新能源光伏發(fā)電系統(tǒng)教程新能源光伏發(fā)電系統(tǒng)第1章太陽能發(fā)電基礎(chǔ)第2章光伏電池發(fā)電技術(shù)第3章光伏電能的DC-DC變換技術(shù)第4章光伏電能的DC-AC變換技術(shù)第5章光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備第6章光伏陣列設(shè)計第7章光伏電氣設(shè)計第8章光伏發(fā)電中的儲能子系統(tǒng)第9章風(fēng)光互補(bǔ)微電網(wǎng)第10章光伏工程項目管理第3章光伏電能的DC-DC變換技術(shù)3.1最大功率點(diǎn)跟蹤3.1.1MPPT的基本原理3.1.2傳統(tǒng)控制方法3.1.3智能控制方法3.2DC-DC電路設(shè)計 3.2.1DC-DC變換器要求 3.2.2Buck電路 3.2.3Boost電路 3.2.4升降壓電路 3.3信號采集技術(shù) 3.4采集信號的數(shù)字濾波 3.1.1MPPT的基本原理（1）概念光照強(qiáng)度和溫度下降都會導(dǎo)致光伏電池的最大功率點(diǎn)(maximumpowerpoint，MPP)下移，實時調(diào)整光伏電池的工作點(diǎn)，使之始終工作在最大功率點(diǎn)附近，這一過程就稱之為最大功率點(diǎn)跟蹤(maximumpowerpointtracking,MPPT)。3.1最大功率點(diǎn)跟蹤最大功率點(diǎn)A1→最大功率點(diǎn)B1

最大功率點(diǎn)B1→最大功率點(diǎn)A1實時變更系統(tǒng)負(fù)載特性，即調(diào)整光伏電池的工作點(diǎn)，使之能在不同的日照和溫度下始終讓光伏電池工作在最大功率點(diǎn)附近。

（2）MPPT技術(shù)特點(diǎn)實驗驗證困難目前的實驗方法主要有四種誤跟蹤現(xiàn)象對實際運(yùn)行狀態(tài)

考慮不足多峰值問題當(dāng)環(huán)境變化較快時，容易發(fā)生誤跟蹤現(xiàn)象①根據(jù)環(huán)境進(jìn)行開環(huán)控制；②使算法擾動帶來的功率變化大于環(huán)境變化帶來的功率變化；③辨識和補(bǔ)償環(huán)境變化帶來的功率變化；①很多算法會在環(huán)境快速連續(xù)變化的情況下失效②采樣精度和計算誤差會帶來的限制光伏電池被局部遮擋或特性不一致可能導(dǎo)致多功率極值的出現(xiàn)。尤其對于大規(guī)模光伏電池，由于光伏組件本身的不一致性和外界環(huán)境的不一致性（如局部陰影），光伏電池可能呈現(xiàn)出多峰值的特性。3.1最大功率點(diǎn)跟蹤

①短時實測；②實測統(tǒng)計；③模擬光源法；④模擬電源法（3）MPPT控制方法的分類技術(shù)發(fā)展①經(jīng)典的MPPT控制方法②現(xiàn)代控制理論的人工智能控制

有恒壓法、干擾觀測法、電導(dǎo)增量法；改進(jìn)方法1)根據(jù)預(yù)存數(shù)據(jù)庫和具體光伏電池參數(shù)，通過數(shù)學(xué)函數(shù)和經(jīng)驗公式得到近似的MPPT。2)開路電壓比例系數(shù)法、短路電流比例系數(shù)法、曲線擬合法、查表法等。3）變步長干擾觀測法等3.1最大功率點(diǎn)跟蹤模糊邏輯控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制法、最優(yōu)梯度法等（4）MPPT檢測運(yùn)行效果（1）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行抗干擾----穩(wěn)定性（2）動態(tài)響應(yīng)能力----快速性（3）系統(tǒng)運(yùn)行效率----準(zhǔn)確性（4）算法復(fù)雜度----復(fù)雜性控制穩(wěn)定性是首先要滿足的要求。若不穩(wěn)定，則無法實現(xiàn)預(yù)期的控制效果；系統(tǒng)要有具有較強(qiáng)的抗干擾能力。動態(tài)響應(yīng)能力主要表現(xiàn)為，搜尋判斷工作點(diǎn)，迅速糾正到新的最大功率點(diǎn)上的反應(yīng)速度和效果?？刂品椒軠?zhǔn)確跟蹤目標(biāo)值，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，穩(wěn)態(tài)誤差小，提高系統(tǒng)發(fā)電量?？刂扑惴ㄊ欠窬珳?zhǔn)，實現(xiàn)是否困難，對具體調(diào)試環(huán)節(jié)不確定因素是否敏感，以及調(diào)試參數(shù)的經(jīng)驗成分等，都將成為其衡量指標(biāo)3.1最大功率點(diǎn)跟蹤3.1.2傳統(tǒng)控制方法1.恒電壓控制法（1）基本原理在一定溫度情況下，最大功率點(diǎn)近似分布在同一直線上，若采用一垂直直線代替，即為保持恒定電壓不變，說明光伏電池的最大功率輸出點(diǎn)大致對應(yīng)某一恒定電壓，可對其進(jìn)行等效代替。通過實驗測試得到光伏電池在某一日照強(qiáng)度及溫度下的最大功率點(diǎn)的電壓值Um。將系統(tǒng)輸出電壓穩(wěn)定控制在特定值Um處。3.1最大功率點(diǎn)跟蹤（2）CVT方法存在的問題在光伏初期應(yīng)用中，大多采取固定輸出電壓的方法。外界環(huán)境都在時刻變化，如果輸出電壓始終保持不變則會造成一定的功率損失。（3）改進(jìn)型

CVT方法3.1最大功率點(diǎn)跟蹤（4）其它參數(shù)選擇方式的間接控制法開路電壓比例系數(shù)法（測量參考光伏電池的開路電壓）短路電流比例系數(shù)法（測量參考光伏電池的短路電流）曲線擬合法查表法在這類控制方法中，需要通過實際硬件參數(shù)和經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定相應(yīng)的初始值，作為控制的基礎(chǔ)。3.1最大功率點(diǎn)跟蹤2.干擾觀測法（1）

基本原理干擾觀測法是基于采樣數(shù)據(jù)的直接MPPT控制法，是目前MPPT方法中應(yīng)用較為廣泛的一種方法。

干擾觀測法的工作原理：

首先在光伏電池工作的某一參考電壓下檢測出其輸出功率，然后在該電壓基礎(chǔ)之上加一個正向電壓擾動量，再次檢測光伏電池輸出功率，最后根據(jù)功率變化方向，改變輸出電壓，直到輸出功率穩(wěn)定在設(shè)定的一個很小范圍內(nèi)，即可認(rèn)為達(dá)到了最大功率點(diǎn)。3.1最大功率點(diǎn)跟蹤如果功率增加，說明電壓的改變方向正確，繼續(xù)在該方向上按照此步長變化電壓；如果功率減少，說明電壓的改變方向錯誤，在下一控制周期反向調(diào)整參考電壓。（3）干擾法的控制算法流程3.1最大功率點(diǎn)跟蹤（3）誤判斷現(xiàn)象干擾觀測法的控制參數(shù)選取擾動步長的選取、控制周期的選取步長需要針對系統(tǒng)參數(shù)和動態(tài)響應(yīng)特性進(jìn)行合理選取。干擾觀測法需要通過檢測輸出功率的變化ΔP來跟蹤最大功率點(diǎn)，但在特定情況下，如不能區(qū)分輸出功率的變化究竟是由外界光照輻射變化所引起的，還是由控制參考值變化引起的，會出現(xiàn)誤判斷現(xiàn)象。3.1最大功率點(diǎn)跟蹤（3）誤判斷現(xiàn)象ΔPd是由占空比改變引起的輸出功率變化大小ΔPs是由光照輻射改變引起的輸出功率變化大小假設(shè)系統(tǒng)在第k次采樣時工作在最大功率點(diǎn)M處，光照強(qiáng)度為S，占空比的擾動方向為負(fù)，即D(n)=D(n-l)-ΔD，經(jīng)調(diào)整后工作點(diǎn)移至A點(diǎn)。如果在第n次采樣點(diǎn)到第n+l次采樣之間，光照強(qiáng)度發(fā)生變化增大到曲線Ⅱ，實際在第n+1次采樣時，系統(tǒng)運(yùn)行工作點(diǎn)變?yōu)锽點(diǎn)，而不再是A點(diǎn)。圖a)中，ΔPd>ΔPs，即使工作點(diǎn)由A點(diǎn)轉(zhuǎn)移到B點(diǎn)，由于總的輸出功率增量ΔP<0，因此在下一控制周期將進(jìn)行正向調(diào)節(jié)，即D(n+1)=D(n)+ΔD，使功率輸出朝著最大功率點(diǎn)移動。正常

圖b)中，ΔPd<ΔPs，總的輸出功率增量ΔP>0，因此在下個周期將繼續(xù)保持負(fù)向調(diào)節(jié)，即D(n+1)=D(n)-ΔD，這會使得下一運(yùn)行點(diǎn)背離最大功率點(diǎn)M移動，使系統(tǒng)出現(xiàn)控制電壓反向變化，朝著最大功率點(diǎn)的相反方向變化，使MPPT失效。3.1最大功率點(diǎn)跟蹤擾動步長的選取原則在每次采樣間隔內(nèi)，系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)都應(yīng)滿足條件|ΔPd|>|ΔPs|，才可以保證在光照強(qiáng)度變化時不會出現(xiàn)誤判斷的現(xiàn)象。由于控制系統(tǒng)存在動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)精度的問題，在具體選擇擾動步長時，還需要與選擇的控制周期進(jìn)行合理匹配。

控制周期的選取原則考慮外界環(huán)境緩慢變化的情況，控制周期Ta的選取不能太小，如果對光伏電池輸出電壓、電流采樣太快，勢必會在上一擾動控制還未達(dá)到穩(wěn)態(tài)時就進(jìn)行了下一次判斷和控制，其動態(tài)過渡過程會影響控制精度，甚至產(chǎn)生誤判斷。而每一次采樣和控制周期所引起的功率變化ΔPd和ΔPs將受擾動步長和控制周期共同作用。因此，這兩個參數(shù)需要合理匹配，才能滿足控制要求。3.1最大功率點(diǎn)跟蹤（4）干擾觀測法的適用對象干擾觀測法缺點(diǎn)1）不能穩(wěn)定在一個特定值上始終加干擾的系統(tǒng)是否工作在最大功率點(diǎn)處。因此會造成一定功率損失。若擾動步長較大，則系統(tǒng)能較快搜尋到最大功率點(diǎn)處，動態(tài)響應(yīng)較快，但會在最大功率點(diǎn)附近有較大波動，功率損失也較大；而若步長較小，相應(yīng)的在最大功率點(diǎn)附近的波動較小，但系統(tǒng)搜尋最大功率點(diǎn)幫需要較長時間，動態(tài)響應(yīng)較慢。2）有可能產(chǎn)生誤判3.1最大功率點(diǎn)跟蹤3.電導(dǎo)增量法（1）基本原理通過比較光伏電池的電導(dǎo)增量和瞬間電導(dǎo)來改變系統(tǒng)的控制信號。特點(diǎn)：方法控制精確，響應(yīng)速度快，適用于光照強(qiáng)度不斷變換的情況，對硬件特別是傳感器的精度要求比較高，整個系統(tǒng)的硬件造價較高。判據(jù)：①G+dG>0，則UPV<UMPP②G+dG<0，則UPV>UMPP③G+dG=0，則UPV=UMPP3.1最大功率點(diǎn)跟蹤dU和dI分別為當(dāng)前采樣和上一次采樣所得電壓和電流變化量，計算判據(jù)中的I/U和dI/dU

（G和dG為電導(dǎo)和電導(dǎo)增量）；Uref1和和Uref2分別為當(dāng)前控制周期和下一控制周期的電壓參考值。（2）算法流程3.1最大功率點(diǎn)跟蹤與干擾觀測法比較優(yōu)點(diǎn)，能夠快速準(zhǔn)確地使系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)，不會像干擾觀測法那樣在最大功率點(diǎn)附近反復(fù)振蕩，并且當(dāng)外界光照等條件劇烈變化時，電導(dǎo)增量法也能很好地快速進(jìn)行跟蹤，系統(tǒng)運(yùn)行效果較好。缺點(diǎn)，電導(dǎo)增量法算法中需要反復(fù)進(jìn)行微分運(yùn)算，系統(tǒng)的計算量較大，需要高速的運(yùn)算控制器。而且對傳感器精度要求非常高，否則會出現(xiàn)誤判斷的情況。使用電導(dǎo)增量法的系統(tǒng)成本相對較高，模型計算過程也相對復(fù)雜，控制效率不高。3.1最大功率點(diǎn)跟蹤（3）控制參數(shù)與改進(jìn)方法通常定步長的MPPT只能在動態(tài)響應(yīng)和減小穩(wěn)態(tài)振蕩之間取一個折中，不能同時實現(xiàn)兩者的最優(yōu)化。變步長MPPT算法，可以解決這個兩難的問題，能簡單有效的提高M(jìn)PPT的精度和速度。變步長增量法有具有功率前饋控制的變步長電導(dǎo)增量法最大功率輸出變步長電導(dǎo)增量法梯度變步長電導(dǎo)增量法光伏電池板的P-U曲線可以分為三段。在Ⅰ段和Ⅲ段選用大步長而在Ⅱ段采用小步長3.1最大功率點(diǎn)跟蹤3.1.3智能控制方法智能控制技術(shù)是控制理論應(yīng)用到了光伏發(fā)電系統(tǒng)MPPT的技術(shù)：

1）模糊邏輯控制：該控制不需要調(diào)節(jié)輸出電壓從而避免了部分功率損失，它通過定義輸入量與輸出量并借助模糊邏輯模塊來完成MPPT的控制，是目前使用較為普遍的一種控制方法。

2）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制：在天氣發(fā)生間歇性變化的情況下，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制使得系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性得到了提高，可以有效地輸出最大功率。3）優(yōu)化控制：即通過建立優(yōu)化效率數(shù)學(xué)模型，構(gòu)造求解方法，從而得到光伏陣列最大功率的輸出。

4）自適應(yīng)控制：針對固定步長尋優(yōu)的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，采用二次插值法進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤具有較好的跟蹤性能。3.1最大功率點(diǎn)跟蹤1模糊邏輯控制法

（1）模糊邏輯控基本原理模糊邏輯控制器模糊化把傳感器送來的精確數(shù)值映射成模糊數(shù)據(jù)庫集合上的值，是后續(xù)推理決策的輸入來源。模糊規(guī)則來源于人們離線或者在線對控制過程的了解，是人們通過直接觀察控制過程，或者對控制過程建立數(shù)學(xué)模型仿真。推理決策根據(jù)模糊系統(tǒng)的輸入和模糊推理規(guī)則，經(jīng)過模糊關(guān)系合成和邏輯運(yùn)算得出模糊系統(tǒng)的輸出。精確化是將模糊系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)化為被控對象的控制信號。3.1最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT的模糊邏輯控制

模糊控制在光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤的應(yīng)用原理：將采樣得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過一定的運(yùn)算，判斷出光伏電池的當(dāng)前工作點(diǎn)和最大功率點(diǎn)之間的位置關(guān)系，然后自動改變擾動電壓，使工作逐漸接近最大功率點(diǎn)。3.1最大功率點(diǎn)跟蹤斜率值E以及單位時間斜率的變化值CE（2） MPPT的模糊邏輯控制算法確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量。歸納和總結(jié)模糊控制器的控制規(guī)則。確定模糊化和反模糊化的方法。選擇論域并確定有關(guān)參數(shù)。

模糊控制最大的特點(diǎn)：將專家經(jīng)驗和知識表示成語言控制規(guī)則，然后用這些規(guī)則去控制系統(tǒng)，模糊邏輯控制跟蹤迅速，達(dá)到最大功率點(diǎn)后基本沒有波動，即具有較好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。

定義模糊集、確定隸屬函數(shù)的形狀以及制定規(guī)則表這些關(guān)鍵的設(shè)計環(huán)節(jié)難度較大，需要設(shè)計人員具有更多的直覺和經(jīng)驗。3.1最大功率點(diǎn)跟蹤確定隸屬度函數(shù)2.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（1）原理對人腦或自然界神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)若干基本特征的抽象和模擬，一般由簡單的元件分層次組織成大規(guī)模的并行連接構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。

MPPT的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制例：一種基于反向傳播（BackpropagationNetworks，BP）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的MPPT控制方法，BP網(wǎng)是一種多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。采樣一定時間內(nèi)使用環(huán)境溫度、光強(qiáng)和測試得到的最大功率電電壓多組數(shù)據(jù)，通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)理論樣本的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，最后達(dá)到誤差收斂，得出光伏最大功率點(diǎn)跟蹤的訓(xùn)練函數(shù)。

該算法能在短時間的訓(xùn)練下使模型逼近最大功率點(diǎn)，從而可顯著提高功率跟蹤的響應(yīng)速度和精度。3.1最大功率點(diǎn)跟蹤2.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（2）實現(xiàn)：設(shè)置隱含層數(shù)為1，隱含單元數(shù)為4，輸入單元為3、輸出單元為1，對應(yīng)的BP模型。BP模型，通過環(huán)境溫度、光強(qiáng)和最大功率點(diǎn)電壓多組數(shù)據(jù)，獲得訓(xùn)練函數(shù)。將訓(xùn)練函數(shù)量化成定點(diǎn)數(shù)或生成查找表，最大功率點(diǎn)電壓可以直接映射輸出。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法與干擾觀察法、電導(dǎo)增量法相比，避免了迭代搜索，無跟蹤振蕩現(xiàn)象，還兼顧了光伏輸出多峰值跟蹤與光強(qiáng)改變時的動態(tài)響應(yīng)。

3.1最大功率點(diǎn)跟蹤第3章光伏電能的DC-DC變換技術(shù)3.1最大功率點(diǎn)跟蹤3.1.1MPPT的基本原理3.1.2傳統(tǒng)控制方法3.1.3智能控制方法3.2DC-DC電路設(shè)計 3.2.1DC-DC變換器要求 3.2.2Buck電路 3.2.3Boost電路 3.2.4升降壓電路 3.3信號采集技術(shù) 3.4采集信號的數(shù)字濾波 3.2.1DC-DC變換器要求電能輸出穩(wěn)定性、完善的保護(hù)措施、較高的可靠性等，類似電力電子變換電路（1）對電能變換的特殊要求

最大功率點(diǎn)跟蹤提高光伏電池的利用率，最大能量轉(zhuǎn)換提高變換效率至少一級電能變換電路，為充分發(fā)揮有限的光伏電池資源，電源變換電路必須降低損耗，盡可能提高變換效率綠色無污染產(chǎn)生較多的諧波，在并網(wǎng)時會對電網(wǎng)產(chǎn)生干擾能量管理合理的充放電管理策略，預(yù)測天氣和負(fù)荷情況等，實現(xiàn)光伏電能的合理調(diào)度3.2DC-DC電路設(shè)計（2）分析指標(biāo)平均輸出電壓Uo平均輸出電流Io電感電流紋波DIL負(fù)載電壓紋波DUo主要器件承受的電壓、電流等量可根據(jù)波形確定

分析方法：時間分段、器件理想化。開關(guān)管：通態(tài)電壓降為零；斷態(tài)流為零；轉(zhuǎn)換時間為零；穩(wěn)態(tài)為開通關(guān)斷電感、電容：為無損耗的理想儲能元件。線路阻抗：為零。3.2DC-DC電路設(shè)計（3）改變調(diào)制信號D的方法開關(guān)周期TS，導(dǎo)通時間Ton，關(guān)斷時間Toff，開關(guān)頻率為fs占空比D：也叫“導(dǎo)通比”，是開關(guān)管導(dǎo)通時間與周期的比值。改變占空比D有三種基本方法：脈沖調(diào)頻法(PFM)維持ton不變，改變TS。②脈寬調(diào)制法(PWM)

維持TS不變，改變ton。在這種方式中，輸出電壓波形的周期不變，僅改變脈沖寬度。有利于濾波器的設(shè)計。③調(diào)頻調(diào)寬法脈沖周期TS與寬度ton均改變3.2DC-DC電路設(shè)計3.2.2Buck電路1.電路工作原理電路結(jié)構(gòu)（元器件作用）三種開關(guān)狀態(tài)、兩種運(yùn)行模式三種狀態(tài)：T為通態(tài)、D斷態(tài)；

T為斷態(tài)、D通態(tài)，二極管續(xù)流

T、D都關(guān)斷的狀態(tài)，電感L的電流斷流兩種可能的運(yùn)行工作模式：

電感電流連續(xù)模式(CCM）

電感電流斷流模式（DCM）

兩種模式的臨界點(diǎn)稱為臨界連續(xù)狀態(tài)

3.2DC-DC電路設(shè)計3.2DC-DC電路設(shè)計三種開關(guān)狀態(tài)、兩種運(yùn)行模式電路圖3.2DC-DC電路設(shè)計2.電路的主要指標(biāo)電感電流連續(xù)情形(1)平均輸出電壓Uo(2)輸出平均電流Io

(3)電感電流紋波DIL

(4)電容電壓紋波DuC2.電路的主要指標(biāo)

設(shè)濾波電路截止頻率，則紋波系數(shù)在電流臨界連續(xù)時，求出臨界連續(xù)的占空比D的值3.2DC-DC電路設(shè)計3.2DC-DC電路設(shè)計3.L的設(shè)計在Ton期間，電感上的電壓Ui-Uo，電流從0線性增加到iLmax；在Toff期間，電感上電壓為-Uo

，電流由iLmax線性減小到0。電感電流臨界連續(xù)電流值IOB即為負(fù)載最小電流。4.C的設(shè)計若C足夠大，則輸出電壓視為恒定的直流電壓。當(dāng)C不很大時，則電容電壓存在一定的脈動。輸出電壓的脈動量：負(fù)載電壓紋波：3.2DC-DC電路設(shè)計5.T、D的設(shè)計T和D的最大電流T和D截止時所承受的電壓都是Ui

求開關(guān)管、二極管參數(shù)（1）求T、D承受的最大電壓值（輸入電壓）；（2）求T、D承受的最大電流值（L電流）； 電感電流臨界連續(xù)條件求電感L；求電感電流的最大值；（3）放大一個安全余量系數(shù)。求濾波參數(shù)L、C根據(jù)輸出電壓紋波大小確定fC

；求電容值。3.2DC-DC電路設(shè)計【例】要求電源電壓Ui=147～220V，額定負(fù)載電流Io=11A，最小負(fù)載電流Io=1.1A，輸出電壓Uo=110V；開關(guān)頻率20kHz，電壓紋波小于1%。要求最小負(fù)載時電感電流不斷流。計算:輸出濾波電感L和電容C，選取開關(guān)管T和二極管D。3.2DC-DC電路設(shè)計降壓變換電路特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

1、電路簡單

2、控制特性好

3、負(fù)載側(cè)電流波動小

缺點(diǎn)

1、電源側(cè)電流波動大

2、只能降壓、不能升壓3.2DC-DC電路設(shè)計升壓變換電路特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

1、電路簡單

2、控制特性好

3、電源側(cè)電流波動小

缺點(diǎn)

1、負(fù)載側(cè)電流波動大

2、只能升壓、不能降壓3.2.3Boost電路1.電路工作原理主電路（元器件作用）三種開關(guān)狀態(tài)兩種運(yùn)行模式

電感電流連續(xù)、斷續(xù)3.2DC-DC電路設(shè)計3.2DC-DC電路設(shè)計Boost電路圖T導(dǎo)通，D截止D導(dǎo)通，T截止T斷開，D截止

三種開關(guān)狀態(tài)3.2DC-DC電路設(shè)計2. 電路的主要指標(biāo)電感電流連續(xù)情形(1)平均輸出電壓Uo(2)平均輸出電流Io(3)電感電流紋波DIL(4)電容電壓紋波DuC3.L的設(shè)計

當(dāng)負(fù)載電流IO=IOB

,電感電流處于連續(xù)與斷流的邊界（當(dāng)負(fù)載電流IO<IOB,電感電流斷流）3.2DC-DC電路設(shè)計4.C的設(shè)計3.2DC-DC電路設(shè)計如果截止頻率5.T、D的設(shè)計開關(guān)管T和D的電流最大值與電感電流的最大值相等：T和D所承受的最大電壓，理想情況下等于Uo3.2DC-DC電路設(shè)計為了降低Boost電路中電感電流的紋波，常常將Boost電路多重化并聯(lián)使用。一個N重化并聯(lián)設(shè)計，有N個Boost主電路（由L、T、D構(gòu)成）并聯(lián)。每重電路的工作方式和單通道Boost電路相同，每重電路開關(guān)管T的波形只是相位移位了360°/N。因此，輸入總的電流平均直流分量、紋波電流的頻率是每個單獨(dú)通道的N倍。在相同的輸出電壓紋波條件下，電容量C可以降低。3.2.4升降壓電路既能實現(xiàn)DC/DC升壓變換又可實現(xiàn)降壓變換，稱為直流升壓-降壓變換器。Uo既可高于Ui，又可低于Ui。3.2DC-DC電路設(shè)計Buck-Boost電路，Cuk電路，四開關(guān)電路等，其輸出電壓既可低于輸入電壓也可高于輸入電壓，但Buck-Boost電路和Cuk電路的輸出電壓的極性與輸入電壓相反，四開關(guān)電路輸出電壓的極性與輸入電壓相同，所以四開關(guān)電路是常用的升降壓電路。3.2DC-DC電路設(shè)計（1）Buck-Boost3.2DC-DC電路設(shè)計（2）CukSepic3.2DC-DC電路設(shè)計（3）四開關(guān)電路【例】四開關(guān)電路I，IV象限工作D=0.3：電流、電壓負(fù)D=0.7：電流、電壓正3.2DC-DC電路設(shè)計

定制MPPT功能的集成電路，如SPV1020,CN3722MPT612,SM72442使用這類專用芯片實現(xiàn)MPPT功能，有電路簡單、成本低廉的特點(diǎn)。SPV1020交錯式四通道轉(zhuǎn)換器，四個開關(guān)輸出信號每延遲90°產(chǎn)生一個信號，默認(rèn)開關(guān)頻率100kHz，總輸出電流是流經(jīng)四個電感的電流之和，因為每級電流是總電流的四分之一，紋波電流小。SM72442是一種可編程MPPT控制集成電路，與SM72295（光伏全橋驅(qū)動器）、四開關(guān)電路組合在一起，可以構(gòu)成通用DC-DC電路。如果使用微控制器直接控制分立電子元器件，可以獲得更靈活的控制效果。（4）DC-DC的多級變流電路“全橋型DC-AC逆變”＋“AC-DC整流”電源，構(gòu)成2級DC-DC電路。有多級DC-DC變換電路。這類多級變換電路的結(jié)構(gòu)，大多采用高頻變壓器，使DC-DC變換電路具有重量輕、體積小的特點(diǎn)，而且輸出LC濾波器體積減小，變壓器的鐵芯利用率提高。3.2DC-DC電路設(shè)計多級DCDC變換半橋型DC/AC－AC/DC直流電源全橋型DC/AC－AC/DC直流電源推挽型DC/AC－AC/DC直流電源

電路結(jié)構(gòu)的共同點(diǎn)：經(jīng)過了兩級功率變換（１）高頻逆變器將直流逆變?yōu)槊}寬可控的高頻方波交流；（２）用不控整流將高頻方波交流整流為PWM直流方波；（３）LC濾波器濾除高頻分量而獲得紋波很小的平穩(wěn)直流電壓。采用高頻變壓器：（１）重量、體積??；（２）LC濾波器也較??；（３）鐵芯磁通交變利用率高3.2DC-DC電路設(shè)計電路特點(diǎn)電壓比應(yīng)用領(lǐng)域Buck只降壓不升壓，輸出電壓和輸入電壓同極性，輸出電流脈動大，輸入電流脈動小，結(jié)構(gòu)簡單。各種降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器。Boost只升壓不降壓，輸出和輸入電壓同極性，輸入電流脈動小，輸出電流脈動大，不能空載工作，結(jié)構(gòu)簡單。各種升壓型開關(guān)穩(wěn)壓器，升壓型功率因數(shù)校正電路（PFC）Cuk能升壓能降壓，輸出和輸入電壓極性相反，輸出輸入電流脈動小，不能空載工作，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。對輸入輸出紋波要求高的反相開關(guān)穩(wěn)壓器。Sepic能升壓能降壓，輸出和輸入電壓極性相同，輸出輸入電流脈動小，能空載工作，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。對輸入輸出紋波要求高的反相開關(guān)穩(wěn)壓器3.2DC-DC電路設(shè)計非隔離型的DC-DC電路比較電路優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)功率范圍應(yīng)用領(lǐng)域正激電路較簡單，成本低，可靠性高，驅(qū)動電路簡單變壓器單向激磁，利用率低幾百W~幾kW各種中、小功率電源反激電路非常簡單，成本很低，可靠性高，驅(qū)動電路簡單難以達(dá)到較大的功率，變壓器單向激磁，利用率低幾W~幾十W小功率電子設(shè)備、計算機(jī)設(shè)備、消費(fèi)電子設(shè)備電源。全橋變壓器雙向勵磁，容易達(dá)到大功率結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，，可靠性低，需要復(fù)雜的多組隔離驅(qū)動電路幾百W~幾百kW大功率工業(yè)用電源、焊接電源、電解電源等半橋變壓器雙向勵磁，沒有變壓器偏磁問題，開關(guān)較少，成本低有直通問題，可靠性低，需要復(fù)雜的隔離驅(qū)動電路幾百W~幾kW各種工業(yè)用電源，計算機(jī)電源等推挽變壓器雙向勵磁，變壓器一次側(cè)電流回路中只有一個開關(guān)，通態(tài)損耗較小，驅(qū)動簡單有偏磁問題幾百W~幾kW低輸入電壓的電源3.2DC-DC電路設(shè)計隔離型的DC-DC電路比較3.2.5MPPT的實現(xiàn)阻抗匹配，即電源的內(nèi)阻抗（或內(nèi)電阻）與負(fù)載阻抗（或負(fù)載電阻）相等時，負(fù)載得到最大功率。最大功率傳輸條件是光伏內(nèi)阻必須與負(fù)載電阻匹配。實現(xiàn)MPPT所采用的方法是把一個DC-DC變化器加在太陽電池陣列和負(fù)載之間，通過DC-DC變流器來調(diào)整、控制太陽電池陣列工作在最大功率點(diǎn)，從而實現(xiàn)最大功率的跟蹤控制。降壓電路構(gòu)成的跟蹤電路，調(diào)節(jié)占空比D，可以改變輸出電壓低于輸入。升壓電路構(gòu)成的跟蹤電路，調(diào)節(jié)占空比D，可以改變輸出電壓高于輸入。3.2DC-DC電路設(shè)計【例】干擾法的MPPT（DC-DC電路）實現(xiàn)Boost電路分析3.2DC-DC電路設(shè)計3.2DC-DC電路設(shè)計Sun在0.9s時，由1,1,1變?yōu)?,1,0.65，擾動觀察法MPPT實現(xiàn)【例】MPPT電路專用集成電路四開關(guān)電路3.2DC-DC電路設(shè)計【例】集成IC：可編程MPPT控制器3.2DC-DC電路設(shè)計第3章光伏電能的DC-DC變換技術(shù)3.1最大功率點(diǎn)跟蹤3.1.1MPPT的基本原理3.1.2傳統(tǒng)控制方法3.1.3智能控制方法3.2DC-DC電路設(shè)計 3.2.1DC-DC變換器要求 3.2.2Buck電路 3.2.3Boost電路 3.2.4升降壓電路 3.3信號采集技術(shù) 3.4采集信號的數(shù)字濾波 3.3.1電信號采集檢測（1）電壓檢測開關(guān)陣列測量電壓單ADC采集法

3.3 信號采集技術(shù)3.3 信號采集技術(shù)3.3.1電信號采集檢測（1）電壓檢測基于精密電阻的分壓方式

電壓互感器（PT）電磁式電容式電壓互感器的二次回路不能短路3.3.1電信號采集檢測（2）電流檢測電流互感器（CT）電磁式電流互感器電流檢測電流（間接測量）3.3 信號采集技術(shù)電流互感器電流互感器的二次回路不能開路【例】電阻檢測交流電壓電流的電路【例】電壓電流傳感器3.3 信號采集技術(shù)信號調(diào)理電路保護(hù)電路

接入3.3VCPU3.3 信號采集技術(shù)射隨器電路放大與偏置電路（保護(hù)電路）電平匹配電路3.3.2溫度信號采集檢測熱敏電阻、熱電偶、集成溫度傳感器集成溫度傳感器，將傳感器、信號放大電路、ADC轉(zhuǎn)換、電源電路等集成。集成溫度傳感器雖然很多都是基于熱敏電阻式的，但都在生產(chǎn)的過程中進(jìn)行校正，所以精度可以媲美熱電偶，而且直接輸出數(shù)字量，很適合在數(shù)字系統(tǒng)中使用。溫度補(bǔ)償U(kuò)tc為經(jīng)溫度補(bǔ)償后的電壓，V；Un為未經(jīng)補(bǔ)償?shù)碾妷?，V；Tc為設(shè)置的溫度補(bǔ)償系數(shù)，V/℃；N為每組蓄電池單元的個數(shù)；T為溫度傳感器指示的溫度，℃。3.3 信號采集技術(shù)3.3.3采集信號數(shù)字化（1）逐次逼近型ADCMSB有效時“N位DAC”輸出通過“比較器”與“模擬輸入”相比，產(chǎn)生MSB值。經(jīng)過N次比較一直進(jìn)行到模擬輸入信號產(chǎn)生最低位LSB的bit值為止。（2）σ-Δ型ADC逐次逼近型ADC原理圖σ-Δ轉(zhuǎn)換ADC原理圖和波形圖3.4采集信號的數(shù)字濾波 3.4.1常用濾波算法（1）限幅濾波器最大偏差值（設(shè)為A）（2）平均濾波器N為濾波器隊列長度，常數(shù)值。N值越大，信號平滑度高、靈敏度較低。N值越小，信號平滑度低、靈敏度高。分類：算術(shù)平均濾波器：連續(xù)采樣N個采樣值進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算滑動平均濾波器：一個隊列的連續(xù)取N個采樣值3.4采集信號的數(shù)字濾波 （3）一階滯后濾波器a稱為濾波系數(shù)，0＜a≤1含義為：濾波結(jié)果=a*本次采樣值+(1