离网充电系统中蓄电池充电电流最优值的实现方法及系统

摘要

本发明公开离网充电系统中蓄电池充电电流最优值的实现方法及系统，方法包括步骤：A、选取初始输出电流参考值，通过数字化调节器输出运算结果，并将运算结果送入到脉冲宽度调节器产生控制信号，通过电流反馈测得实际输出电流值；B、根据实际输出电流值与初始输出电路参考值计算电流的变化方向，结合本次MPPT的电流扰动方向计算更新下一次MPPT的电流扰动方向结果；C、根据计算出的下一次MPPT的电流扰动方向结果，定步长更新输出电流参考值，如此重复更新，获得最大充电电流。本发明省去电压与电流两路信号的测量，仅需测量蓄电池的充电电流，即可实现PV组件的最大功率追踪，减少了硬件成本，降低了对处理器性能的要求。

说明书

技术领域

本发明涉及光伏离网发电技术领域，尤其涉及离网充电系统中蓄电池充电电流最优值的实现方法及系 统。

背景技术

光伏电池是利用光生伏特效应将光能转换为电能的装置。由于光伏电池的输出功率是关于光强、温度 和负载的非线性函数，为了充分利用光伏阵列的能量，光伏发电系统配有最大功率点跟踪(Maximum Power  Point Tracking,MPPT)控制算法。

传统的光伏最大功率点跟踪侧重于跟踪光伏组件输出功率的最大值，常用的追踪方法有：爬山法/扰 动观察法(P&Q)、电导微增率法(INC)、改进的变步长算法以及其他智能算法等。这些算法应用在传统PV 侧的MPPT算法上为获取PV的输出功率，都必须通过测量光伏组件的输出电压与输出电流两路信号来计算 功率，这样首先硬件成本会增加，其次算法的运算量较大，对单片机/控制器的运算性能提出更高的要求， 带来整个系统的成本压力。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供离网充电系统中蓄电池充电电流最优值的实现方法 及系统，旨在解决现有蓄电池充电电流最优值控制方法成本高、对处理器性能要求高的问题。

本发明的技术方案如下：

一种离网充电系统中蓄电池充电电流最优值的实现方法，其中，包括步骤：

A、选取初始输出电流参考值，通过数字化调节器输出运算结果，并将运算结果送入到脉冲宽度调节 器产生控制信号，通过电流反馈测得实际输出电流值；

B、根据实际输出电流值与初始输出电路参考值计算电流的变化方向，结合本次MPPT的电流扰动方向 计算更新下一次MPPT的电流扰动方向结果；

C、根据计算出的下一次MPPT的电流扰动方向结果，定步长更新输出电流参考值，如此重复更新，获 得最大充电电流。

所述的离网充电系统中蓄电池充电电流最优值的实现方法，其中，所述步骤B中，若本次MPPT的电 流扰动方向为正，且电流的变化方向为正，则更新下一次MPPT的电流扰动方向为正。

所述的离网充电系统中蓄电池充电电流最优值的实现方法其中，所述步骤B中，若本次MPPT的电流 扰动方向为正，且电流的变化方向为负，则更新下一次MPPT的电流扰动方向为负。

所述的离网充电系统中蓄电池充电电流最优值的实现方法，其中，所述步骤B中，若本次MPPT的电 流扰动方向为负，且电流的变化方向为正，则更新下一次MPPT的电流扰动方向为负。

所述的离网充电系统中蓄电池充电电流最优值的实现方法，其中，所述步骤B中，若本次MPPT的电 流扰动方向为负，且电流的变化方向为负，则更新下一次MPPT的电流扰动方向为正。

一种离网充电系统中蓄电池充电电流最优值的实现系统，其中，其包括：

反馈模块，用于选取初始输出电流参考值，通过数字化调节器输出运算结果，并将运算结果送入到脉 冲宽度调节器产生控制信号，通过电流反馈测得实际输出电流值；

电流扰动方向计算模块，用于根据实际输出电流值与初始输出电路参考值计算电流的变化方向，结合 本次MPPT的电流扰动方向计算更新下一次MPPT的电流扰动方向结果；

电流更新模块，用于根据计算出的下一次MPPT的电流扰动方向结果，定步长更新输出电流参考值， 如此重复更新，获得最大充电电流。

所述的离网充电系统中蓄电池充电电流最优值的实现系统，其中，所述电流扰动方向计算模块中，若 本次MPPT的电流扰动方向为正，且电流的变化方向为正，则更新下一次MPPT的电流扰动方向为正。

所述的离网充电系统中蓄电池充电电流最优值的实现系统，其中，所述电流扰动方向计算模块中，若 本次MPPT的电流扰动方向为正，且电流的变化方向为负，则更新下一次MPPT的电流扰动方向为负。

所述的离网充电系统中蓄电池充电电流最优值的实现系统，其中，所述电流扰动方向计算模块中，若 本次MPPT的电流扰动方向为负，且电流的变化方向为正，则更新下一次MPPT的电流扰动方向为负。

所述的离网充电系统中蓄电池充电电流最优值的实现系统，其中，所述电流扰动方向计算模块中，若 本次MPPT的电流扰动方向为负，且电流的变化方向为负，则更新下一次MPPT的电流扰动方向为正。

有益效果：本发明针对光伏离网发电系统必须有储能环节的特点，将最大功率跟踪的着落点落在蓄电 池的充电电流上，而不是PV侧的功率点跟踪。从而省去PV侧的电压与电流两路信号的测量，仅仅需要测 量充电器对蓄电池的充电电流，即可实现PV组件的最大功率追踪，减少了主回路硬件成本，同时降低了 对处理器性能的要求。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的离网充电系统中蓄电池充电电流最优值的实现方法的流程图。

图2为本发明光伏发电离网充电系统中追踪充电器最大充电电流的电路结构示意图。

具体实施方式

本发明提供离网充电系统中蓄电池充电电流最优值的实现方法及系统，为使本发明的目的、技术方案 及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解 释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1为本发明一种离网充电系统中蓄电池充电电流的实现方法较佳实施例的流程图，如 图所示，其包括：

S1、选取初始输出电流参考值，通过数字化调节器输出运算结果，并将运算结果送入到脉冲宽度调节 器产生控制信号，通过电流反馈测得实际输出电流值；

S2、根据实际输出电流值与初始输出电路参考值计算电流的变化方向，结合本次MPPT的电流扰动方 向计算更新下一次MPPT的电流扰动方向结果；

S3、根据计算出的下一次MPPT的电流扰动方向结果，定步长更新输出电流参考值，如此重复更新， 获得最大充电电流。

在本实施例实现的依据是在于离网系统的蓄电池储能阶段，PV组件的最大功率输出即为MPPT充电控 制器对蓄电池的最大功率充电，而蓄电池充电功率的最大化方向始终与充电器充电电流变大的方向一致。 所以MPPT过程中追求的PV输出功率的最大化，在离网系统中，则体现在充电器输出功率的最大化。而充 电功率变大的方向始终与充电电流变大方向一致，所以无论蓄电池在单纯地充电过程中电压是单调变化还 是蓄电池充电与放电同时进行过程中蓄电池端电压的非单调变化，充电器输出功率变大的方向与充电电流 变大的方向是一致的。所以本发明仅仅通过测量充电器对蓄电池的充电电流，即可追踪充电器(对蓄电池) 的最大充电电流来获得最优工作点，从而实现PV组件的最大功率追踪。

与传统PV侧的MPPT相比，本实施例极大地简化了运算过程，降低了实施成本。

需说明的是，本实施例适合于有储能环节的离网光伏发电系统，不适合并网光伏发电系统。

在本实施例中，实现充电电流最优化的关键在于如何更新电流参考值变量的电流扰动方向S，即MPPT 的电流扰动方向，若需实现自动更新变量的电流扰动方向，就要寻找此次的电流扰动方向与下一次循环的 电流扰动方向之间的关系。

具体而言，本次电流扰动方向变量与本次电流变化方向变量共同决定了下一次电流扰动方向变量的取 值。

电流扰动方向的变化情况包括如下几种：

情况一：本次电流扰动方向为正，若所测量的充电电流变化为正，即ΔIout>0，则更新下一次电流扰 动方向为正；情况二：本次电流扰动方向为正，若所测量的充电电流变化为负，即ΔIout<0，则更新下一 次电流扰动方向为负；情况三：本次电流扰动方向为负，若所测量的充电电流变化为正，即ΔIout>0，则 更新下一次电流扰动方向为负；情况四：本次电流扰动方向为负，若所测量的充电电流变化为负，即 ΔIout<0，则更新下一次电流扰动方向为正。以上四种情况概括了这两个变量变化的所有可能性，也即无 论充电电流是怎样变化的，根据这样的追踪原则总能找到合适的最大值。

为便于下文描述，对变量进行如下定义：定步长正方向扰动被定义为逻辑1，定步长负方向扰动被定 义为逻辑0；充电电流变大为逻辑1，充电电流变小为逻辑0。

根据上述分析，可以得到表1的真值表。

表1

Current S △lout Next S

1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1

从以上真值表可以归纳如下结论：本次扰动方向变量与充电电流的变化情况之间存在同或的关系，而 同或的结果就是下一次周期循环的电流扰动方向变量的取值。可用以下公式归纳以上所述：S＝S□△Iout

本发明另一实施例的离网充电系统中蓄电池充电电流的实现方法，包括如下步骤：

S201、第一次MPPT动作，其电流扰动方向固定，由此决定的电流给定值是一个固定幅度的常量；

S202、根据充电器充电电流(即输出电流)参考给定值，结合实际充电器，测得充电器充电电流前后 两次的差值ΔIout，更新扰动方向变量S(0/1)的取值；

S203、倘若S＝1,则定步长正方向更新充电器充电电流参考给定值；否则，定步长负方向更新充电器充 电器电流参考给定值；

S204、本次MPPT周期结束，退出。

基于上述方法，本发明还提供一种离网充电系统中蓄电池充电电流最优值的实现系统较佳实施例，其 包括：

反馈模块，用于选取初始输出电流参考值，通过数字化调节器输出运算结果，并将运算结果送入到脉 冲宽度调节器产生控制信号，通过电流反馈测得实际输出电流值；

电流扰动方向计算模块，用于根据实际输出电流值与初始输出电路参考值计算电流的变化方向，结合 本次MPPT的电流扰动方向计算更新下一次MPPT的电流扰动方向结果；

电流更新模块，用于根据计算出的下一次MPPT的电流扰动方向结果，定步长更新输出电流参考值， 如此重复更新，获得最大充电电流。

所述电流扰动方向计算模块中，若本次MPPT的电流扰动方向为正，且电流的变化方向为正，则更新 下一次MPPT的电流扰动方向为正；若本次MPPT的电流扰动方向为正，且电流的变化方向为负，则更新下 一次MPPT的电流扰动方向为负；若本次MPPT的电流扰动方向为负，且电流的变化方向为正，则更新下一 次MPPT的电流扰动方向为负；若本次MPPT的电流扰动方向为负，且电流的变化方向为负，则更新下一次 MPPT的电流扰动方向为正。

如图2所示，将充电器输出电流参考给定值与实际充电器输出电流进行比较，通过调节器后，将信号 送入脉冲宽度调制器(PWM)产生控制信号，动态跟踪充电器输出电流(对蓄电池充电电流)的最大值， 进而实现最大功率点跟踪。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加 以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。