基于CAN總線的模塊化獨立光伏發(fā)電控制系統(tǒng)

引言

隨著能源日益緊缺和環(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，越來越受到人們的重視。根據(jù)對現(xiàn)有光伏發(fā)電系統(tǒng)的調(diào)查分析，儲能蓄電池的使用壽命是導致系統(tǒng)故障和失效的重要因素之一。傳統(tǒng)的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)一般采用單個充電控制器控制太陽能電池板對蓄電池進行充電。該方法基本能夠滿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需要的充電電流較大，充電過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總線有組態(tài)靈活、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、通信速度快等特點，可以被用來設計一種新型模塊化獨立光伏發(fā)電控制系統(tǒng)。多個充電模塊在管理模塊的控制下調(diào)整充電PWM的占空比，減小對蓄電池的沖擊，有效保護蓄電池，且通過增減充電模塊數(shù)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(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于CAN總線的模塊化光伏發(fā)電控制系統(tǒng)由上位機PC、管理模塊、n個充電模塊(1≤n≤10)組成。每個充電模塊控制單塊太陽能電池板對蓄電池進行充電。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 模塊化光伏發(fā)電控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1．1管理模塊

管理模塊集成了矩陣鍵盤單元、顯示單元、數(shù)據(jù)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(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 管理模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通過人機接口(矩陣鍵盤單元、顯示單元)，顯示各充電模塊工作狀態(tài)的實時信息，如日發(fā)電量、光電池電壓、充電電流等；且用戶可方便地設置和保存充電控制參數(shù)，如浮充電壓、均衡電壓、溫度補償系數(shù)等。管理模塊采集蓄電池電壓信號經(jīng)過信號調(diào)理、A／D轉(zhuǎn)換送至CPU，軟件程序根據(jù)蓄電池狀態(tài)控制充電模塊進行充電，并通過CAN總線發(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(nèi)置采樣單元，采集對應連接的太陽能電池板的電壓及充電電流；PWM充電單元產(chǎn)生PWM波形對充電進行控制。充電模塊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 充電模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)管理模塊發(fā)送的命令，充電模塊實時調(diào)整充電PwM；同時，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，即控制器局域網(wǎng)，與RS_485等總線相比，CAN總線支持多主工作方式，節(jié)點間不分主、從，組網(wǎng)簡單，且CAN的信號傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，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)，實時性好。由于采用了非破壞性總線仲裁技術(shù)，通過設置優(yōu)先級來避免沖突，故可靠性高。