基于CAN總線(xiàn)的模塊化獨立光伏發(fā)電控制系統

引言

隨著(zhù)能源日益緊缺和環(huán)保壓力不斷增大，光伏發(fā)電技術(shù)以其資源豐富、清潔環(huán)保、受地域限制小等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的重視。根據對現有光伏發(fā)電系統的調查分析，儲能蓄電池的使用壽命是導致系統故障和失效的重要因素之一。傳統的獨立光伏發(fā)電系統一般采用單個(gè)充電控制器控制太陽(yáng)能電池板對蓄電池進(jìn)行充電。該方法基本能夠滿(mǎn)足小容量蓄電池的要求，但不能勝任大容量蓄電池或蓄電池組。大容量的蓄電池或蓄電池組充電時(shí)需要的充電電流較大，充電過(guò)程中充電控制器投入／切出充電頻繁，對蓄電池沖擊較大，易損壞蓄電池。當前，大容量蓄電池和蓄電池組正被逐漸廣泛使用，因此，需要更加有效、可靠的充電控制方案。CAN總線(xiàn)有組態(tài)靈活、結構簡(jiǎn)單、可靠性高、通信速度快等特點(diǎn)，可以被用來(lái)設計一種新型模塊化獨立光伏發(fā)電控制系統。多個(gè)充電模塊在管理模塊的控制下調整充電PWM的占空比，減小對蓄電池的沖擊，有效保護蓄電池，且通過(guò)增減充電模塊數目，可適應不同容量的蓄電池，有利于擴容。

1 模塊化光伏發(fā)電系統結構

基于CAN總線(xiàn)的模塊化光伏發(fā)電控制系統由上位機PC、管理模塊、n個(gè)充電模塊(1≤n≤10)組成。每個(gè)充電模塊控制單塊太陽(yáng)能電池板對蓄電池進(jìn)行充電。系統結構如圖1所示。

圖1 模塊化光伏發(fā)電控制系統結構

1．1管理模塊

管理模塊集成了矩陣鍵盤(pán)單元、顯示單元、數據存儲單元、采樣單元、CAN通信單元以及串口通信單元。管理模塊的系統結構如圖2所示。

圖2 管理模塊系統結構

通過(guò)人機接口(矩陣鍵盤(pán)單元、顯示單元)，顯示各充電模塊工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)信息，如日發(fā)電量、光電池電壓、充電電流等；且用戶(hù)可方便地設置和保存充電控制參數，如浮充電壓、均衡電壓、溫度補償系數等。管理模塊采集蓄電池電壓信號經(jīng)過(guò)信號調理、A／D轉換送至CPU，軟件程序根據蓄電池狀態(tài)控制充電模塊進(jìn)行充電，并通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送充電控制命令給各充電模塊。

1.2充電模塊

充電模塊內置采樣單元，采集對應連接的太陽(yáng)能電池板的電壓及充電電流；PWM充電單元產(chǎn)生PWM波形對充電進(jìn)行控制。充電模塊的系統結構如圖3所示。

圖3 充電模塊系統結構

根據管理模塊發(fā)送的命令，充電模塊實(shí)時(shí)調整充電PwM；同時(shí)，每隔1s將自身的充電狀態(tài)信息上報管理模塊。

2 CAN通信協(xié)議設計

CAN總線(xiàn)，即控制器局域網(wǎng)，與RS_485等總線(xiàn)相比，CAN總線(xiàn)支持多主工作方式，節點(diǎn)間不分主、從，組網(wǎng)簡(jiǎn)單，且CAN的信號傳輸采用短幀結構，信息傳輸速度快，通信距離最遠可達10km(通信速率最高為5 kb／s)，通信速率最高可達1 Mb／s(通信距離最遠為40 m)，實(shí)時(shí)性好。由于采用了非破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù)，通過(guò)設置優(yōu)先級來(lái)避免沖突，故可靠性高。