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數(shù)字信號(hào)控制器在太陽能逆變器中的應(yīng)用

作者: 時(shí)間:2011-10-19 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
3.2 DSC為控制系統(tǒng)的并網(wǎng)逆變電源設(shè)計(jì)方案

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/178506.htm

  由于DSP芯片是DSC 核心部件,所以并網(wǎng)逆變電源設(shè)計(jì)方案是基于DSP技術(shù)的設(shè)計(jì)方案。值此以TMS320C2000TM DSP為典型作分析。因?yàn)橐訲MS320C2000TM DSP的平臺(tái)能夠最佳地響應(yīng)多條實(shí)施線路的實(shí)時(shí)挑戰(zhàn)。故以TMS320C2000TM DSP為典型作分析。該TMS320028xTM,內(nèi)核32位CPU以150MHz的最高頻率運(yùn)行,能夠高效地執(zhí)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換器主橋的驅(qū)動(dòng)由TMS320C 2000器件高度靈活的PWM模塊執(zhí)行并與片上高速12位ADC配合使用,調(diào)節(jié)所需的電流與電壓,從而獲得最常見的正弦波形。圖3(b)為用TMS320C2000 DSP為控制系統(tǒng)的太陽能并網(wǎng)逆變電源設(shè)計(jì)方案示意框圖。太陽能并網(wǎng)逆變電源設(shè)計(jì)方案由控制系統(tǒng)和功率主電路兩部分組成。

  C2000片上高速12位ADC可對(duì)電池電壓、電池溫度、環(huán)境溫度與計(jì)量計(jì)數(shù)器的模擬量迸行A/D轉(zhuǎn)換。DC/DC變換環(huán)節(jié)調(diào)整光伏陣列的工作點(diǎn),使其跟蹤最大功率點(diǎn)。所以在太陽能電池板后接Boost升壓斬波器,將電壓升到400V,這樣設(shè)計(jì)有利于提高系統(tǒng)的效率,也便于后級(jí)全橋并網(wǎng)控制。而DC/AC逆變環(huán)節(jié)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(shù)。

  對(duì)于控制系統(tǒng),當(dāng)控制電路上電后,首先檢測(cè)電網(wǎng)參數(shù)和光伏電池的電壓, 當(dāng)網(wǎng)壓正常時(shí),全橋工作在PWM整流器狀態(tài),中間電壓為400V左右。逆變器工作過程中,由控制芯片DSP檢測(cè)中間電壓、并網(wǎng)電流,如果中間電壓過高或者并網(wǎng)電流超過最大電流時(shí),由控制芯片封鎖全橋逆變器和Boost升壓斬波器的開關(guān)管控制脈沖,同時(shí)斷開繼電器。延時(shí)一段后再嘗試重新啟動(dòng),若故障仍然存在,則斷開逆變器,DSP能快速響應(yīng)命令。

  太陽能電池輸出的最大功率隨著光照強(qiáng)度和溫度的變化而變化,系統(tǒng)的最大功率跟蹤由前級(jí)Boost升壓斬波器控制。為實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)電壓同頻同相的并網(wǎng)電流,其由后級(jí)全橋逆變器控制。他們的控制都是由DSP芯片TMS320C2000 協(xié)調(diào)完成逆變器的設(shè)計(jì)。

  除上述DSC為控制系統(tǒng)的太陽能并網(wǎng)逆變電源以外,本文還將對(duì)太陽能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、太陽能及風(fēng)力發(fā)電的及風(fēng)機(jī)并網(wǎng)逆變電源等技術(shù)與應(yīng)用作簡(jiǎn)介。

  4、太陽能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用

  太陽能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)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8000萬無電居民的用電問題,而且可改善目前全球日趨嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。除此之外,它的利用給用戶帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)統(tǒng)計(jì),架設(shè)5公里電線及以后的電費(fèi)投資,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于太陽能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的一次性投資。

  風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)見圖4所示。由于太陽能與風(fēng)能的互補(bǔ)性強(qiáng),風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在資源上彌補(bǔ)了風(fēng)電和光電獨(dú)立系統(tǒng)在資源上的缺陷。同時(shí),風(fēng)電和光電系統(tǒng)在蓄電池組和逆變環(huán)節(jié)是可以通用的,所以風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的造價(jià)可以降低,系統(tǒng)成本趨于合理。

  圖4 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)組成示意圖

  5、太陽能及風(fēng)力發(fā)電的

  是有效控制太陽能或風(fēng)機(jī)發(fā)出的電力向蓄電池充電,蓄電池向負(fù)載放電,使蓄電池在安全工作電壓、電流范圍內(nèi)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(tǒng)效率。

  5.1全太陽能智能控制器

  全太陽能智能控制器全部采用微電腦和無觸點(diǎn)控制技術(shù),并具備各種保護(hù)功能,廣泛應(yīng)用于郵電通信、微波、光纜傳輸、鐵路通信及,也可為邊遠(yuǎn)地區(qū)、海島*以及移動(dòng)場(chǎng)所提供電力。由于太陽能電池的壽命一般均在20年以上,因此系統(tǒng)壽命可靠性較高,并可取代柴油機(jī),實(shí)現(xiàn)無人值守。

  性能特點(diǎn):控制電路與主電路完全隔離,可正接地也可負(fù)接地;LED、LCD顯示功能,可顯示當(dāng)前蓄電池電壓、太陽能電池陣列輸出電流、負(fù)載電流及蓄電池充電電流、日發(fā)電量、累計(jì)發(fā)電量;多路(6路/12路/18路等)太陽能可以同時(shí)接入;階梯式控制方式,可使太陽能電池發(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(cè)具有“回差”控制功能,可防止靜態(tài)開關(guān)進(jìn)入振蕩狀態(tài);過充、過放、過載、短路、接反、過熱等一系列報(bào)警和保護(hù)功能;霍爾電流互感器檢測(cè)電流;溫度補(bǔ)償調(diào)節(jié)電壓;最近30天的電量數(shù)據(jù)采集,缺電時(shí)電量可以存儲(chǔ);太陽能每天累計(jì)發(fā)電量,太陽能歷史累計(jì)發(fā)電量,掉電數(shù)據(jù)不丟失;具有RTC功能,可以查尋當(dāng)前時(shí)間,在任何時(shí)候出現(xiàn)異常(過充、過放、過載、短路等),會(huì)把不同故障發(fā)生的時(shí)間分別記錄下來,送上位機(jī)顯示;提供標(biāo)準(zhǔn)RS232/RS485接口;根據(jù)客戶不同需要,可安裝不同等級(jí)防雷器;根據(jù)系統(tǒng)需要,可提供光控、油機(jī)、備用電源等功能。

  5.2全風(fēng)力發(fā)電智能控制器

  全數(shù)字風(fēng)力發(fā)電智能控制器是控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)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觸點(diǎn)控制技術(shù),并具備各種保護(hù)功能,廣泛應(yīng)用于郵電通信、微波、光纜傳輸、鐵路通信及,也可為邊遠(yuǎn)地區(qū)、海島*以及移動(dòng)場(chǎng)所提供電力。

  其性能特點(diǎn)與全數(shù)字太陽能智能控制器類同,不同之處如下:多路風(fēng)機(jī)可以同時(shí)接入;階梯式控制方式,可使風(fēng)機(jī)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(nèi)置大功率風(fēng)機(jī)卸載電阻,無級(jí)調(diào)節(jié),逐級(jí)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(jī)平穩(wěn)降速,有效防上風(fēng)機(jī)飛車;最近30天的電量數(shù)據(jù)采集,沒電時(shí)電量可以存儲(chǔ)。

  5.3無尾翼風(fēng)機(jī)控制器原理與特征

  5.3.1無尾翼風(fēng)機(jī)控制器原理可用圖5描述。

  圖5 無尾翼風(fēng)機(jī)控制器原理圖

  5.3.2無尾翼風(fēng)機(jī)控制器特點(diǎn)

  采用Microchip公司專用微處理芯片;專用的風(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、偏航、變槳等信息;EMI/EMC指標(biāo)優(yōu)異,配備RS232/RS485及上位機(jī)監(jiān)管軟件;具有欠/過壓自動(dòng)切換,可實(shí)現(xiàn)三級(jí)電動(dòng)剎車,自動(dòng)關(guān)槳;防雷擊、過載、短線等各種故障自動(dòng)保護(hù)功能及故障報(bào)警;可設(shè)置最佳切入風(fēng)速和切出風(fēng)速,運(yùn)行中能進(jìn)行智能控制,自動(dòng)根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)向的變化,改變槳距、偏航方向,實(shí)現(xiàn)最大功率輸出;工作溫度-20℃~+70℃,可配置微型打印機(jī)。其應(yīng)用范圍適用于各種無尾翼風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制。

  5.4風(fēng)光互補(bǔ)智能控制器

  風(fēng)光互補(bǔ)智能控制器是控制太陽能電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)將太陽能、風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能并貯存到蓄電池的裝置,由于風(fēng)力資源和陽光資源在不同的地域、季節(jié)、天氣條件分布不同,具有一定的互補(bǔ)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(tǒng)維護(hù)量低,采用風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng),性價(jià)比高。兼有太陽能控制器、風(fēng)力發(fā)電控制器的特點(diǎn)。

  5.5路燈控制器

  太陽能路燈是一種獨(dú)立的照明系統(tǒng),路燈控制器是將太陽能轉(zhuǎn)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觸點(diǎn)控制技術(shù),并具備各種保護(hù)功能。

  性能特點(diǎn)為:照明開/關(guān)燈自動(dòng)控制(光控、定時(shí)可設(shè)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/過壓/反接保護(hù)及溫度補(bǔ)償自動(dòng)控制;負(fù)載開/短路自動(dòng)保護(hù),保護(hù)自復(fù)位。

  6 風(fēng)機(jī)并網(wǎng)逆變電源

  風(fēng)機(jī)并網(wǎng)發(fā)電是將風(fēng)力發(fā)電機(jī)所發(fā)出的交流電經(jīng)過整流逆變成交流電并饋送電網(wǎng)。與太陽能發(fā)電一樣,風(fēng)力發(fā)電是新能源發(fā)電走向可持續(xù)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)與太陽能并網(wǎng)逆變電源類同。

  圖6 風(fēng)機(jī)并網(wǎng)逆變電源框圖

  7 光伏風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)專用上位機(jī)軟件

  該軟件為用戶提供一個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)管供電、用電設(shè)備的在線系統(tǒng),配合多功能離網(wǎng)、并網(wǎng)逆變電源,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示與處理、系統(tǒng)功能分析、系統(tǒng)事故追憶、各種文檔備份、用戶級(jí)別選擇、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程特定功能控制、新用戶電源使用學(xué)習(xí)、在線幫助等功能。

  具體功能如下:

 ?、賹?shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示與處理:對(duì)于系統(tǒng)電量、事故記錄等非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),根據(jù)電源系統(tǒng)采集周期,做定時(shí)采集,打包。在系統(tǒng)相應(yīng)采集周期設(shè)定時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行處理并備份。

 ?、谑鹿首窇洠壕邆湓敿?xì)的事故記錄(精確到秒,以時(shí)間段顯示,同時(shí)記錄系統(tǒng)所有運(yùn)行參數(shù)備查);多種查詢方式(按站點(diǎn)、時(shí)間、日期及起組合方式);報(bào)表生成和打??;數(shù)據(jù)軟件和數(shù)據(jù)硬件備份。

 ?、鄹婢δ埽壕邆鋱?bào)警參數(shù)設(shè)定,告警參數(shù)顯示與保持。提供聲音(內(nèi)容可以自行選擇,滿足個(gè)性需求,同時(shí)提供pc機(jī)內(nèi)部蜂鳴器報(bào)警,為用戶節(jié)約電能)、光、短信、郵件、電話等報(bào)警方式。

 ?、馨踩J剑簩?duì)用戶提供權(quán)限管理、密碼登錄、無誤操作設(shè)計(jì),***升級(jí)電源知識(shí)數(shù)據(jù)庫,新電源用戶學(xué)習(xí)影像資料;對(duì)電源設(shè)備實(shí)時(shí)控制,參數(shù)全面具體,防誤操作處理。

 ?、莞郊庸δ芘c人性化設(shè)計(jì):數(shù)據(jù)顯示多樣化;避免重復(fù)運(yùn)行的設(shè)計(jì);還可實(shí)現(xiàn)無線監(jiān)控。

  8 結(jié)束語

  應(yīng)該說國內(nèi)外許多廠商有很多系列的太陽能及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與產(chǎn)品,上述介紹的應(yīng)用特征僅從共性的角度出發(fā),因此在選用時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要,確定參數(shù)與指標(biāo),以獲得較高的性價(jià)比。


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