數字信號控制器在太陽能逆變器中的應用

　　3.2 DSC為控制系統(tǒng)的太陽能并網逆變電源設計方案 由于DSP芯片是DSC 核心部件，所以太陽能并網逆變電源設計方案是基于DSP技術的設計方案。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能逆變器多條實施線路的實時挑戰(zhàn)。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(zhí)行在最大功率點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)的太陽能并網逆變電源設計方案示意框圖。太陽能并網逆變電源設計方案由控制系統(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(jié)調整光伏陣列的工作點， 使其跟蹤最大功率點。所以在太陽能電池板后接Boost升壓斬波器，將電壓升到400V，這樣設計有利于提高系統(tǒng)的效率，也便于后級全橋逆變器并網控制。 而DC/AC逆變環(huán)節(jié)主要使輸出電流與電網電壓同相位，同時獲得單位功率因數。

　　對于控制系統(tǒng)，當控制電路上電后，首先檢測電網參數和光伏電池的電壓， 當網壓正常時，全橋逆變器工作在PWM整流器狀態(tài)，中間電壓為400V左右。逆變器工作過程中，由控制芯片DSP檢測中間電壓、并網電流，如果中間電壓過高或者并網電流超過最大電流時，由控制芯片封鎖全橋逆變器和Boost升壓斬波器的開關管控制脈沖，同時斷開繼電器。延時一段后再嘗試重新啟動，若故障仍然存在，則斷開逆變器，DSP能快速響應命令。

　　太陽能電池輸出的最大功率隨著光照強度和溫度的變化而變化，系統(tǒng)的最大功率跟蹤由前級Boost升壓斬波器控制。為實現與電網電壓同頻同相的并網電流，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(tǒng)的太陽能并網逆變電源以外，本文還將對太陽能風力發(fā)電系統(tǒng)應用、太陽能及風力發(fā)電的控制器及風機并網逆變電源等技術與應用作簡介。

　　4、太陽能風力發(fā)電系統(tǒng)應用

　　太陽能風力發(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濟效益。據統(tǒng)計，架設5公里電線及以后的電費投資，遠遠大于太陽能風力發(fā)電系統(tǒng)的一次性投資。

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

　　圖4 風光互補發(fā)電系統(tǒng)組成示意圖

　　5、太陽能及風力發(fā)電的控制器

　　控制器是有效控制太陽能或風機發(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(tǒng)效率。

　　5.1全數字太陽能智能控制器

　　全數字太陽能智能控制器全部采用微電腦和無觸點控制技術，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(qū)、海 島以及移動場所提供電力。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，實現無人值守。

　　性能特點：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)太陽能可以同時接入;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;各路充電電壓檢測具有“回差”控制功能，可防止靜態(tài)開關進入振蕩狀態(tài);過充、過放、過載、短路、接反、過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(jié)電壓;最近30天的電量數據采集，缺電時電量可以存儲;太陽能每天累計發(fā)電量，太陽能歷史累計發(fā)電量，掉電數據不丟 失;具有RTC功能，可以查尋當前時間，在任何時候出現異常(過充、過放、過載、短路等)，會把不同故障發(fā)生的時間分別記錄下來，送上位機顯示;提供標準 RS232/RS485接口;根據客戶不同需要，可安裝不同等級防雷器;根據系統(tǒng)需要，可提供光控、油機、備用電源等功能。

　　5.2全數字風力發(fā)電智能控制器 全數字風力發(fā)電智能控制器是控制風力發(fā)電機將風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觸點控制技術，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(qū)、海島以及移動場所提供電力。

　　其性能特點與全數字太陽能智能控制器類同，不同之處如下：多路風機可以同時接入;階梯式控制方式，可使風機發(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機卸載電阻，無級調節(jié)，逐級投入，使蓄電池不會經受突變大電流充電，大大提高蓄電池使用壽命;風機平穩(wěn)降速，有效防上風機飛車;最近30天的電量數據采集，沒電時電量可以存儲。

　　5.3無尾翼風機控制器原理與特征

　　5.3.1無尾翼風機控制器原理可用圖5描述。

　　圖5 無尾翼風機控制器原理圖

　　5.3.2無尾翼風機控制器特點 采用Microchip公司專用微處理芯片;專用的風速儀與高性能風向傳感器; 實時顯示風速、風向、功率、電壓、電流、手/自動剎車、偏航、變槳等信息;EMI/EMC指標優(yōu)異，配備RS232/RS485及上位機監(jiān)管軟件;具有欠 /過壓自動切換，可實現三級電動剎車，自動關槳;防雷擊、過載、短線等各種故障自動保護功能及故障報警;可設置最佳切入風速和切出風速，運行中能進行智能 控制，自動根據風速、風向的變化，改變槳距、偏航方向，實現最大功率輸出;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尾翼風 力發(fā)電機的控制。

　　5.4風光互補智能控制器

　　風光互補智能控制器是控制太陽能電池、風力發(fā)電機將太陽能、風能轉化為電能并貯存到蓄電池的裝置，由于風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，具有一定的互補性。同時充分利用風力資源發(fā)電一次性投資較低，而新能源發(fā)電系統(tǒng)維護量低，采用風光互補系統(tǒng)，性價比高。兼有太陽能控制器、風力發(fā) 電控制器的特點。

　　5.5路燈控制器

　　太陽能路燈是一種獨立的照明系統(tǒng)，路燈控制器是將太陽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觸點控制技術，并具備各種保護功能。

　　性能特點為：照明開/關燈自動控制(光控、定時可設定);時控有1小時、3小時、4小時、5小時、6小時、8小時自由選擇;蓄電池充/放電、欠壓/過壓/反接保護及溫度補償自動控制;負載開/短路自動保護，保護自復位。

　　6 風機并網逆變電源

　　風機并網發(fā)電是將風力發(fā)電機所發(fā)出的交流電經過整流逆變成交流電并饋送電網。與太陽能發(fā)電一樣，風力發(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，其性能特點與太陽能并網逆變電源類同。

　　圖6 風機并網逆變電源框圖 7

　　光伏風力發(fā)電系統(tǒng)專用上位機軟件 該軟件為用戶提供一個遠程監(jiān)管供電、用電設備的在線系統(tǒng)，配合多功能離網、并網逆變電源，對系統(tǒng)進行實時數據顯示與處理、系統(tǒng)功能分析、系統(tǒng)事故追憶、各 種文檔備份、用戶級別選擇、實現遠程特定功能控制、新用戶電源使用學習、在線幫助等功能。

　　具體功能如下：

　?、賹崟r數據顯示與處理：對于系統(tǒng)電量、事故記錄等非實時數據，根據電源系統(tǒng)采集周期，做定時采集，打包。在系統(tǒng)相應采集周期設定時間段內進行處理并備份。

　　②事故追憶：具備詳細的事故記錄(精確到秒，以時間段顯示，同時記錄系統(tǒng)所有運行參數備查);多種查詢方式(按站點、時間、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，滿足個性需求，同時提供pc機內部蜂鳴器報警，為用戶節(jié)約電能)、光、短信、郵件、電話等報警方式。

　?、馨踩Ｊ剑簩τ脩籼峁嘞薰芾?、密碼登錄、無誤操作設計，升級電源知識數據庫，新電源用戶學習影像資料;對電源設備實時控制，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;還可實現無線監(jiān)控。

　　8 結束語 應該說國內外許多廠商有很多系列的太陽能及風力發(fā)電系統(tǒng)與產品，上述介紹的應用特征僅從共性的角度出發(fā)，因此在選用時應根據實際需要，確定參數與指標，以獲得較高的性價比。