基于Cuk變換器的光伏脈沖充電系統(tǒng)
摘要:分析了Buck變換器和Boost變換器在離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點跟蹤(MPPT)電路中的缺點,提出了一種基于Cuk變換器的蓄電池組脈沖充電電路,并分析了該電路的工作原理,整個系統(tǒng)采用PIC單片機進(jìn)行控制。實驗結(jié)果表明,該控制電路實現(xiàn)了對蓄電池的脈沖充電,與Buck變換器、Boost變換器相比,大大提高了整個系統(tǒng)的工作效率,為太陽能的高效利用提供了有效的解決方法。
關(guān)鍵詞:變換器;光伏;脈沖充電
1 引言
隨著全球?qū)δ茉葱枨蟮牟粩嘣黾?,人們將目光轉(zhuǎn)移到新型能源的開發(fā)和利用上,例如,風(fēng)能、太陽能、潮汐能等可再生能源。太陽能發(fā)電作為具有廣闊應(yīng)用前景的綠色能源已經(jīng)成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點,但太陽能發(fā)電存在著兩個主要問題:①光伏電池的輸出特性受外界環(huán)境影響很大,在溫度和光照輻射強度變化時,其輸出特性會發(fā)生較大變化;②光伏電池的轉(zhuǎn)換效率低且價格昂貴,初期投入較大。因此,為了充分利用光伏組件產(chǎn)生的能量,通常在光伏組件與負(fù)載之間串聯(lián)MPPT電路,從而實現(xiàn)最大功率輸出。這里針對MPPT常采用的Buck和Boost電路的缺點,提出一種基于Cuk變換器的脈沖充電系統(tǒng)。
2 光伏電池輸出特性
圖1為光伏電池在不同輻射強度、溫度下的P-U特性??梢?,溫度和光照強度等外部因素都會對光伏電池最大功率點(Ump,Imp)產(chǎn)生影響:輸出電流與光照強度有關(guān),而輸出電壓與溫度有關(guān)。因此,必須在光伏電池與負(fù)載之間串聯(lián)MPPI電路,當(dāng)外部環(huán)境或負(fù)載變化時,使光伏電池均能工作在最大功率點附近,以提高光伏電池利用效率。
3 Buck,Boost變換器的缺點
MPPT電路通常采用Buck或Boost電路,采用一定控制方法,如:擾動觀察法(爬山法)、恒定電壓控制法、增量電導(dǎo)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制法、模糊控制法、短路電流法等。這些算法通常是將光伏電池的采樣電流和采樣電壓送至單片機,經(jīng)過處理,調(diào)節(jié)主電路中開關(guān)管的占空比,使外電路等效電阻始終等于光伏電池的內(nèi)電阻,實現(xiàn)動態(tài)負(fù)載匹配,從而實現(xiàn)光伏電池的最大功率輸出。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
但這種Buck變換器或Boost變換器存在一定缺陷:在需要對蓄電池進(jìn)行充電時,對于Buck變換器而言,光伏電池輸出電壓必須小于蓄電池的端電壓,在光照強度很強時無法對蓄電池充電;對于Boost變換器而言,光伏電池輸出電壓必須大于蓄電池的端電壓,在光照強度較弱時無法對蓄電池充電。針對Buck和Boost變換器的缺點,在此提出了一種基于Cuk變換器的光伏充電方式。
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