2022年郑州大学风光互补发电系统实验手册-SY .pdf

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1、风光互补发电系统实验指导手册1实验 8MPPT 实验一、实验目的1.了解 MPPT 并熟悉 MPPT 的工作原理。2.熟悉 MPPT 的硬件和算法。3.熟练掌握 MPPT 实验的操作步骤。二、实验仪器：序号名称备注1储能系统实验科研平台已配好2追日系统实验科研平台已配好3室外光伏电池板配电柜实验科研平台已配好4控制系统实验科研平台已配好5风源控制系统用于室外光伏电池板配电柜接线板取电三、原理与说明1.MPPT 控制器MPPT 控制器的全称 “ 最大功率点跟踪” 太阳能控制器，是传统太阳能充放电控制器的升级换代产品。MPPT 控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI) ，

2、使系统以最高的效率对蓄电池充电。该控制器应用于太阳能光伏系统中，协调太阳能电池板、蓄电池、负载的工作，是光伏系统中非常重要的构件。最大功点跟踪(Maximum Power Point Tracking ，简称 MPPT) 系统是一种通过调节电气模块的工作状态， 使光伏板能够输出更多电能。它能够将太阳能电池板发出的直流电有效地贮存在蓄电池中，可有效地解决常规电网不能覆盖的偏远地区及旅游地区的生活和工业用电，不产生环境污染。MPPT 控制器的输出功率与MPPT 控制器的工作电压有关。只有工作在最合适的电压下， MPPT 控制器的输出功率才会有个唯一的最大值。比如日照强度为1000W/ 下，U=24

3、V,I=1A ；U=30V,I=0.9A ；U=36V,I=0.7A ；可见 30 的电压下输出功率最大。与传统投切型对比，下图是MPPT 控制器工作在175W 24V 的光伏板I-V 及功率曲线（STP175S-24/Ab-1 ） ，下面就以此图为例简单说明两种控制方式下的输出功率差异。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 9 页 - - - - - - - - - 风光互补发电系统实验指导手册2图 8-1比较说明： 以蓄电池在充电过程中停留时间最长的工作电压

4、点为系统工作基点，此次比较中选择 24V 系统蓄电池工作在2425V 左右。光照可按标准1000W/m2。从图中可简单读出几个点的功率值：20V105W ，23V120W ，25V130W ，30V155W ，35V170W 左右；投切型控制器工作在24V 时约为 125W， MPPT 型控制器可跟踪工作在35V /170W 左右，功率相差为170-125=45W ；理论上提高效率为：45/125=36%；考虑控制器充电效率，直充型可按98%考虑，则为：122.5W；MPPT 型一般按93%考虑，则为： 158.1W；实际提高效率为： （ 158.1-122.5）/122.5=29% ；实际运

5、行时， 不同的工作温度、 光照强度及蓄电池的电压状态等情况都将影响着两种控制方式的实际提高效率比例。但通过长时间的运行监测对比，MPPT 控制器都能使光伏发电系统的效率提高2030%，也就是说可以节约2030%的太阳能组件；在电池馈电（R G _A P_D B判断功率变化方向及减量大小RG_A P2+R G_A P_D B=#U d c290判断参考电压是否超出下限值R G_V d_IN S =#U d c200清 寄存器CT_M PPT =0;RG _Vd=0;RG_Id=0;参考电压 增加RG_V d_IN S+=R G_V d_IN C直 流参考 电压RG _Vd _INS=#U dc2

6、9 0直 流参考 电压RG _Vd _INS=#U dc20 0参考 电压 增加RG _V d_IN S+ =RG _Vd _INCNYYNYNYNYN子程 序结 束2007年10月 26日Friday页 1登山法M PPT图8-6名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 9 页 - - - - - - - - - 风光互补发电系统实验指导手册6四、实验项目和方法（一）室外太阳能电池组件条件下，用力控软件监控MPPT 控制器的输入输出端实时参数。实验步骤：1）实验前

7、注意排查线路是否正常；2）将室外太阳能电池组件接入“追日系统”MPPT 太阳能控制器单元（见图8-7） ；A B图 8-7“追日系统” MPPT 太阳能控制器单元示意图3）实验上电顺序如表8-1 所示；表 8-1实验上电顺序对照表断路器等操作顺序及状态序号断路器分合状态启动顺序步骤关闭顺序步骤1系统总电源空开合162储能系统蓄电池空开合253控制系统接线板电源空开合344追日系统 MPPT 控制器蓄电池空开合435风源控制系统接线板电源合526室外光伏电池板模式旋钮置于 1614）待室外太阳能电池板运行2 分钟左右稳定后，分别读取图8-8 中表 U1、U2 的数据并记录对应的电流、电压值到表8

8、-2（每个档位记录的对应的电压值、电流值为一组），并用示波器观测并记录图8-7 中 A、B 处对应的波形；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 9 页 - - - - - - - - - 风光互补发电系统实验指导手册7U1U2图 8-8各仪表的布局示意图表 8-2实验数据并记录表环境条件温度：30.0 湿度：22%光照强度：19413LUX压强： 标准大气压时间：2012.11.17序号太阳能输入电压/V太阳能输入电流/mA控制器输出电压/V控制器输出电流/ m

9、A备注15）打开控制系统工控机主机电源和显示器电源，然后将力控软件打开；6）通过力控软件主菜单_恢复（见图8-8） ，将本项目监控软件导入力控软件中；7）通过力控软件主菜单_运行（见图 8-8） ，将本项目监控软件运行（即上位机与MPPT控制器通讯）；图 8-8力控在软件主菜单示意图8）通过点击力控界面_登陆按钮如图8-9a 所示，即可进入上位机监控主界面如图8-9b；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 9 页 - - - - - - - - - 风光互补发电

10、系统实验指导手册8图 8-9a登陆界面图 8-9b监控主界面9）通过上位机监控主界面菜单和画面提示，即可对“追日系统”中MPPT 控制器的输入输出端实时参数（注：具体操作和故障排查可查阅力控监控软件说明）。图 8-10a电池板数据集曲线界面图 8-10b电池板数据报表图 8-11a蓄电池数据集曲线界面图 8-11b蓄电池数据报表（二）室外太阳能电池组件条件下，调节模拟光强，观测MPPT 波形。实验步骤：1） 在室外太阳能电池组件条件下，重复实验项目1 的操作步骤16；2） 待室外太阳能电池板运行2 分钟左右稳定后， 调节采用电阻RS/RB， 分别读取图8-7中表 U1、U2 的数据并记录对应的

11、电流、电压值到表8-3（每个档位记录的对应的电压值、电流值为一组），并用示波器观测并记录图8-6 中 A、B 处对应的波形；3） 调节 RS 从小 大,观察 LCD “实时监控”项目中” 太阳能电压 数值，使其数据在100-360V 内变化（每10V 一档），模拟观测户外光强变化对太阳能输入电压影响，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 9 页 - - - - - - - - - 风光互补发电系统实验指导手册9观测 GS 波形。并记录下取图8-7 中表 U1、U

12、2 对应的电压值、电流值，以及GS的波形；4） 调节 RB从小 大,观察 LCD“实时监控”项目中” 蓄电池电压 数值，使其数据在40-60V 内变化（每5V 一档），模拟观测蓄电池电压的各种状态，观测A、B 波形。并记录下取图8-7 中表 U1、U2 对应的电压值、电流值，以及GS 的波形。5） 将实验数据记录如表8-3 所示；表 8-3实验数据并记录表环境条件温度：30.0 湿度：22%光照强度：19413LUX压强： 标准大气压时间：2012.11.17序号太阳能输入电压/V太阳能输入电流/mA控制器输出电压/V控制器输出电流/ mA备注1234注意事项：1.实验前务必将所有线路排查完并

13、确保线路正常；2.在闭合实验涉及各系统的电源时，一定严格按照步骤规定的闭合顺序执行。（三）开发编程，详细见资料附件包。本文略。五、实验报告要求1.通过上位机力控软件的使用，监控实验相关数据、曲线、报表并描述力控软件的使用方法。2.试分析不同光强下观测的MPPT 波形以及分析波形与电压对应的关系。六、思考题1. 通过上位机力控软件的使用的学习，试分析常见通讯故障？2. 查阅先关资料，尝试MPPT 型控制器开发板的制作。3. 思考户外太阳能电池板在实际应用中应注意哪些因素对太阳能控制器的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 9 页 - - - - - - - - -