PTS-系列之PEK-100系列教學(xué)
PEK-120模塊之PV充電器

寫在前面的話

經(jīng)過前幾期對于PTS-800中基本的電路圖拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)掌握了基本的電路模型。從PEK-100系列開始，在固有電路拓?fù)浠A(chǔ)上開始對電路的控制方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。本期將針對直流變換器PEK-120的控制方式以及與新能源中光伏發(fā)電結(jié)合探究最大功率點(diǎn)追蹤技術(shù)的學(xué)習(xí)。

PEK-120
降壓式轉(zhuǎn)換器模組

簡 述：

下圖所示為PV充電系統(tǒng)之三種工作模式，圖(a)為MPPT模式，當(dāng)PV模組電力不足供給負(fù)載或充電使用時(shí)，其不足部分將由蓄電池供給；圖(b)為部分充電模式，當(dāng)PV模組電力足夠供給負(fù)載使用，且多余之電力還可對蓄電池進(jìn)行充電，但所多余電力仍不足以最大充電電流對蓄電池充電，以上兩種模式均操作于最大功率點(diǎn)。圖(c)為MPPT偏移模式，當(dāng)PV模組操作于最大功率點(diǎn)時(shí)，其總輸出電力大于負(fù)載及蓄電池需求總和，為求電力平衡情況下，必須降低PV模組總輸出電力，此時(shí)PV模組必須偏離其最大功率點(diǎn)以降低所產(chǎn)生之電力，來達(dá)到電力平衡。

控制架構(gòu)：

為實(shí)現(xiàn)上述工作模式，PV充電系統(tǒng)控制架構(gòu)安排如下圖所示，其采用雙回路控制，外回路為充電控制回路，內(nèi)回路包含MPPT控制回路與PV電壓控制回路，其控制原理如下：

首先取樣蓄電池電壓(Vb)與蓄電池最大電壓命令(Vb*)比較，其誤差經(jīng)由PI控制器與正向限制器后可得到充電電流命令(Ib*)，當(dāng)蓄電池電壓未達(dá)到最大電壓命令時(shí)，此限制器用以設(shè)定最大充電電流；當(dāng)蓄電池電壓接近于最大電壓命令時(shí)，控制器便進(jìn)入線性區(qū)，使得充電電流命令減少，最終將達(dá)到電池最大電壓命令準(zhǔn)位且使充電電流僅提供電池本身之消耗。此方法可達(dá)到定電流充電、定電壓充電及浮充等三階段充電之目的來增長電池壽命。

由PI電壓控制器產(chǎn)生之充電電流命令(Ib*)與蓄電池電流(Ib)比較，當(dāng)Ib>Ib*時(shí)，其誤差經(jīng)由PI控制器與正向?yàn)榱阒拗破骱螽a(chǎn)生一電壓命令(VL)，此電壓命令(VL)將會影響其最大功率點(diǎn)，使得最大功率點(diǎn)偏向右半面曲線，提升PV模組輸出電壓，最終使PV模組所產(chǎn)生輸出功率為負(fù)載和蓄電池需求總合，以達(dá)到電力平衡，此情形發(fā)生于MPPT偏移模式。反之，當(dāng)Ib

依據(jù)上述方法，本實(shí)驗(yàn)電池三階段充電策略之設(shè)定如下，其中Ich,max乃根據(jù)電池形式及容量所設(shè)定之最大充電電流：

定電流區(qū):Vb≤0.8Vb*

Ib*=Ich,max

定電壓區(qū):0.8Vb*

Ib*=Ich,max~0.1Ich,max(視電池電壓線性調(diào)整)

浮充區(qū):0.95Vb*

Ib*=0.1Ich,max

結(jié)合PV控制器(MPPT采用P&O擾動(dòng)觀察法)與充電控制器之模擬電路下圖所示，PV模組之最大功率點(diǎn)設(shè)定為Vmp=32V，Imp=3A，Pmp=96W。電池充電器之設(shè)定為Vb*=28V，電池電壓為24V，當(dāng)充電電流限制(Ib*)設(shè)定為5A時(shí)，由于在此設(shè)定下輸出(Pch=24V*5A=120W)超過Pmp，系統(tǒng)將操作于輸出將被限制在Pmp使PV模組操作于最大功率點(diǎn)，亦即前述之MPPT模式(如果有接上負(fù)載的話)亦或部分充電模式，模擬結(jié)果下圖所示，系統(tǒng)確實(shí)操作于MPP點(diǎn)。電池電壓為24V，當(dāng)充電電流限制(Ib*)設(shè)定為3A時(shí)，由于在此設(shè)定下輸出功率(Pch=24V*3A=72W)低于Pmp，系統(tǒng)之輸出將由Pch決定，MPPT將產(chǎn)生偏移，亦即前述之MPPT偏移模式，模擬結(jié)果下圖所示，MPP點(diǎn)確實(shí)偏移，且系統(tǒng)之輸出由Pch決定。將輸出之電池電壓提高到28V，充電控制器將進(jìn)入CV模式，使Ib*減少，MPPT將更加偏移，PV模組接近開路電壓。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：

充電功率大于最大功率點(diǎn)：

充電功率小于最大功率點(diǎn)：

總　結(jié)：

基于直流變換器的光伏充電是新能源光伏發(fā)電的必備課程，適用于本科及研究生階段對光伏的學(xué)習(xí)與應(yīng)用。固緯電子在點(diǎn)力電子教學(xué)方向致力于為老師減少壓力，緩解學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力，因此開創(chuàng)了全新的理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式，還請各位老師同學(xué)進(jìn)行了解轉(zhuǎn)發(fā)。