太陽(yáng)能發(fā)電MCU的光伏控制系統給與電網(wǎng)穩定保障

1、引言

隨著(zhù)綠色能源概念的深入人心，對于太陽(yáng)能的利用正逐漸普及。太陽(yáng)能發(fā)電具有突出的優(yōu)點(diǎn)，如：系統運行成本低、幾乎不需要維護、系統可連續工作且具有良好的模塊化特點(diǎn)、太陽(yáng)能電源系統的直流輸出電壓十分穩定、在沒(méi)有電網(wǎng)的地方太陽(yáng)能為靈活選取站址提供可能，等等。太陽(yáng)能發(fā)電系統相對于電網(wǎng)在穩定性方面有更可靠的保證。

近年，電力電子的發(fā)展使得太陽(yáng)能光電產(chǎn)品普及到我們生活的方方面面，從小功率的照明、景觀(guān)裝飾，以及中小功率的島嶼、山區生活用電系統，以至于軍工方面的大功率太陽(yáng)能移動(dòng)備用電站。太陽(yáng)能光電產(chǎn)品必將隨著(zhù)的技術(shù)升級以及相關(guān)技術(shù)的日新月異發(fā)展，太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)步入人們更廣闊的日常生活中已經(jīng)成為十分現實(shí)的事情。

光伏系統的核心在于邏輯控制環(huán)節，它不僅擔負對整個(gè)系統的狀態(tài)控制，還得確保系統的安全運行，同時(shí)提供所需的人機交互接口。邏輯控制環(huán)節的合理設計，既是完美充電過(guò)程的保證，也是系統壽命的保障，同時(shí)還為系統各模塊提供保護功能。隨著(zhù)MCU在各個(gè)領(lǐng)域的日益普及，其高性?xún)r(jià)比更加現實(shí)出其突出的優(yōu)越性。以下闡述以MCU為核心控制器中、小功率太陽(yáng)能光伏系統結構和性能。

2、系統概述及構成

1) 對系統狀態(tài)的控制，主要包括MCU通過(guò)MOSFET控制模塊實(shí)現對蓄電池的優(yōu)化充電，按照鉛酸蓄電池的特性，充電過(guò)程采用雙標三階段浮充法，把充電的過(guò)程分為三個(gè)階段(參見(jiàn)圖2)。

第一階段： 大電流灌充階段 (high current bulk charge state)由電壓采樣電路獲取蓄電池的電壓狀況，當電壓小于過(guò)標準開(kāi)路電壓(Voc)時(shí)，太陽(yáng)能電源以其所獲的最大電流對蓄電池充電(最大電流對不同功率的系統取值不同，可按C/5充電率取值，其中C為蓄電池容量)，由于太陽(yáng)能電池的電流與天氣狀況有關(guān)，所以大電流的取值將在一定范圍之內。保持大電流充電至Voc，進(jìn)入下一階段。第一階段的充電程度可達70%-90%。

第二階段： 過(guò)電壓恒充階段 (over charge state) 以恒定的過(guò)標準電壓(Voc)充電，直到充電率降至Ioct進(jìn)入下一階段充電過(guò)程。第二階段的充電程度近100%。

第三階段： 浮充階段 (float charge state) 以恒定精確的浮充電壓Vf進(jìn)行浮充。蓄電池充滿(mǎn)后，以浮充方式維持電壓。浮充電壓的選擇對蓄電池的壽命尤為重要，即使5%的誤差也將使得蓄電池的壽命縮短一半。

2) 對太陽(yáng)能電池和負載的保護，邏輯控制系統防止負載對蓄電池造成過(guò)放電，放電過(guò)深會(huì )嚴重損壞蓄電池。同時(shí)也要提供短路、負載過(guò)壓保護。

3) 邏輯控制系統還提供了用戶(hù)操作界面，顯示充電或放電狀態(tài)、顯示蓄電池電壓、容量多少及充放電電流的大孝顯示數據、記錄數據、發(fā)出告警信號和燈光顯示和進(jìn)行遠程通訊等功能，使得光伏系統的維護和檢修更加方便。2.1 光伏系統邏輯控制的硬件結構

光伏系統邏輯控制的硬件結構框圖(圖3)，其主要構成包括以下主要部分：

MCU：采用Microchip公司的PIC16C5x系列產(chǎn)品，其高速度、低工作電壓、低功耗、較大的輸入輸出直接驅動(dòng)能力、一次性編程芯片的低價(jià)值、小體積等，都極具強勁的競爭力。PIC16C5x系列單片機采用精簡(jiǎn)指令集，工作頻率從DC-20MHZ，系統為哈佛結構，數據總線(xiàn)和指令總線(xiàn)各自獨立分開(kāi)，7 個(gè)特殊功能寄存器，2級子程序堆棧，工作電源范圍大從2.5V-6V，內部自振式看門(mén)狗(WDT)，內部寄存器組(RAM)有25-72個(gè)，有內部復位電路，低功耗模式，耗電小于10uA，內帶一個(gè)8位定時(shí)器/計數器，具備保密位(保密熔絲可在程序燒寫(xiě)時(shí)選擇將其熔斷，則程序不能被讀出拷貝，同時(shí)提供四種可選振蕩方式：低成本的阻容(RC)振蕩;標準晶體，陶瓷振蕩(XT);高速晶體/陶瓷振蕩(HS);低功耗，低頻晶體振蕩(LP)。PIC16C5x有 2-20根雙向可獨立編程的I/O口，且每根I/O口線(xiàn)都可由程序來(lái)編程決定其輸入/輸出方向。