基于CAN總線的模塊化獨(dú)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(diǎn)，越來(lái)越受到人們的重視。根據(jù)對(duì)現(xiàn)有光伏發(fā)電系統(tǒng)的調(diào)查分析，儲(chǔ)能蓄電池的使用壽命是導(dǎo)致系統(tǒng)故障和失效的重要因素之一。傳統(tǒng)的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)一般采用單個(gè)充電控制器控制太陽(yáng)能電池板對(duì)蓄電池進(jìn)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(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(duì)蓄電池沖擊較大，易損壞蓄電池。當(dāng)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(jiǎn)單、可靠性高、通信速度快等特點(diǎn)，可以被用來(lái)設(shè)計(jì)一種新型模塊化獨(dú)立光伏發(fā)電控制系統(tǒng)。多個(gè)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(duì)蓄電池的沖擊，有效保護(hù)蓄電池，且通過(guò)增減充電模塊數(shù)目，可適應(yīng)不同容量的蓄電池，有利于擴(kuò)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(jī)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(duì)蓄電池進(jìn)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(chǔ)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(guò)人機(jī)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(shí)時(shí)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(shè)置和保存充電控制參數(shù)，如浮充電壓、均衡電壓、溫度補(bǔ)償系數(shù)等。管理模塊采集蓄電池電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)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(jìn)行充電，并通過(guò)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(duì)應(yīng)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(duì)充電進(jìn)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(shí)時(shí)調(diào)整充電PwM；同時(shí)，每隔1s將自身的充電狀態(tài)信息上報(bào)管理模塊。

2 CAN通信協(xié)議設(shè)計(jì)

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(diǎn)間不分主、從，組網(wǎng)簡(jiǎn)單，且CAN的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，信息傳輸速度快，通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km(通信速率最高為5 kb／s)，通信速率最高可達(dá)1 Mb／s(通信距離最遠(yuǎn)為40 m)，實(shí)時(shí)性好。由于采用了非破壞性總線仲裁技術(shù)，通過(guò)設(shè)置優(yōu)先級(jí)來(lái)避免沖突，故可靠性高。