端分别接两个A/D 转换器的信号输入端，两个A/D转换器的信号输出端分别接单片机的两个数据输入端。峰值检测单元电路软件模块的输出与跟踪单元电路软件模块的输入相连接，跟踪单元电路软件模块的输出与控制电路软件模块的输入相连接。其中，峰值检测单元电路的软件模块和跟踪单元电路的软件模块作为一个整体， 其软件流程图如图5所示扫描开始时刻将数据寄存器清零，两个A/D转换器分别将功率扫描电路的扫描电压值输出端和扫描电流值输出端输出的模拟信号转换为数字量后输入到单片机中，单片机将这两个输入量相乘，然后将相乘结果减去数据寄存器内所存数值，若结果大于零，则表明本次相乘的结果不是功率的极值，因而将本次相乘的结果存入数据寄存器中，然后再取下两个输入数据进行相乘，接着将本次相乘的结果减去前一次的运算结果， 若运算结果仍大于零，则再将本次相乘的结果存入数据寄存器中，然后再取下一组数据进行相乘并进行比较，直到比较结果出现本次数据不大于前一次的数据时，表明前一次相乘的结果即为本周期的最大功率点。由于采样周期很短(通常为10微秒左右)，因此前一次采样点与本次采样点非常接近，实际应用中可以将本次数据中的数字化的扫描电流值存入输出寄存器中，并将该数据在输出寄存器中保持到本次能量转换周期结束为止。因为已找到最大功率点，所以在输出寄存器锁存数据后，功率扫描电路即停止扫描工作，而功率变换电路即开始以发电装置所能提供的最大功率进行能量的吸收和转换， 直到本转换周期结束。为了构成完整的发电输出系统，将控制电路的输出端与D/A转换器的信号输入端相连接，D/A转换器的输出端与功率变换电路的控制端连接，发电装置的功率输出端P接功率变换电路的输入端，功率变换电路的输出端Po接用电负载。其中控制电路由单片机和相应的软件模块构成。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变形而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变形属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形在内。
权利要求1.一种发电装置最大功率点检测跟踪电路，其特征在于包括功率扫描电路、峰值检测单元电路、跟踪单元电路；发电装置的功率输出端接功率扫描电路的输入端，功率扫描电路的扫描电压值输出端和扫描电流值输出端分别接峰值检测单元电路的扫描电压值输入端和扫描电流值输入端，峰值检测单元电路的输出端接跟踪单元电路的一个输入端，功率扫描电路的扫描电流值输出端接跟踪单元电路的另一个输入端，跟踪单元电路的输出端接控制电路的输入端。
2.如权利要求1所述的一种发电装置最大功率点检测跟踪电路，其特征在于所述峰值检测单元电路由模拟量乘法电路、微分电路和单限比较电路组成，所述跟踪单元电路由脉冲整形电路、记忆电路组成；整个电路的连接关系如下发电装置的功率输出端接功率扫描电路的输入端，模拟量乘法电路的两个输入端分别与功率扫描电路的扫描电压值输出端和扫描电流值输出端相连接，模拟量乘法电路的输出端接微分电路的输入端，微分电路的输出端与单限比较电路的输入端相连接，单限比较电路的输出端作为峰值检测单元电路的输出端接脉冲整形电路的输入端，脉冲整形电路的输出端接记忆电路的采样脉冲输入端，记忆电路的信号输入端接功率扫描电路的扫描电流值输出端，记忆电路的输出端作为跟踪单元电路的输出端，与控制电路的输入端相连接。
3.如权利要求2所述的一种发电装置最大功率点检测跟踪电路，其特征在于所述模拟量乘法电路由模拟乘法器芯片MC1595及一个增益20dB的电压放大电路串联而成。
4.如权利要求1所述的一种发电装置最大功率点检测跟踪电路，其特征在于所述峰值检测单元电路由两个A/D转换器、单片机以及相应的软件模块构成，所述跟踪单元电路由单片机以及相应的软件模块构成；发电装置的功率输出端接功率扫描电路的输入端，功率扫描电路的扫描电压值输出端和扫描电流值输出端分别接两个A/D转换器的信号输入端，两个A/D转换器的信号输出端分别接单片机的两个数据输入端，峰值检测单元电路软件模块的输出与跟踪单元电路软件模块的输入相连接，跟踪单元电路软件模块的输出与控制电路软件模块的输入相连接。
5.如权利要求1至4所述的任意一种发电装置最大功率点检测跟踪电路，其特征在于 所述功率扫描电路包括第一功率二极管D1、第二功率二极管D2、辅助电源Es、由主绕组Ll 和副绕组L2构成的储能电感B、电子功率开关管T、取样电阻Ro及上分压电阻Rl和下分压电阻R2，其中主绕组Ll的上端子1与副绕组L2的下端子4为同名端；各元件之间的连接关系为发电装置的功率输出端P与第一功率二极管Dl的阳极及上分压电阻Rl的上端相连，第一功率二极管Dl的阴极与辅助电源h的负极及储能电感B的副绕组L2的下端子4 相连，辅助电源&的正极与第二功率二极管D2的阴极及储能电感B的主绕组Ll的上端子 1相连，第二功率二极管D2的阳极与储能电感B的副绕组L2的上端子3相连，储能电感B 的主绕组Ll的下端子2连接功率开关管T的集电极，功率开关管T的发射极与取样电阻Ro 相连后作为功率扫描电路的扫描电流值输出端，上分压电阻Rl的下端与下分压电阻R2的上端相连后作为功率扫描电路的扫描电压值输出端，取样电阻Ro的下端、下分压电阻R2的下端、外部发电机的功率输出端负极0三点相连后作为本系统的参考地端。
专利摘要本实用新型涉及最大功率点检测跟踪电路，特别涉及发电装置的一种最大功率点检测跟踪电路。本实用新型的一种发电装置最大功率点检测跟踪电路，包括功率扫描电路、峰值检测单元电路、跟踪单元电路。本实用新型的发电装置的一种最大功率点检测跟踪电路，可以对各种发电装置的最大功率点进行检测及跟踪，具有结构简单、锁定时间短、无最大功率点振荡问题等优点。
文档编号G01R21/06GK202110213SQ20112016533
公开日2012年1月11日 申请日期2011年5月23日 优先权日2011年5月23日
发明者卢诚, 张明宇, 洪元富, 聂俊飞, 黎署 申请人:昆明理工大学