基于DSP的光伏電池最大功率點跟蹤系統(tǒng)

2 MPPT基本原理
MPPT的實現(xiàn)實質(zhì)上是一個動態(tài)自尋優(yōu)過程，通過對陣列當(dāng)前輸出電壓與電流的檢測，得到當(dāng)前陣列輸出功率，再與已被存儲的前一時刻功率相比較，舍小取大，再檢測，再比較，如此周而復(fù)始。MPPT控制系統(tǒng)的DC-DC變換的主電路采用Boost升壓電路。圖4為Boost變換器的主電路，電路由開關(guān)管T、二極管D、電感L、電容C組成。工作的原理為在開關(guān)T導(dǎo)通時，二極管D反偏，太陽能電池陣列向電感L存儲電能；當(dāng)開關(guān)T斷開時，二極管導(dǎo)通，由電感L和電池陣列共同向負(fù)載充電，同時還給電容C充電，電感兩端的電壓與輸入電源的電壓疊加，使輸出端產(chǎn)生高于輸入端的電壓。Boost電路輸入輸出的電壓關(guān)系為： V0=VI／(1-D) (1)

當(dāng)Boost變換器工作在電流連續(xù)條件下時，從式(1)可以得到其變壓比僅與占空比D有關(guān)而與負(fù)載無關(guān)，所以只要有合適的開路電壓，通過改變．Boost變換器的占空比D就能找到與太陽能電池最大功率點相對應(yīng)的VI。

3 MPPT控制的實現(xiàn)
3．1 控制算法
目前實現(xiàn)太陽能MPPT常用的算法有擾動觀察法(PO)和電導(dǎo)增量法(INC)。前者的算法結(jié)構(gòu)簡單、檢測參數(shù)少，應(yīng)用較普遍，但在最大功率點附近，其波動較大；后者的算法波動較小，但較為復(fù)雜，跟蹤過程需花費相當(dāng)長的時間去執(zhí)行A／D轉(zhuǎn)換。
系統(tǒng)采用自適應(yīng)擾動觀察法，通過對擾動觀察法的改進，引進一個變步長參數(shù)λ(k)來解決在最大功率點附近波動大的問題，其中λ(k)=ε|△P|式中ε是一個恒定的常數(shù)，自適應(yīng)擾動觀察法的程序流程圖如圖5所示。圖中e決定了跟蹤精度，λ(k)為占空比步長，決定功率變化的步長，η為擾動方向控制系數(shù)，取值為1。當(dāng)|△P|e時，認(rèn)為系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到最大功率點附近，λ(k)的值將自動調(diào)節(jié)變小來滿足動態(tài)調(diào)節(jié)步長的要求。

3．2 硬件實現(xiàn)
控制電路使用TI公司的TMS320F2812 DSP作為主控制芯片，其快速的運算能力、豐富的外設(shè)資源能為整個控制系統(tǒng)提供一個良好的平臺。DSP是整個控制系統(tǒng)的核心，它接受采樣電路送來的模擬信號，按照控制算法對采樣信號進行處理，然后產(chǎn)生所需要的PWM波形，經(jīng)驅(qū)動放大后控制主電路功率開關(guān)管的通斷，從而實現(xiàn)MPPT。TMS320F2812在時鐘頻率150MHz下，其時鐘周期僅為6．67ns，8通道16位PWM脈寬調(diào)制，2×8通道12位A／D轉(zhuǎn)換模塊，一次A／D轉(zhuǎn)換最快轉(zhuǎn)換周期僅為200ns。TMS320F2812 DSP芯片的這些特點能夠滿足MPPT控制精度和速度的要求。
采用其中兩路A／D轉(zhuǎn)換輸入通道作為太陽能電池的輸出電流和電壓的采集通道，經(jīng)過MPPT控制產(chǎn)生驅(qū)動PWM波形控制DC-DC開關(guān)管的導(dǎo)通時間，其控制的框圖如圖6所示。