數字信號控制器在太陽(yáng)能逆變器中的應用

　　3.2 DSC為控制系統的太陽(yáng)能并網(wǎng)逆變電源設計方案 由于DSP芯片是DSC 核心部件，所以太陽(yáng)能并網(wǎng)逆變電源設計方案是基于DSP技術(shù)的設計方案。值此以TMS320C2000 DSP為典型應用作分析。因為以TMS320C2000 DSP的平臺能夠最佳地響應太陽(yáng)能逆變器多條實(shí)施線(xiàn)路的實(shí)時(shí)挑戰。故以TMS320C2000 DSP為典型應用作分析。該TMS320028x，內核32位CPU以150MHz的最高頻率運行，能夠高效地執行在最大功率點(diǎn)下操作面板所需的高精 度算法，可確保最高的電源轉換效率，甚至在最苛刻與不斷變化的條件下也是如此。DC/AC轉換器主橋的驅動(dòng)由TMS320C 2000器件高度靈活的PWM模塊執行并與片上高速12位ADC配合使用，調節所需的電流與電壓，從而獲得最常見(jiàn)的正弦波形。圖3(b)為用 TMS320C2000 DSP為控制系統的太陽(yáng)能并網(wǎng)逆變電源設計方案示意框圖。太陽(yáng)能并網(wǎng)逆變電源設計方案由控制系統和功率主電路兩部分組成。

　　C2000片上高速12位ADC可對電池電壓、電池溫度、環(huán)境溫度與計量計數器的模擬量迸行A/D轉換。DC/DC變換環(huán)節調整光伏陣列的工作點(diǎn)， 使其跟蹤最大功率點(diǎn)。所以在太陽(yáng)能電池板后接Boost升壓斬波器，將電壓升到400V，這樣設計有利于提高系統的效率，也便于后級全橋逆變器并網(wǎng)控制。 而DC/AC逆變環(huán)節主要使輸出電流與電網(wǎng)電壓同相位，同時(shí)獲得單位功率因數。

　　對于控制系統，當控制電路上電后，首先檢測電網(wǎng)參數和光伏電池的電壓， 當網(wǎng)壓正常時(shí)，全橋逆變器工作在PWM整流器狀態(tài)，中間電壓為400V左右。逆變器工作過(guò)程中，由控制芯片DSP檢測中間電壓、并網(wǎng)電流，如果中間電壓過(guò)高或者并網(wǎng)電流超過(guò)最大電流時(shí)，由控制芯片封鎖全橋逆變器和Boost升壓斬波器的開(kāi)關(guān)管控制脈沖，同時(shí)斷開(kāi)繼電器。延時(shí)一段后再?lài)L試重新啟動(dòng)，若故障仍然存在，則斷開(kāi)逆變器，DSP能快速響應命令。

　　太陽(yáng)能電池輸出的最大功率隨著(zhù)光照強度和溫度的變化而變化，系統的最大功率跟蹤由前級Boost升壓斬波器控制。為實(shí)現與電網(wǎng)電壓同頻同相的并網(wǎng)電流，其由后級全橋逆變器控制。他們的控制都是由DSP芯片TMS320C2000 協(xié)調完成逆變器的設計。

　　除上述DSC為控制系統的太陽(yáng)能并網(wǎng)逆變電源以外，本文還將對太陽(yáng)能風(fēng)力發(fā)電系統應用、太陽(yáng)能及風(fēng)力發(fā)電的控制器及風(fēng)機并網(wǎng)逆變電源等技術(shù)與應用作簡(jiǎn)介。

　　4、太陽(yáng)能風(fēng)力發(fā)電系統應用

　　太陽(yáng)能風(fēng)力發(fā)電系統利用自然能源，取之不盡，用之不竭。它的利用不僅解決我國目前8000萬(wàn)無(wú)電居民的用電問(wèn)題，而且可改善目前全球日趨嚴重的環(huán)境污染問(wèn) 題。除此之外，它的利用給用戶(hù)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟效益。據統計，架設5公里電線(xiàn)及以后的電費投資，遠遠大于太陽(yáng)能風(fēng)力發(fā)電系統的一次性投資。

　　風(fēng)光互補發(fā)電系統見(jiàn)圖4所示。由于太陽(yáng)能與風(fēng)能的互補性強，風(fēng)光互補發(fā)電系統在資源上彌補了風(fēng)電和光電獨立系統在資源上的缺陷。同時(shí)，風(fēng)電和光電系統在蓄電池組和逆變環(huán)節是可以通用的，所以風(fēng)光互補發(fā)電系統的造價(jià)可以降低，系統成本趨于合理。

　　圖4 風(fēng)光互補發(fā)電系統組成示意圖

　　5、太陽(yáng)能及風(fēng)力發(fā)電的控制器

　　控制器是有效控制太陽(yáng)能或風(fēng)機發(fā)出的電力向蓄電池充電，蓄電池向負載放電，使蓄電池在安全工作電壓、電流范圍內工作的裝置。它的控制性能直接影響蓄電池使用壽命和系統效率。

　　5.1全數字太陽(yáng)能智能控制器

　　全數字太陽(yáng)能智能控制器全部采用微電腦和無(wú)觸點(diǎn)控制技術(shù)，并具備各種保護功能，廣泛應用于郵電通信、微波、光纜傳輸、鐵路通信及信號，也可為邊遠地區、海 島以及移動(dòng)場(chǎng)所提供電力。由于太陽(yáng)能電池的壽命一般均在20年以上，因此系統壽命可靠性較高，并可取代柴油機，實(shí)現無(wú)人值守。

　　性能特點(diǎn)：控制電路與主電路完全隔離，可正接地也可負接地;LED、LCD顯示功能，可顯示當前蓄電池電壓、太陽(yáng)能電池陣列輸出電流、負載電流及蓄 電池充電電流、日發(fā)電量、累計發(fā)電量;多路(6路/12路/18路等)太陽(yáng)能可以同時(shí)接入;階梯式控制方式，可使太陽(yáng)能電池發(fā)出的電能最大限度向蓄電池充 電，效率大大提高;各路充電電壓檢測具有“回差”控制功能，可防止靜態(tài)開(kāi)關(guān)進(jìn)入振蕩狀態(tài);過(guò)充、過(guò)放、過(guò)載、短路、接反、過(guò)熱等一系列報警和保護功能;霍 爾電流互感器檢測電流;溫度補償調節電壓;最近30天的電量數據采集，缺電時(shí)電量可以存儲;太陽(yáng)能每天累計發(fā)電量，太陽(yáng)能歷史累計發(fā)電量，掉電數據不丟 失;具有RTC功能，可以查尋當前時(shí)間，在任何時(shí)候出現異常(過(guò)充、過(guò)放、過(guò)載、短路等)，會(huì )把不同故障發(fā)生的時(shí)間分別記錄下來(lái)，送上位機顯示;提供標準 RS232/RS485接口;根據客戶(hù)不同需要，可安裝不同等級防雷器;根據系統需要，可提供光控、油機、備用電源等功能。

　　5.2全數字風(fēng)力發(fā)電智能控制器 全數字風(fēng)力發(fā)電智能控制器是控制風(fēng)力發(fā)電機將風(fēng)能轉化為電能并貯存到蓄電池的裝置，控制器全部采用微電腦和無(wú)觸點(diǎn)控制技術(shù)，并具備各種保護功能，廣泛應用 于郵電通信、微波、光纜傳輸、鐵路通信及信號，也可為邊遠地區、海島以及移動(dòng)場(chǎng)所提供電力。

　　其性能特點(diǎn)與全數字太陽(yáng)能智能控制器類(lèi)同，不同之處如下：多路風(fēng)機可以同時(shí)接入;階梯式控制方式，可使風(fēng)機發(fā)出的電能最大限度面向蓄電池充電，充電效率大大提高; 控制器內置大功率風(fēng)機卸載電阻，無(wú)級調節，逐級投入，使蓄電池不會(huì )經(jīng)受突變大電流充電，大大提高蓄電池使用壽命;風(fēng)機平穩降速，有效防上風(fēng)機飛車(chē);最近30天的電量數據采集，沒(méi)電時(shí)電量可以存儲。

　　5.3無(wú)尾翼風(fēng)機控制器原理與特征

　　5.3.1無(wú)尾翼風(fēng)機控制器原理可用圖5描述。

　　圖5 無(wú)尾翼風(fēng)機控制器原理圖

　　5.3.2無(wú)尾翼風(fēng)機控制器特點(diǎn) 采用Microchip公司專(zhuān)用微處理芯片;專(zhuān)用的風(fēng)速儀與高性能風(fēng)向傳感器; 實(shí)時(shí)顯示風(fēng)速、風(fēng)向、功率、電壓、電流、手/自動(dòng)剎車(chē)、偏航、變槳等信息;EMI/EMC指標優(yōu)異，配備RS232/RS485及上位機監管軟件;具有欠 /過(guò)壓自動(dòng)切換，可實(shí)現三級電動(dòng)剎車(chē)，自動(dòng)關(guān)槳;防雷擊、過(guò)載、短線(xiàn)等各種故障自動(dòng)保護功能及故障報警;可設置最佳切入風(fēng)速和切出風(fēng)速，運行中能進(jìn)行智能 控制，自動(dòng)根據風(fēng)速、風(fēng)向的變化，改變槳距、偏航方向，實(shí)現最大功率輸出;工作溫度-20℃～+70℃，可配置微型打印機。其應用范圍適用于各種無(wú)尾翼風(fēng) 力發(fā)電機的控制。

　　5.4風(fēng)光互補智能控制器

　　風(fēng)光互補智能控制器是控制太陽(yáng)能電池、風(fēng)力發(fā)電機將太陽(yáng)能、風(fēng)能轉化為電能并貯存到蓄電池的裝置，由于風(fēng)力資源和陽(yáng)光資源在不同的地域、季節、天氣條件分 布不同，具有一定的互補性。同時(shí)充分利用風(fēng)力資源發(fā)電一次性投資較低，而新能源發(fā)電系統維護量低，采用風(fēng)光互補系統，性?xún)r(jià)比高。兼有太陽(yáng)能控制器、風(fēng)力發(fā) 電控制器的特點(diǎn)。

　　5.5路燈控制器

　　太陽(yáng)能路燈是一種獨立的照明系統，路燈控制器是將太陽(yáng)能轉化為電能并貯存到蓄電池為道路提供照明的裝置，采用微電腦芯片和無(wú)觸點(diǎn)控制技術(shù)，并具備各種保護功能。

　　性能特點(diǎn)為：照明開(kāi)/關(guān)燈自動(dòng)控制(光控、定時(shí)可設定);時(shí)控有1小時(shí)、3小時(shí)、4小時(shí)、5小時(shí)、6小時(shí)、8小時(shí)自由選擇;蓄電池充/放電、欠壓/過(guò)壓/反接保護及溫度補償自動(dòng)控制;負載開(kāi)/短路自動(dòng)保護，保護自復位。

　　6 風(fēng)機并網(wǎng)逆變電源

　　風(fēng)機并網(wǎng)發(fā)電是將風(fēng)力發(fā)電機所發(fā)出的交流電經(jīng)過(guò)整流逆變成交流電并饋送電網(wǎng)。與太陽(yáng)能發(fā)電一樣，風(fēng)力發(fā)電是新能源發(fā)電走向可持續發(fā)展的必由之路。

　　工作原理可用框圖6表示，其性能特點(diǎn)與太陽(yáng)能并網(wǎng)逆變電源類(lèi)同。

　　圖6 風(fēng)機并網(wǎng)逆變電源框圖 7

　　光伏風(fēng)力發(fā)電系統專(zhuān)用上位機軟件 該軟件為用戶(hù)提供一個(gè)遠程監管供電、用電設備的在線(xiàn)系統，配合多功能離網(wǎng)、并網(wǎng)逆變電源，對系統進(jìn)行實(shí)時(shí)數據顯示與處理、系統功能分析、系統事故追憶、各 種文檔備份、用戶(hù)級別選擇、實(shí)現遠程特定功能控制、新用戶(hù)電源使用學(xué)習、在線(xiàn)幫助等功能。

　　具體功能如下：

　?、賹?shí)時(shí)數據顯示與處理：對于系統電量、事故記錄等非實(shí)時(shí)數據，根據電源系統采集周期，做定時(shí)采集，打包。在系統相應采集周期設定時(shí)間段內進(jìn)行處理并備份。

　?、谑鹿首窇洠壕邆湓敿毜氖鹿视涗?精確到秒，以時(shí)間段顯示，同時(shí)記錄系統所有運行參數備查);多種查詢(xún)方式(按站點(diǎn)、時(shí)間、日期及起組合方式);報表生成和打印;數據軟件和數據硬件備份。

　?、鄹婢δ埽壕邆鋱缶瘏翟O定，告警參數顯示與保持。提供聲音(內容可以自行選擇，滿(mǎn)足個(gè)性需求，同時(shí)提供pc機內部蜂鳴器報警，為用戶(hù)節約電能)、光、短信、郵件、電話(huà)等報警方式。

　?、馨踩Ｊ剑簩τ脩?hù)提供權限管理、密碼登錄、無(wú)誤操作設計，升級電源知識數據庫，新電源用戶(hù)學(xué)習影像資料;對電源設備實(shí)時(shí)控制，參數全面具體，防誤操作處理。

　?、莞郊庸δ芘c人性化設計：數據顯示多樣化;避免重復運行的設計;還可實(shí)現無(wú)線(xiàn)監控。

　　8 結束語(yǔ) 應該說(shuō)國內外許多廠(chǎng)商有很多系列的太陽(yáng)能及風(fēng)力發(fā)電系統與產(chǎn)品，上述介紹的應用特征僅從共性的角度出發(fā)，因此在選用時(shí)應根據實(shí)際需要，確定參數與指標，以獲得較高的性?xún)r(jià)比。