一種基于mppt的光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于MPPT的光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由光伏MPPT控制系統(tǒng)端和無線通信監(jiān)控系統(tǒng)端兩部分組成；光伏MPPT控制系統(tǒng)端包括光伏電池、MPPT主控制器、DC/DC變換器、蓄電池、DC/AC逆變器；光伏電池的輸出端分別與MPPT主控制器以及DC/DC變換器的輸入端連接，DC/DC變換器的輸出端與蓄電池組連接，蓄電池組的輸出端與DC/AC逆變器的輸入端連接；MPPT主控制器的輸出端與DC/DC變換器的輸入端連接，MPPT主控制器與WIFI通信模塊雙向連接，WIFI通信模塊與近設(shè)備端無線路由器雙向連接，近設(shè)備端無線路由器與轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器雙向連接，轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器的輸出端分別與遠(yuǎn)設(shè)備端無線路由器以及4G服務(wù)器站點的輸入端連接，遠(yuǎn)設(shè)備端無線路由器和4G服務(wù)器站點同時接入便攜移動設(shè)備。本實用新型實現(xiàn)便攜移動設(shè)備遠(yuǎn)程光伏發(fā)電監(jiān)控功能。
【專利說明】
一種基于MPPT的光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種基于MPPT的光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)，具體涉及利用移動設(shè)備對光伏發(fā)電自適應(yīng)MPPT方式的實時監(jiān)測、定量分析。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國大力發(fā)展新能源發(fā)電的建設(shè)，我國電網(wǎng)正在逐步形成具有大規(guī)模、大容量、高電壓等特征的分布式電源并網(wǎng)模式，逐步建立起具有信息化、自動化、互動化特征的全國互聯(lián)新能源電網(wǎng)。如何保證這種大規(guī)模電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行，是我國電網(wǎng)面臨的頭號挑戰(zhàn)。而太陽能的開發(fā)利用是最終解決能源短缺、環(huán)境污染和溫室效應(yīng)等問題的有效途徑。在新能源的光伏陣列發(fā)電環(huán)節(jié)實現(xiàn)智能光電轉(zhuǎn)換，并把太陽能電池發(fā)出的直流電快速有效的轉(zhuǎn)換成符合入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的交流電與電網(wǎng)聯(lián)結(jié)，將是保障智能光伏發(fā)電安全的重要手段，通過對光伏發(fā)電運行狀態(tài)的在線實時監(jiān)測，實施對光伏發(fā)電運行狀態(tài)的管理，對預(yù)防和減少能量損耗發(fā)生，提高光伏發(fā)電的安全性、可靠性、穩(wěn)定性可起到十分重要的作用。
[0003]如何采用更為可靠和高效的最大功率點跟蹤控制策略，使太陽能電池板更加有效地將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，是光伏發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)之一。而并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)MPPT研究還處于初級階段，擾動觀測法由于實現(xiàn)簡單，需要測量的參數(shù)少，是目前光伏系統(tǒng)中最為常見的MPPT方法。但該方法在系統(tǒng)達(dá)到最大功率點后會在其左右振蕩，造成較大的能量損耗，所以研發(fā)設(shè)計一種能克服上述不足的自適應(yīng)占空比擾動法具有一定的創(chuàng)新性和實用價值。
[0004]通過對太陽能光伏電池的輸出特性和最大功率點跟蹤控制算法的研究，需要設(shè)計一款采用自適應(yīng)區(qū)間擾動MPPT算法的控制系統(tǒng)。為了保證太陽能光伏發(fā)電的安全穩(wěn)定運行，需要有一個完善的監(jiān)控系統(tǒng)對光伏陣列控制系統(tǒng)進(jìn)行有效監(jiān)控，光伏控制系統(tǒng)作為光伏發(fā)電引入并網(wǎng)中的重要組成部分，它的正常工作與否直接影響著MPPT控制的安全穩(wěn)定運行。因此，對光伏陣列控制系統(tǒng)的監(jiān)控是整個電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的重中之重。為了克服現(xiàn)有技術(shù)上的不足，解決光伏控制系統(tǒng)人工巡視的方法不能及時發(fā)現(xiàn)安全跟蹤隱患的問題，從而實現(xiàn)光伏控制系統(tǒng)運行安全狀態(tài)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測，便可及時準(zhǔn)確地監(jiān)測其運行狀態(tài)的變化，

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型提供一種基于MPPT的光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)，本實用新型通過兩級變換結(jié)構(gòu)的光伏發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)對光伏電池陣列最大功率點跟蹤，該裝置跟蹤迅速，能夠減少系統(tǒng)在最大功率點附近的振蕩。
[0006]本實用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種基于MPPT的光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由光伏MPPT控制系統(tǒng)端和無線通信監(jiān)控系統(tǒng)端兩部分組成；
[0008]光伏MPPT控制系統(tǒng)端包括光伏電池、MPPT主控制器、DC/DC變換器、蓄電池組、DC/AC逆變器；
[0009]所述無線通信監(jiān)控系統(tǒng)端包括WIFI通信模塊、近設(shè)備端無線路由器、轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器、遠(yuǎn)設(shè)備端無線路由器、4G服務(wù)器站點、便攜移動設(shè)備；其中，光伏電池的輸出端分別與MPPT主控制器以及DC/DC變換器的輸入端連接，DC/DC變換器的輸出端與蓄電池組連接，蓄電池組的輸出端與DC/AC逆變器的輸入端連接;MPPT主控制器的輸出端與DC/DC變換器的輸入端連接，MPPT主控制器與WIFI通信模塊雙向連接，WIFI通信模塊與近設(shè)備端無線路由器雙向連接，近設(shè)備端無線路由器與轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器雙向連接，轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器的輸出端分別與遠(yuǎn)設(shè)備端無線路由器以及4G服務(wù)器站點的輸入端連接，遠(yuǎn)設(shè)備端無線路由器和4G服務(wù)器站點同時接入便攜移動設(shè)備。
[0010]上述MPPT控制系統(tǒng)端采用一個PI環(huán)節(jié)作為調(diào)制信號連接到MPPT主控制器來對信號進(jìn)行隔離放大，控制DC/DC變換器的電器開關(guān)狀態(tài)。
[0011]上述DC/DC變換器為一個BOOST電路;DC/AC逆變器為高頻或工頻逆變器。
[0012]上述轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器端開設(shè)二個端口，其中一個端口與遠(yuǎn)設(shè)備端無線路由器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；另一端口與4G服務(wù)器站點進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
[0013]本實用新型一種基于MPPT的光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)，技術(shù)效果如下:
[0014]I)本實用新型在擾動觀測法的基礎(chǔ)上，提出一種能克服以往不足的改進(jìn)自適應(yīng)占空比擾動法，采用兩級變換結(jié)構(gòu)的光伏發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)對光伏電池陣列最大功率點跟蹤，該方法跟蹤迅速，能夠減少系統(tǒng)在最大功率點附近的振蕩。
[0015]2)光伏發(fā)電系統(tǒng)包括DC/DC和DC/AC兩級，兩極式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的前后級具有獨立的控制手段和目標(biāo)，無需同步，可以分開設(shè)計，控制環(huán)節(jié)比較容易設(shè)計和實現(xiàn)。
[0016]3)在輸入MPPT主控制器前檢測到的光伏電壓與參考值相比較，差值經(jīng)過一個PI環(huán)節(jié)作為調(diào)制信號，該調(diào)制信號與固定頻率波形比較，結(jié)合DC/DC器產(chǎn)生的PffM開關(guān)控制信號占空比D，從而實現(xiàn)了改進(jìn)的自適應(yīng)占空比擾動法，提高系統(tǒng)的跟蹤速度和精度。
[0017]4)為了保證光伏發(fā)電端重要環(huán)節(jié)的安全、穩(wěn)定運行，采用串口轉(zhuǎn)WIFI模塊和移動便攜設(shè)備通過云服務(wù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)便攜設(shè)備遠(yuǎn)程光伏發(fā)電監(jiān)控功能，有利于及時掌握采用自適應(yīng)區(qū)間MPPT光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能參數(shù)測試和結(jié)果分析。
[0018]5)基于設(shè)計系統(tǒng)的整體模型采用4G無線移動通信技術(shù)，將各種監(jiān)控信息的相關(guān)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，管理各種監(jiān)控信息，并向系統(tǒng)客戶提供各種應(yīng)用服務(wù)，用戶可以通過便攜式工具遠(yuǎn)程獲取發(fā)電信息，使設(shè)備安全穩(wěn)定運行。
[0019]6)利用遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺主要提供的用戶發(fā)電信息，以便實時了解工作情況和維修，發(fā)電端采用WIFI通信方式，通過無線路由器發(fā)送并接收信息，再將所有的數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)發(fā)云服務(wù)器。
【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0021]如圖1所示，所述監(jiān)控系統(tǒng)主要由光伏MPPT的控制系統(tǒng)端和無線通信監(jiān)控系統(tǒng)端組成，前控制端由光伏電池I與MPPT主控制器2和DC/DC變換器3直接相連，首先檢測光伏電池陣列的電壓和電流。根據(jù)提出的自適應(yīng)占空比方法得到最大功率點的參考電壓Uref與檢測的光伏電池電壓相比較，光伏發(fā)電MPPT控制系統(tǒng)端經(jīng)過一個PI環(huán)節(jié)作為調(diào)制信號連接到MPPT主控制器2，該調(diào)制信號與固定頻率的波形比較產(chǎn)生PffM開關(guān)控制信號D，再利用MPPT主控制器2對控制信號進(jìn)行隔離放大，控制DC/DC變換器3的電器開關(guān)狀態(tài)。光伏發(fā)電系統(tǒng)包括DC/DC變換器3和DC/AC逆變器5兩個環(huán)節(jié)，作為第一級的DC/DC變換器3為一個BOOST電路，BOOST電路的另一個作用是對太陽能電池輸出電壓進(jìn)行升壓(因為太陽能電池陣列輸出的直流電壓比較低，通常低于電網(wǎng)電壓的峰值)，通過對調(diào)整BOOST電路中功率開關(guān)器件的占空比D來控制光伏電池陣列的MPPT。經(jīng)過BOOST電路后的輸出電壓進(jìn)行升壓后利用蓄電池組4進(jìn)行儲能，通常低于電網(wǎng)電壓，蓄電池組4接入單向高頻逆變器即可正常工作。作為第二級的DC/AC逆變器5為高頻或工頻逆變器，目的是將太陽能電池輸出的直流電變換成交流電，主要控制輸出電流使其與電網(wǎng)電壓同頻同相，功率因數(shù)近似為I，向電網(wǎng)輸送有功功率。通過不斷的調(diào)節(jié)開關(guān)器件的占空比，實現(xiàn)光伏電池陣列最大功率跟蹤。
[0022]所述后控制端MPPT主控制器2負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)MPPT充電和WIFI通信模塊6，發(fā)電系統(tǒng)終端的無線通信硬件采用WIFI轉(zhuǎn)串口模塊6，里面可配置轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器8的域名或IP、端口號等，兩者通過單片機(jī)控制并結(jié)合利用近設(shè)備端無線路由器7，將封裝好的一個數(shù)據(jù)幀在這個模塊的串口進(jìn)行上傳。轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器端8開設(shè)二個端口，其中一個端口與遠(yuǎn)設(shè)備端無線路由器9進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，主要方便與光伏發(fā)電端的數(shù)據(jù)通信；另一端口與4G服務(wù)器站點10進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，主要方便與手機(jī)端的數(shù)據(jù)通信。通常用戶在便攜移動設(shè)備端安裝手機(jī)APP，通過4G服務(wù)器站點或WIFI路由器的遠(yuǎn)設(shè)備端無線路由器9連接轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器8，發(fā)送數(shù)據(jù)接收請求。
[0023]MPPT主控制器2可以為單片機(jī)或嵌入式系統(tǒng)。
[0024]申請公布號為CN105259971 A的中國專利公開了一種優(yōu)化的MPPT算法，將該算法燒入MPPT主控制器2中可直接使用。
[0025]采用上述結(jié)構(gòu)，本實用新型通過兩級變換結(jié)構(gòu)的光伏發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)對光伏電池陣列最大功率點跟蹤，該裝置跟蹤迅速，能夠減少系統(tǒng)在最大功率點附近的振蕩。
【主權(quán)項】
1.一種基于MPPT的光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)主要由光伏MPPT控制系統(tǒng)端和無線通信監(jiān)控系統(tǒng)端兩部分組成； 所述光伏MPPT控制系統(tǒng)端包括光伏電池(I)、MPPT主控制器(2)、DC/DC變換器(3)、蓄電池組(4)、DC/AC逆變器(5); 所述無線通信監(jiān)控系統(tǒng)端包括WIFI通信模塊(6)、近設(shè)備端無線路由器(7)、轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器(8)、遠(yuǎn)設(shè)備端無線路由器(9)、4G服務(wù)器站點(10)、便攜移動設(shè)備(11);其中，光伏電池(I)的輸出端分別與MPPT主控制器(2)以及DC/DC變換器(3)的輸入端連接，DC/DC變換器(3)的輸出端與蓄電池組(4)連接，蓄電池組(4)的輸出端與DC/AC逆變器(5)的輸入端連接；MPPT主控制器⑵的輸出端與DC/DC變換器⑶的輸入端連接，MPPT主控制器(2)與WIFI通信模塊(6)雙向連接，WIFI通信模塊(6)與近設(shè)備端無線路由器(7)雙向連接，近設(shè)備端無線路由器(7)與轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器(8)雙向連接，轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器(8)的輸出端分別與遠(yuǎn)設(shè)備端無線路由器(9)以及4G服務(wù)器站點(10)的輸入端連接，遠(yuǎn)設(shè)備端無線路由器(9)和4G服務(wù)器站點(10)同時接入便攜移動設(shè)備(11)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于MPPT的光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述MPPT控制系統(tǒng)端采用一個PI環(huán)節(jié)作為調(diào)制信號連接到MPPT主控制器(2)來對信號進(jìn)行隔離放大，控制DC/DC變換器(3)的電器開關(guān)狀態(tài)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于MPPT的光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述DC/DC變換器(3)為一個BOOST電路;DC/AC逆變器(5)為高頻或工頻逆變器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于MPPT的光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器(8)端開設(shè)二個端口，其中一個端口與遠(yuǎn)設(shè)備端無線路由器(9)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；另一端口與4G服務(wù)器站點(10)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
【文檔編號】H02J13/00GK205681377SQ201620535935
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月3日 公開號201620535935.4, CN 201620535935, CN 205681377 U, CN 205681377U, CN-U-205681377, CN201620535935, CN201620535935.4, CN205681377 U, CN205681377U
【發(fā)明人】王毅, 李 浩, 陳維, 陳代才, 張智, 施夢奇, 邱天怡
【申請人】三峽大學(xué)