光伏并网系统中MPPT常用算法及控制策略

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1、光伏并网系统中MPPT常用算法及控制策略1.1 光伏阵列的电气特性讨论光伏并网系统的控制策略，就必须首先要清楚光伏阵列的V-I，P-V特性，进而提出合理的控制解决方案。1.1.1 光伏电池的等效模型 图1 光伏电池的等效模型图1是光伏电池(Solar Cell)等效模型。它由理想电流源Is、反向并联二极管D、串联电阻Rs和并联电阻Rsh构成。其中Is的值等于电池的短路电流，其大小反映了光伏电池所处环境的日照强度。日照越强，Is越大;反之越小。下式是光伏电池的I V特性关系方程。 理想情况下Rs，可近似为零，Rsh近似为无穷大，则上式可简化为式中,I为工作电流，Io为反向饱和电流，V为电池的输出

2、电压，其余皆为常数。这样，光伏电池的输出功率为：这表明光伏电池的输出功率是日照强度和温度的非线性函数，但是和电流和电压时一种比例关系。1.1.2 光伏电池特性1、光伏器件输出特性为了更好的理解光伏电池的特性，根据上面的结论，光伏电池的非线性函数关系绘制出其在日照不同、结温相同和日照相同、结温不同情况下的光伏电池IV、PV特性曲线，如图2、3所示。(1).电池结温不变，日照变化: 图2 光照强度不同情况下IV、PV特性曲线图2为光伏电池结温不变、日照强度变化情况下的一组IV和PV特性曲线，从图中可以得出以下结论:光伏电池的短路电流随光照强度增强而变大，两者近似为比例关系;光伏电池的开路电压在各种

3、日照条件下变化不大；光伏电池的最大输出功率随光照强度增强而变大，且在同一日照环境下有唯一的最大输出功率点。在最大功率点左侧，输出功率随电池端电压上升呈近似线性上升趋势;到达最大功率点后，输出功率开始快速下降，且下降速度远大于上升速度；如图2(a)所示：在虚线A的左侧，光伏电池的特性近似为电流源，右侧近似为电压源。虚线A对应最大功率点时光伏电池的工作电流，约为电池短路电流的90%；如图2(b)所示：结温一定的情况下，光伏电池最大功率点对应的输出电压值基本不变。该值约为开路电压的76%。(2)电池结温变化，日照不变图3 光伏器件结温变化情况下IV、PV特性曲线图3为光伏电池日照强度不变、结温变化情

4、况下的一组IV和PV特性曲线，从图中可以得出以下结论:如图3(a)所示：光伏电池的结温对光伏电池的短路电流影响不大，随着温度的上升输出短路电流只是略有增加；光伏电池的开路电压随电池结温的上升而下降，且变化范围较大；如图3(b)所示:光伏电池输出功率总的变化趋势与不同日照条件下的功率变化相似。但相同日照情况下其最大输出功率随电池温度的上升而下降，且最大功率点对应的工作电压随温度上升而下降。综上所述，光伏电池的输出功率与它所受的日照强度、环境温度有密切的关系。在不同外部环境情况下，光伏电池的输出功率会有较大的变化。因此光伏发电系统必须采用相关电路和控制方法对输出功率加以控制使其输出最大功率。2、光

5、伏器件不对称特性对于前面给出的公式可以推导出功率对于电压的变化关系，根据该式绘制光伏器件输出电压从零到开路电压对应的dP / dV变化曲线： 图4 光伏器件dP/dV与输出电压关系图4中dP/dV过零点C为光伏器件的最大输出功率点。由该曲线可以得到：光伏器件从短路状态到工作在最大功率点的区间内dP/dV大小基本不变，特性类似于电流源；最大功率点右侧光伏器件dP/dV随光伏器件输出电压的升高而降低，且变为负值。由此可推知：光伏器件在最大功率点两侧由同样的电压变化引起的功率变化是不同的。结合图2和图4可以得出:光伏器件短路时其输出电流最大，工作电压为零，光伏器件输出功率相应为零;在最大功率点左侧虽

6、然光伏器件输出电压不断增加，但dP/dV基本不变，大小近似等于光伏器件的短路电流Is，光伏器件的输出功率与输出电压成线性关系;当光伏器件的输出功率接近最大功率点时，dP/dV快速下降直到零，该过程中光伏器件的输出功率随输出电压上升而增加但速度变慢，当dP/dV=0时光伏器件工作在最大功率点;随着光伏器件输出电压的进一步增加，光伏器件工作在最大功率点右侧，dP/dV变为负值并快速下降，光伏器件输出功率也从最大值快速下降。1.2 光伏电池最大功率点跟踪控制方法光伏电池最大功率点的跟踪算法比较典型的有：定电压跟踪法(CVT，Constant voltage Tracking)，扰动观测法(P&O，P

7、erturbation and observation method)，导纳增量法(Incremental conductance method)，在此之上还有改进的是：变步长导纳增量法，基于模糊控制的MPPT方法，基于预测数据的MPPT方法，基于差分方程解的MPPT方法。1.2.1 MPPT控制基本目标与工作原理由于光伏器件的输出功率随外部环境变化而变化，因此光伏发电系统普遍采用MPPT电路和相应的控制方法提高对光伏器件的利用效果。假定电池的结温不变，光伏器件的特性曲线如图5所示。图5 MPPT工作原理示意图图中曲线I、H分别对应不同日照情况下光伏器件的IV特性曲线，A、B分别为不同日照情况

8、下光伏器件的最大输出功率点，负载1、负载2为两条负载曲线。当光伏器件工作在A点时，日照突然加强，由于负载没有改变，光伏器件的工作点转移到A，点。从图中可以看出，为了使光伏器件在特性曲线I仍能输出最大功率，就要使光伏器件工作在特性曲线I上的B点，也就是说必须对光伏器件的外部电路进行控制使其负载特性变为负载曲线2实现与光伏器件的功率匹配，从而使光伏器件输出最大功率。1.2.2 定电压跟踪法(Constant Voltage Tracking，CVT)定电压跟踪法(Constant Voltage Tracking，CVT)是利用光伏器件输出最大功率时工作电压(MPPT)与开路电压Vo存在近似的比例

9、关系这一特性进行控制的一种最大功率点跟踪控制方法。该特性由图2(b)光伏器件的PV特性曲线也可看出。定电压跟踪法(Constant Voltage Tracking，CVT)虽优点：控制简单，缺点：但其最大功率点电压与Vo的比例关系是在电池结温不变的情况下推出的，而实际工作中Vo是随温度变化而变化的，在光伏阵列的功率输出随着温度变化的情况下，如果仍然采用恒定电压跟踪(CVT)控制策略，阵列的输出功率将会偏离最大功率输出点，产生较大的功率损失。特别在有些情况，太阳能电池的结温升高比较明显，导致阵列的伏安曲线与系统预先设定的工作电压可能不存在交点，引起系统振荡。对于那些季节或晨午温差比较大的地区，

10、温度对整个光伏阵列的输出将会产生比较大的影响，如果仍然采用CVT控制策略就只能通过降低系统的效率来保证其稳定性。如图3(b)所示。不同厂家的产品由于所用晶硅材料的差异会造成最大功率点电压与Vo的比例关系有所不同，因而导致控制精度下降。实验表明：固定电压法在相同测试条件下，光伏器件的输出功率至多为理论最大输出功率的88%，低于其它最大功率点控制方法。虽然该方法控制精度低，但是因其原理简单、易于实现，通常用于功率较小、日照情况稳定的工作场合。1.2.3 扰动观察法(P&O，Perturbation and observation method)上式是光伏器件在最大功率点两侧dP/dV的特性表达式。

11、式中dP、dV分别代表相邻两个采样周期光伏器件的输出功率和输出电压的变化。扰动观察法(P&O，Perturbation and observation method)就是利用光伏器件这一特性进行最大功率点跟踪控制的。该方法通过不断调节光伏器件MPPT电路的工作状态来比较电路调整前后光伏器件输出功率和输出电压的变化情况，再根据变化情况调整MPPT电路的工作，最后使光伏器件工作在最大功率点附近，图6为该方法的控制流程图，光伏系统控制器在每个控制周期用较小的步长改变光伏阵列的输出，方向可以是增加也可以是减小，控制对象为光伏阵列输出电压或电流，这一过程称为“干扰”；然后，通过比较该干扰周期前后光伏阵列

12、的输出功率，如果输出功率增加，那么按照上一周期的方向继续“干扰”过程；如果检测到输出功率减小，则改变“干扰”的方向。这样，光伏阵列的实际工作点就能逐渐接近当前最大功率点，最终在其附近的一个较小范围往复达到稳态。如果采用较大的步长进行“干扰”，这种跟踪算法可以获得较快的跟踪速度，但达到稳态后的精度相对较差，较小的步长则正好相反。较好的折衷方案是控制器能够根据光伏阵列当前的工作点选择合适的步长，例如，当已经跟踪到最大功率点附近时采用小步长。 图6 扰动观察法工作原理图对干扰观测法的优点总结如下：(1).模块化控制回路；(2).跟踪方法简单，实现容易；(3).对传感器精度要求不高。缺点为：(1).在

13、光伏阵列最大功率点附近振荡运行，导致一定功率损失；(2).跟踪步长的设定无法兼顾跟踪精度和响应速度；(3).在特定情况下会出现判断错误情况。1.2.4 电导增量法增加电导法也是常用的一种MPPT控制方法，是对扰动观察法的改进。其控制思想与扰动观察法类似，也是利用dP/dv的方向进行最大功率点跟踪控制，只是光伏器件工作在最大功率点时控制有所不同。由最大功率点处的光伏器件特性dP/dV，可推导公式:即：则可以由来实现最大功率点的跟踪。当 ，增加阵列的参考工作电压Vref；当 ，减小阵列的参考工作电压Vref；当 ，阵列的参考工作电压Vref不变。上式即为要达到最大功率点的条件，即当输出电导的变化率

14、等于输出电导的负值时，阵列工作于最大功率点。这种跟踪方法的优点是当环境条件发生变化时，能够快速跟踪其变化，并且阵列电压摆动较扰动观察法小；缺点是算法较复杂，并且在用数字方法实现时，对最大功率点的判断容易出现误差。其常用的算法程序流程图见图7所示。图7 电导增量法的示意图1.2.5 一个MPPT的简单系统模型给出一个简单的MPPT控制模型，如下图所示，MPPT控制模型不断地给阵列输出电压的脉宽以增量( )。设测得阵列当前的输出功率为 ， 被存储的前一时刻的记忆功率为 , 若通过乘法器测得有： , 则取 后再测、再比、再修改脉宽；反之, 若测得有: 则取 后再测、再比、再修改脉宽。如此可实时搜索到

15、阵列的最大输出功率点并动态地保持它。在进行寻优搜索的程序流程(略) 中引入了一个参考电压Uref, 是为了让U d 不断地跟踪它, 在寻优过程中不断地更新Uref使它逐渐逼近相应于阵列最大功率点的电压Um ,U jj为前两次的阵列电压采样值。由于阵列特性的I = f (U ) 关系是一个单值函数, 因此只要保证阵列的输出电压在任何太阳辐照度及温度下都能实时地保持为与该太阳辐照度及温度相应的Um 值, 就一定可以保证阵列在任何瞬间都输出其最大功率。1.3 光伏并网系统的基本系统模型以及控制模型在本节中，给出一种光伏并网系统的最基本的系统模型以及控制模型，该模型来自科技部“十五”科技攻关项目“大型

16、光伏并网电站”采用的系统。合肥工大能源研究所以此系统模型设计研制了一台20kW 光伏并网逆变器，可以作为我们的参考。1.3.1 系统基本模型该光伏并网逆变器主电路采用电压型逆变的拓扑结构，如图8所示。图8主电路拓扑结构系统采用三相桥的电路结构，逆变电压通过电感与电网相连，实现光伏系统的并网运行。并网运行模式下，系统的控制目标是使逆变器输出之正弦波电流的频率和相位与电网电压的频率和相位相同，电流的大小由光伏阵列输出的功率决定。由该电路给出该电路的系统模型，如图9所示。 图9 系统控制模型1.3.2 系统控制策略由图9所示，反馈的电流将通过电容C进入MPPT控制，那么反馈的直流方程应该为：其中 为

17、比较电流， ， ， 为上桥臂的开关状态(和徐姐SVPWM的介绍定义一致)，而 为三相汇流的电流，分别和a, b, c三路的开关状态有关。为了分析方便，在这里我忽略对于PWM高次谐波的讨论，根据文献，可以将开关函数， ， ，看成是角频率为 ，相角为 ，幅值为 的正弦函数，如果只考虑开关函数的基波分量， ， ，则有，考虑到电网相电压与电网相电流的夹角 ， 当只考虑开关函数的基波分量时，则有 = 即和系统框图中的 相对应。取并网电流为状态变量，对于a 相电流有 式中， 为线路内阻。对方程做拉式变换，其中 为系统的滤波器传递函数。忽略功率器件的非线性影响，SPWM 控制方式下的桥式逆变环节可视为一个高

18、增益的小惯性环节，该环节的传递函数为电流环一般采用PI 控制方式，可以得出并网逆变系统的PI 控制系统结构图，如图10所示。对控制系统而言，Ua 为电网电压，可视为系统的扰动输入，I*为电流指令值。 图10 电流环的PI控制由图10 可知，扰动Ua 对于系统的输出Ia 的影响为，式中 是系统的开环传递函数，扰动Ua 作用下的误差为从控制原理来看，这里的前馈补偿实际上是采用开环控制方式去补偿可测量的扰动信号，因此前馈补偿不会改变控制系统的特性；从抑制扰动的角度来看，前馈控制可以减轻反馈控制的负担，反馈控制系统的增益可以取得小一些，这利于系统的稳定性。前馈补偿后的控制系统如图5 所示，此时，扰动作

19、用下的误差为 若令 ，则 ，那么从理论上达到了全补偿的要求。如图11所示，就给出了带前馈补偿的控制系统，也就是图9总系统模型的PI控制的原理，这样我们就简单的对于逆变器的系统控制策略有了认识。 图11 带前馈补偿的控制系统1.4 合肥阳光光伏逆变电源产品的控制技术介绍1.4.1 逆变器工作模式以50K3产品为例，合肥阳光的产品一般包括“启动中”，“运行”，“故障”，“紧急停机”，“按键关机”，“待机”等几个状态。如图12所示，l 启动中：此模式是指初次安装完毕，直流输入和交流输出端子均正常连接，所有断路器均闭合，上电准备并网发电。此模式仅在初次启动时出现。l 运行：在此模式下，逆变器正常工作，

20、将光伏阵列的直流电变为交流电并入电网。l 故障当光伏发电系统出现故障时，逆变器会停止运行并进入故障状态，故障原因会显示在触摸屏上供用户查看。系统此时持续监测故障是否清除，如果故障未消除，则保持待机状态；如果故障清除，且其他运行条件均满足，5分钟以后重新并网发电。在此期间，若认为敢于通过液晶操作开机，则必须通过液晶先确认关机清除保护程序，再开机。l 紧急停机所谓紧急停机模式是指人为的通过按下紧急停机开关或将启停旋钮指向“STOP”位置来控制逆变器关机。若在紧急停机后，需要再次开机。必须先弹开紧急停机按钮，确认启停开关指向“START”位置，再通过液晶先执行关机命令来清除紧急停机保护程序，再通过液

21、晶开机，机器才能正常工作。若没有关机确认清楚紧急停机保护程序，直接按开机，机器没有反应属正常情况。l 按键关机所谓按键关机模式是指人为的通过触摸屏发出关机命令来控制逆变器关机。l 待机在运行后，如果直流侧电流很小并保持3分钟后，逆变器从运行转为待机状态，封锁PWM信号输出。在待机模式下逆变器不断检测光伏阵列是否有足够的能量，当达到并网发电条件是逆变器从待机模式转入运行模式。图12 工作模式的有限状态机转换1.4.2 通信控制方式及数据采集功能合肥阳光的逆变器一般采用3种通信方案，即：数据采集器通过RS485监控，PC机通过RS485监控，数据采集器和PC机通过RS485监控。如图13，14，1

22、5所示。图13数据采集器通过RS485监控图14 PC机通过RS485监控图15数据采集器和PC机通过RS485监控由上面的通讯方案可以看出，数据采集控制器可以控制多个逆变器也可以控制单个逆变器。采集器具有以下的特性：1. 远程控制与检测；2. 通过RS485，RS232或以太网和上位机通讯；3. 内置数据存储器；4. 数据采集与存储方便；其主要的功能包括：1. 汇总信息与设备通讯：电站发电总量，二氧化碳减排量，天发电量，输出总功率，以及电站中逆变器的总台数。所有显示的数据均为数据采集器采集到的所有逆变器的相关数据汇总而成。2.设备状态：包括设备总台数，以及各别设备的地址。3.故障目录：可以查

23、询到相应的逆变器最近故障的20条记录，包括发生的类型和时间(直流过压，直流欠压，直流过流，交流过压，交流欠压，频率异常，孤岛效应，温度异常，DPS异常，接地异常，模块异常)。4日期时间，密码设置，恢复出厂值等功能。合肥阳光同样提供了软件监测的解决方案：1.SunInfo Insight 单机/多机版监控显示软件：性能特点：系统详细运行参数故障计录及报警具有电量累计功能，系统分析功能，历史记录功能简单易用的参数设置功能技术参数：电站监控信息： 逆变器列表，当日总发电量，历史总发电量，当前总功率设备监控信息(单台)：交流电压，交流电流，直流电压，直流电流，设备温度，当天发电量，总发电量，故障信息，

24、交流频率，功率因数，交流功率，当日功率曲线图和当月发电量柱状图电网信息：电网电压 ，电网频率故障告警及历史故障报告：和硬件实现的功能类似2.SunInfo Bank 光伏电站实时数据在线监控网站其功能和SunInfo Insight基本相似，不再赘述。备注：关于对无变压器设计的趋向的查阅无变压器设计的最大优势在于其效率高，减小设备布线数量，可以大幅降低成本。它的使用范围为单个逆变器100KW以下的场合中使用。但是也有一定的缺点例如共模干扰，还有以下其他的问题(援引论文原文)1、人员安全隐患：太阳能电池板一端不能够做接地保护，操作安全隐患很大；2、设备安全隐患：直流电可能窜入交流电网，交流电也可

25、能窜入太阳能电池板； 3、太阳能电池板的对地电容无法释放，存在隐患。一个让人来使用的工业产品，从来都不是效率第一，而应该是安全第一。这就是为什么全球各国在逐步禁止无隔离变压器的产品在并网原因。在当前器件材料没有重大突破情况下，当标示的光伏并网逆变电源效率高达97%98%时，一定是以下两种情况：1、输入与输出没有电气隔离装置；2、在计算效率时，把输出到电网的无功功率也计入分子，从而得到的数值很高。国内高品质电源企业大多都在通信行业。做通信行业电源的企业，一旦做光伏并网逆变电源，绝大多数都会选择高频隔离变压器的技术方案，因为，这是电源的发展趋势。ARM的太阳能发电控制系统功率研究摘要:设计了基于A

26、RMLPC2131的驱动系统，自动跟踪太阳光直射方向来提高光伏电池的效率，并采用了改进的步进式扰动观察算法来寻找太阳电池阵列的最大功率点，使系统在任何温度和日照条件下都能获得太阳电池的最大功率。实践证明，该系统精确地跟踪了各种情况下的太阳光变化，并将光伏电池的实际转换率提高到30以上。引言目前，我国国内太阳能自动跟踪器主要有：压差式太阳能跟踪器，控放式太阳跟踪，时钟式太阳跟踪器，比较控制式太阳跟踪器。纯机械式的跟踪器和时钟式的机电跟踪器精度偏低，本系统采用了精度相对较高的光敏电阻控制的双轴太阳跟踪器的控制方式使光伏电池始终朝向太阳;在天黑后，能够使电池板重新朝向东方，实现日循环运行。太阳能发电

27、控制系统传感器结构该跟踪器的传感器结构见图1。设置一个圆筒形外壳，在圆筒外部东、南、西、北四个方向上分别布置4 只光敏电阻;其中P1、P3 东西对称安装在圆筒的两侧，用来粗略的检测太阳由东往西运动的偏转角度即方位角;P2、P4 南北对称安装在圆筒的两侧，用来粗略检测太阳的视高度即高度角;在圆筒内部，东、南、西、北四个方向上也分别布置4 只光敏电阻，用来精确检测太阳由东往西运动的偏转角度和太阳的视高度。图1 传感器结构示意图立柱转动式跟踪器跟踪器的结构见图2。步进电机1固定在底座上，主轴及其支撑轴承安装在底座上面(主轴相对于底座可以转动)，转动架以及支架固定安装在主轴上，光伏电池、步进电机2 安

28、装在支架上面(光伏电池相对于支架可以转动)，步进电机2 的输出轴连接在光伏电池上。图2 立柱转动式跟踪器示意图当光线发生偏移，控制部分发出控制信号驱动步进电机 1 带动转动架以及固定在转动架上的主轴、支架以及光伏电池转动;同时控制信号驱动步进电机2 带动光伏电池相对与支架转动，通过步进电机1、步进电机2 的共同工作实现对太阳方位角和高度角的跟踪2。MPPT控制器光伏电池的输出功率与它的工作电压有关(U-P曲线一般呈先上升后下降的光滑曲线，中间的某个电压值取得最大功率)，只有工作在最合适的电压下，它的输出功率才会有个唯一的最大值。如：在日照强度为1000W/m2 下，U=24V，I=1A;U=3

29、0V，I=0.9A;U=36V，I=0.7A;可见30V的电压下输出功率更大。MPPT(最大功率点跟踪)控制器主要功能是:检测主回路直流电压及输出电流，计算出太阳电池阵列的输出功率，并实现对最大功率点的追踪 3。图 3为实际应用扰动与观察法来实现最大功率点追踪的示意图。图3 MPPT控制实现示意图扰动电阻 R 和MOSFET 串连在一起，在输出电压基本稳定的条件下，通过改变MOSFET的占空比，来改变通过电阻的平均电流，因此产生了电流的扰动4。同时，光伏电池的输出电流和输出电压亦将随之变化，通过测量扰动前后光伏电池输出功率和电压的变化，以决定下一周期的扰动方向，当扰动方向正确时太阳能光电板输出

30、功率增加，下一周期继续朝同一方向扰动，反之，当太阳能光电板输出功率减少时，表示扰动方向错误，下一周期朝反向扰动，如此反复进行着扰动与观察来使太阳能光电板输出达最大功率点。系统硬件设计系统的主控制电路在整个设计中占有重要地位，它主要对主回路进行控制，保证 MPPT 算法有效实现，使 DC/DC 变换保持恒压输出，且与 LCD 的人机接口通信。它还在对蓄电池充放电的控制电路起着重要的作用。首先它对光伏电池功率的有效跟踪，使得蓄电池的充电可以得到最大功率的恒压电流。从而避免了光伏电池能量的浪费。其次，主控制器控制的恒压电流也使设计恒压充电的充放电电路变的容易。系统结构框图如图4所示。图4系统结构框图

31、驱动电路光敏电阻采用的型号为GM5516,亮电阻：5-10 K ，暗电阻：200K 以上。系统通过对4对8路(R1对应图1中的P1,R2对应图1中的P3，R3-R8同理)光敏电阻即时进行A/D采集，将所采集的模拟量转化为数字量，判断方位角和俯仰角的变化，并通过I/O(OUT1-OUT8)给步进电机1个正转或反转脉冲， 控制步进电机转向正确的方向，然后继续进行A/D采集和控制，直到信号差在一定范围之内，此时光伏电池正对太阳。电路示于图5和图6。图5 光敏电阻采集电路图6 步进电机驱动电路步进电机57BYG007，GSP-24RW-046，皆为四相八拍。OUT1、OUT2、OUT3、OUT4依次取

32、高电平，ULN2803(步进电机驱动芯片，集电极输出)的1脚到4脚依次为高电平，这样就给步进电机1(57BYG007)正转一步的脉冲信号，步进电机正转1.8度;反之，OUT4、OUT3、OUT2、OUT1依次取高电平，步进电机反转1.8度，GSP-24RW-046驱动原理与之相同。DC/DC、MPPT电路系统所采用光伏电池正常工作电压10-14V，工作电流1A左右，所采用的蓄电池为12V-7AH，由于 12V的蓄电池一般需要13-15V的电压为之充电，而光伏电池如果不经过DC/DC处理，无法保证为蓄电池稳压充电。因此通过BOOST升压电路将光伏电池电压升高20V(大功率步进电机需要较大电压，此

33、处可以为将来系统升级做准备)，然后降压到14V为蓄电池稳压充电5，电路图如图7所示。图7 DC/DC及MPPT电路图7电路左端为光伏电池，右端输出电压为Uo(图7的Uo为图8的Uin)，我们需要得到右端Uo=20V。首先通过并联50K、10K电阻组成的电路，并对10K电阻两端A/D采集，采集电压Uad1，间接得到蓄电池两端电压Uin=6Uad1;Uo要求为20V, 通过Uo = Uin/(1-D)可计算出需要的D(Q1的占空比),输出控制PWM1波形，由于所采用的大功率MOSFET驱动电压要求15V,所以PWM1需要经过上拉电压15V和光耦开关组合后对Q1控制，不是简单的控制Q1。通过R5、R

34、6组成的电路采集R6两端电压Uad2，间接得到Uo=6 Uad2，将Uo与20V比较，即时调整实际的D，使得D=D-D或D=D+D(D取PMW脉冲周期的5%)，然后延时、采集、判断，直到得到精确的占空比D，能够准确输出电压Uo=20V。在输出电压基本稳定的基础上，设置Q4的PWM2，改变R7扰动电阻的占空比，来改变输出电流，通过对R8两端电压的A/D采集，采集电压Uad3，得到电路总电流I=Uad3/R8,因此得到太阳能电池输出总功率P=UinI(因为电路是电流连续工作，电感上的纹波电流可以小到接近平滑的直流电流，C1电流可忽略，甚至电容C1可除去，且光伏电池左端的采集电阻相当大，电流极小，亦

35、可忽略)，改变光伏电池即时输出实际功率，来实现MPPT。蓄电池充放电控制电路白天，光伏电池需要为蓄电池充电，以便蓄电池能够晚间对负载(路灯)供电，并且步进电机的工作电能也需要由光伏电池提供(若光伏电池的功率不足以带动电机，说明日照极差，无需转动电机)，ARM板必须连续供电，白天由光伏电池供电，夜间由蓄电池供电，这一套充放电控制电路需要用到2个继电器，一个是控制蓄电池充电和放电，另一个控制ARM板的工作电压由光伏电池提供还是蓄电池提供，电路如图8所示。图8 蓄电池充放电控制电路电路右端Uin=20V作为输入电压， 通过BUCK降压电路将电压降到14V为蓄电池充电，Uo=UinD,要得到14V电压

36、，设置Q2的占空比为70%。白天：2个继电器皆为常开状态A,光伏电池为步进电机和ARM供电(采用7805稳压管降压到5V)，并为蓄电池充电，蓄电池正极接反相截至二极管，保证充电同时不放电。夜间(或日照极差，由光敏电阻判断)：继电器1、2被吸合到B,步进电机停止工作，蓄电池为ARM供电，并带动负载(路灯)工作。系统软件设计本系统主要的控制作用都是由主控制软件实现的，主要包括：A/D模块，DC/DC 模块，MPPT 及蓄电池充放电控制等。系统重点在硬件设计，软件设计相对较简单，主程序流程图如图 9所示。图9 主程序及主控后台程序流程图结语整个系统以ARM LPC2131 为核心对 DC/DC、 MPPT、蓄电池组充放电进行控制，采用最大功率点的跟踪，使光伏电池工作在最佳状态，使光伏电池的实际转换率由10% 提高到30%。系统通过自动跟踪测试，达到预期的性能指标，控制精度高，已由公司制作成品，并计划批量生产。它的制作简单、成本低、实用性强，这对于我国广阔的太阳能资源丰富地区，有着非常广阔的应用前景。