基于PLC的光伏控制系统

的大小。因为在这种控制方法下，功率的变化路径从图上看起来好像爬山一样，所以这种控制策略又被称为爬坡法。

扰动观察法是目前MPPT算法中使用最广的一个算法，这个算法的主要优点是原理简单，实现方便，而且跟踪精度高，其最大功率点的跟踪精度可以达到90％以上。然而，扰动观察法也有其固有的缺点，即在最大功率点附近存在不可避免的振荡从而导致额外的功率损耗，再者就是当外界环境剧烈变化时可能产生电压崩溃现象。其中，振荡是扰动观察法固有的一种现象，它是因为扰动观察法对控制变量的不停扰动产生的。最大功率点附近的振荡过程从图5中也可以看出，最终系统将在2—3—4—3—2附近振荡。虽然说减小扰动步长可以减小最大功率点附近的振动幅度，但是同时也将会增大最大功率点的跟踪时间，并且不可能真正地消除振荡。所以说，振荡在扰动观察法中是不可避免的。

P1=VPNppP(W)P2P1P3Dp/dv>0Dp/dv<0V(V)VNppVP-V

V1V2

图5-5变量为电压的扰动观察法示意图 图5-6 扰动观察法误判示意图

此法最大的优点在于其结构简单，被测参数少，能比较普遍的适用于光伏系统的最大功率跟踪。但是，在系统已经跟踪到最大功率点附近时，扰动仍然没有停止，这样系统在最大功率点附近振荡，会损失一部分功率，而且初始值和步长的选取对跟踪的速度和精度都有较大的影响。另外，当外部环境突然变化，太阳能电池阵列从一个稳定运行状态变换到另一个稳定运行状态的过程中，会出现误判现象，如图5所示，假设系统已经工作在MPP附近，在II光强下，当前工作点电压记为V1，阵列输出功率记为P1。当电压扰动方增加电压至V2，如果光强不发生变化，阵列输出功率为P2>P1，控制系统工作正确。但如果光强下降至I，则对应V2的输出功率可能为P3

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由以前可以归纳扰动观测法的优缺点，优点有：控制回路简单；跟踪算法简明，容易实现。

缺点有：在阵列最大功率点附近振荡，导致部分功率损失；初始值及跟踪步长的给定对跟踪精度和速度有较大影响；会出现“误判”现象。 5.2.2 MPPT技术的硬件电路支持

用DC—DC变换器可以实现最大功率点的跟踪。DC—DC变换电路(也称为斩波电路或斩波器)是接在光伏阵列和负载之间，通过控制电压将不控的直流输入变为可控的直流输出的一种变换电路。它被广泛应用于直流开关电源、逆变系统、通信领域、地铁、无轨电车等直流电动机的驱动设备中。

为了提高光伏电池的光电转换效率，使光伏电池始终保持最大功率输出，就要进行最大功率跟踪(简称MPPT)。本文采用BUCK电路来实现最大功率跟踪，其电路组成如图5-7。

图5-7 BUCK电路

BUCK电路中开关管导通的占空比的改变，对光伏阵列而言表现为其输出阻抗发生了变化，输出阻抗的变化将影响光伏阵列的输出特性。从而一定的输出阻抗对应一个输出电压值和输出电流值。而MPPT技术即是通过调节BUCK电路的占空比而改变光伏阵列的输出阻抗，从而寻求输出电流与输出电压的乘积即输出功率的最大值。由BUCK电路实现MPPT技术时，光伏阵列的输出电压高于蓄电池的端电压时，才能实现较好的调节。当光伏阵列的输出电压低于蓄电池端电压时，BUCK电路的控制失去作用。

5.3电流采样电路

电流信号的采样采用康铜丝电阻，此系列电阻选用高精密合会丝并经过特殊工艺处理，使其阻值低，精度高，温度系数低，具有无电感，高过载能力。可广泛用于通讯系统，电子整机，自动化控制的电源等回路作限流，均流或取样检测

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基于PLC的光伏控制系统

电路连接等。本设计通过康铜丝电阻采样的电压信号经过集成运放LM358的放大，输入到单片机中，进行数据的处理和控制,如下图5-8所示。

U1BU5U7R3 1KR1 1K6LM358R2 10KR4 1KBTRY-C1 103接PLCCB1U1图5-8 电流采样电路

SOLAR+本电路中，考虑到康铜丝电阻的特点，用其作为采样电阻。回路电流在康铜由于Ui<0，故经过康铜丝电阻的采样和运算放大器的放大，将采样的电流变化转变成电压信号的变化，将其送入PLC进行处理。本设计采用10毫欧的康铜丝，若回路电流为3A时，Ui=-0.3×0.01=-0.03V，U7=10x0.03=0.3V。若回路电流为16A(短路电流)时，Ui=-16×0.01=-0.16V，U7=10xO.16=1.6V。在软件设计中，只用到比较两个采样时刻的电流的大小，结合采样电压的大小对功率值进行计算。

丝电阻上产生的压降输入到集成运算放大器的反向输入端。其U5=U6=0V

5.4 电压采样电路

如图14所示，太阳能板电压采样电路采用电阻分压采样，C13为电源滤波，Uo=Ui2.4／49.4=0.049Ui本设计中采用额定电压为17.2V的两个太阳能光伏阵列串行连接，若某一时刻输出为额定电压值34.4V，则Uo为1.88V。若某一时刻输出电压值为2V(白天转黑夜的判断电压值)，则Uo为0.097V，A／D转换后的值为56。若某一时刻(开路电压)电压值为21.7V，则Uo为1.97V。

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D1S VOLT-R8 47KMBR20100R272K4C7104S VOLT-至PLC

图5-9 太阳能板电压采样电路

D1为防反充二极管。又称阻塞二极管。其作用是避免由于太阳能电池在阴雨天和夜晚不发电时或出现短路故障时，蓄电池通过太阳能电池放电。它串联在太阳能电池电路中，起单向导通作用。要求其能承受足够大的电流，而且正向电压降要小，反向饱和电流要小。一般可选用合适的整流二极管。

采用蓄电池电压采样电路也采用电阻分压采样，C17为电源滤波，如图5-10所示。

U1蓄电池电压R10 51KU2+C17C1103R1 接3KPLC图 5-10蓄电池电压采样电路

U2=3Ui／54=0.0556Ui

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