一種綜合管廊用光伏發(fā)電控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種綜合管廊用光伏發(fā)電控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 綜合管廊是指將多種管線比如電力、弱電、給水、熱力等科學(xué)合理的容納在一個地 下管廊中。綜合管廊因?qū)Φ叵驴臻g的高效利用、避免道路反復(fù)開挖、便于后期維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)， 日漸受到重視。
[0003] 光伏發(fā)電是一種清潔、高效、可持續(xù)的新型能源。利用光伏發(fā)電向地下綜合管廊供 電將有W下積極效果：
[0004] 1.管廊中安裝有照明、動力、水累等用電設(shè)備。目前，綜合管廊供電是利用IOKV高 壓線纜埋地敷設(shè)至管廊配電所，再經(jīng)過管廊配電所向管廊供電。利用光伏發(fā)電供電，可W省 卻IOKV線纜敷設(shè)投資，降低建設(shè)成本。
[0005] 2.光伏發(fā)電可持續(xù)、可再生，從長遠(yuǎn)看，利用光伏發(fā)電供電可W降低管廊的維護(hù)成 本。
[0006] 3.光伏發(fā)電能夠產(chǎn)生良好的生態(tài)效益。
[0007] 在現(xiàn)有的光伏發(fā)電供電技術(shù)中，尚存在W下問題：
[0008] 1.現(xiàn)有的最大功率追蹤控制技術(shù)主要有爬山法、擾動觀察法、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 控制等。爬山算法因簡單、易于實(shí)現(xiàn)，在光伏發(fā)電場合應(yīng)用較多。但現(xiàn)有的爬山算法存在W 下不足：爬山算法捜索步長是固定的。如果捜索步長設(shè)定較大，在最大功率點(diǎn)處，容易出現(xiàn) 震蕩，形成光伏功率損失；如果捜索步長設(shè)定較小，爬山捜索速度較慢，捕獲功率較小。
[0009] 2.當(dāng)多個蓄電池串聯(lián)使用時，由于各蓄電池內(nèi)阻不一致，容易出現(xiàn)有的蓄電池放 電多，有的蓄電池放電少。蓄電池整體利用效率低。現(xiàn)有技術(shù)中，對多個蓄電池協(xié)調(diào)放電的 研究尚未應(yīng)用。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型公開了一種綜合管廊用光伏發(fā)電控制裝 置及控制方法，該系統(tǒng)改進(jìn)了一種光伏發(fā)電最大功率追蹤控制策略，并提出了一種多蓄電 池協(xié)同放電控制策略。最大功率追蹤控制方法具有捜索速度快，穩(wěn)態(tài)精度高的優(yōu)點(diǎn)。在遠(yuǎn) 離最大功率點(diǎn)時，自動采用較大步長，加快捜索速度，在靠近最大功率點(diǎn)時，采用較小步長， 減少功率損失。
[0011] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的具體方案如下：
[0012] 一種綜合管廊用光伏發(fā)電控制裝置，包括至少一個光伏板，所述光伏板通過最大 功率追蹤控制電路與母線相連，母線上并聯(lián)有多個蓄電池，母線還通過逆變器與負(fù)載相連； 所述光伏板還分別與電壓檢測電路及電流檢測電路相連，電壓檢測電路及電流檢測電路分 別與控制器相連，控制器與最大功率追蹤控制電路相連，所述最大功率追蹤控制電路包括 依次相連的保護(hù)電路、濾波電路、Boost變換器，保護(hù)電路與光伏板相連，Boost變換器與母 線相連；
[0013] 所述控制器根據(jù)光伏板輸出電壓、輸出電流調(diào)節(jié)Boost變換器占空比，跟蹤光伏 板輸出的下一時刻的輸出電壓，實(shí)現(xiàn)光伏板的最大功率追蹤控制。
[0014] 所述母線與蓄電池之間還串聯(lián)有蓄電池充放電控制電路，所述蓄電池充放電控制 電路包括腳CK/B00ST變換器，BUCK/B00ST變換器通過烙斷器與蓄電池相連。
[0015] 所述控制器首先計(jì)算負(fù)載功率與光伏板功率差值，根據(jù)該差值計(jì)算蓄電池的剩余 容量S0C，由剩余容量SOC確定蓄電池放電速率，通過比例積分控制，調(diào)節(jié)腳CK-BOOST變換 器占空比，進(jìn)而調(diào)節(jié)蓄電池充放電電流。
[0016] 所述保護(hù)電路包括與光伏板相連的保險絲，保險絲與壓敏電阻相連，壓敏電阻與 光伏板相并聯(lián)；所述濾波電路包括相并聯(lián)的電容及極性電容；Boost變換器包括相并聯(lián)的 晶閩管、電容及極性電容，所述晶閩管還與電感及二極管相連。
[0017] 所述第二DC/DC變換器包括極性電容W及與該電容相并聯(lián)的晶閩管組，所述晶閩 管組為相串聯(lián)的兩個晶閩管，兩個晶閩管之間的線路還與電感相連，電感與烙斷器相串聯(lián)。 [001引所述電壓檢測電路包括依次相連的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)電路、隔離電路、射極跟隨電路 及電平抬升電路及低通濾波電路，所述電阻分壓網(wǎng)絡(luò)將被測信號衰減到DSP控制器適合范 圍并傳送至隔離電路，隔離電路用于阻斷被測信號對DSP微控制器的干擾并與射極跟隨電 路相連，射極跟隨電路用于提高輸入阻抗，降低輸出阻抗，電平抬升電路將-3v~+3v信號 轉(zhuǎn)換為0~3v，W適應(yīng)DSP端口承受范圍，低通濾波電路用于消除被測信號的高頻干擾并與 控制器相連。
[0019] 所述電流檢測電路包括依次連接的電流采集電路、射極跟隨電路、電平抬升電路、 反向放大電路、端口保護(hù)電路，電流采集電路用于提取被測電流信號，射極跟隨電路用于提 高后級電路對被測信號的提取能力，電平抬升電路用于將被測信號抬升至DSP適應(yīng)的范 圍，端口保護(hù)電路用于保護(hù)DSP模擬量輸入引腳，防止過電壓出現(xiàn)。
[0020] -種綜合管廊用光伏發(fā)電控制方法，包括：光伏發(fā)電最大功率追蹤控制步驟；在 實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電最大功率追蹤時，具體步驟包括：
[0021] 步驟一：首先采集光伏板的輸出電壓及輸出電流，得到光伏板的輸出功率，根據(jù)輸 出功率差值與輸出電壓差值的比例計(jì)算斜率S并根據(jù)斜率確定捜索步長；確定捜索步長 時，首先根據(jù)斜率將光伏板輸出功率與輸出電壓的關(guān)系曲線進(jìn)行劃區(qū)，并根據(jù)實(shí)際的光伏 板斜率判斷所處的區(qū)，每個區(qū)設(shè)有相應(yīng)的步長；
[0022] 步驟二：確定下一時刻捜索步長后，利用爬山捜索，來確定捜索方向；爬山捜索 時，首先比較光伏板當(dāng)前的輸出功率與上一時刻光伏板的輸出功率大小，如果光伏板當(dāng)前 的輸出功率大于上一時刻光伏板的輸出功率，則轉(zhuǎn)入步驟S;否則，轉(zhuǎn)入步驟四；
[0023] 步驟=:比較光伏板當(dāng)前的輸出電壓與上一時刻光伏板的輸出電壓大小，如果光 伏板當(dāng)前的輸出電壓大于上一時刻光伏板的輸出電壓，則光伏板下一時刻的輸出參考電壓 等于光伏板當(dāng)前時刻的電壓加上設(shè)定的步長，否則，光伏板下一時刻的輸出參考電壓等于 光伏板當(dāng)前時刻的電壓減去設(shè)定的步長；
[0024] 步驟四：比較光伏板當(dāng)前的輸出電壓與上一時刻光伏板的輸出電壓大小，如果光 伏板當(dāng)前的輸出電壓大于上一時刻光伏板的輸出電壓，則光伏板下一時刻的輸出參考電壓 等于光伏板當(dāng)前時刻的電壓減去設(shè)定的步長，否則，光伏板下一時刻的輸出參考電壓等于 光伏板當(dāng)前時刻的電壓加上設(shè)定的步長；
[00巧]步驟五：控制器調(diào)節(jié)Boost變換器占空比，跟蹤光伏板下一時刻的輸出參考電壓， 實(shí)現(xiàn)光伏板的最大功率追蹤控制。
[0026] 所述步驟一中，定義斜率S為：
[0027]
[002引其中，S表示斜率的絕對值，代表功率差值與電壓差值的比率，P(k)為光伏板當(dāng)前K時刻的輸出功率，P化-1)光伏板當(dāng)前K-I時刻的輸出功率，VdeOO光伏板當(dāng)前K時刻的輸 出電壓，Vd。化-1)光伏板當(dāng)前K-I時刻的輸出電壓。
[0029] 根據(jù)斜率確定捜索步長時，首先根據(jù)光伏板輸出功率與輸出電壓的關(guān)系曲線將該 曲線自上而下分為=個區(qū)，斜率S小于設(shè)定值Kl時，為1區(qū)，斜率S大于設(shè)定值K2時，為3 區(qū)，斜率S大于設(shè)定值Kl小于設(shè)定值K2時，為2區(qū)；
[0030] 通過計(jì)算斜率，系統(tǒng)在3區(qū)時，遠(yuǎn)離最大功率點(diǎn)MPP，斜率S較大，此時應(yīng)采用較大 步長，加快捜索速度，捜索步長設(shè)為C3 ;
[003。 通過計(jì)算斜率，系統(tǒng)在2區(qū)時，靠近最大功率點(diǎn)，但未達(dá)到MPP點(diǎn)，S適中，此時應(yīng) 采用適中步長，盡快到達(dá)MPP，捕獲更多功率，捜索步長設(shè)為C2 ;
[0032] 通過計(jì)算斜率，系統(tǒng)在1區(qū)時，此時已靠近MPP點(diǎn)，為減小系統(tǒng)震蕩，此時應(yīng)采用較 小捜索步長，捜索步長設(shè)為Cl;CKC2<C3。
[0033] -種綜合管廊用光伏發(fā)電控制方法，還包括多蓄電池協(xié)同放電控制的步驟，蓄電 池協(xié)同放電的具體實(shí)現(xiàn)步驟為：
[0034] A.計(jì)算負(fù)載功率與光伏板功率差值；
[00巧]e化）=Pkad化）-Ppv化）
[0036] B.控制器檢測各個蓄電池的剩余容量S0C，剩余容量可通過蓄電池端電壓來估 算；
[0037] C.由剩余容量SOC確定蓄電池放電速率F(SOC);
[003引化由比例積分進(jìn)行調(diào)節(jié)產(chǎn)生PWM信號，確定蓄電池控制電流，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)PI控制。
[0039] 剩余容量具體計(jì)算公式為：
[0040]
[00川式中，扣1，肥]為蓄電池的工作電壓范圍，可從蓄電池參數(shù)手冊中獲得，為已知數(shù) 值，V為蓄電池端電壓，通過電壓檢測電路可W獲得。
[0042] 放電深度控制函數(shù)：
[0043]
比例積分PI控制具體計(jì)算公式為：
[0045]
[004引式中，u(k)為輸出控制量，即占空比大小，Kp為比例常數(shù)，K1為積分常數(shù)。
[0047] 本實(shí)用新型的有益效果：
[0048] 1.本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種高效的最大功率追蹤控制方法。該方法具有捜索速度 快，穩(wěn)態(tài)精度高的優(yōu)點(diǎn)。在遠(yuǎn)離最大功率點(diǎn)時，自動采用較大步長，加快捜索速度，在靠近最 大功率點(diǎn)時，采用較小步長，減少功率損失。
[0049] 2.本實(shí)用新型改進(jìn)了一種最大功率追蹤控制電路。硬件電路由光伏板、保護(hù)電路、 濾波電路、BOOST變換器構(gòu)成。保護(hù)電路使光伏板在出現(xiàn)過電壓、過電流時，迅速切除，保護(hù) 光伏板。濾波電路可W濾除電壓的高頻干擾成分。BOOST變換器實(shí)現(xiàn)了最大功率追蹤控制。 調(diào)節(jié)BOOST的占空比，即可調(diào)節(jié)光伏板輸出電壓，從而實(shí)現(xiàn)最大功率追蹤。
[0050] 3.改進(jìn)了光伏發(fā)電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種多蓄電池協(xié)同管理方法。整個控制方法 為閉環(huán)PI控制。實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)無靜差，提高了控制精度。同時考慮了剩余容量F(SOC)的影 響，實(shí)現(xiàn)了多個蓄電池的協(xié)同放電控制。統(tǒng)一協(xié)調(diào)蓄電池放電深度，使得多個蓄電池同步達(dá) 到放電深度，提高了蓄電池容量利用率，延長了使用時間。
[0051] 4.設(shè)計(jì)了一種高精度的電壓檢測電路。電壓檢測電路由電阻分壓網(wǎng)絡(luò)、隔離電路、 射極跟隨、電平抬升、低通濾波構(gòu)成。電阻分壓網(wǎng)絡(luò)將被測信號衰減到DSP控制器適合范 圍。隔離電路用于阻斷被測信號對DSP微控制器的干擾。設(shè)計(jì)跟隨器用于提高輸入阻抗， 降低輸出阻抗。電平抬升電路將-3v~+3v信號轉(zhuǎn)換為0~3v。W適應(yīng)DSP端口承受范 圍。低通濾波電路用于消除被測信號的高頻干擾。
【附圖說明】
[0052] 圖Ia-圖化光伏發(fā)電控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖；
[0053]圖2光伏發(fā)電控制系統(tǒng)總體硬件電路圖；
[0054] 圖3光伏板輸出功率與輸出電壓關(guān)系曲線；
[005引 圖4太陽能電池板MPPT電路圖；
[0056] 圖5最大功率追蹤算法流程圖；
[0057] 圖6現(xiàn)階段光伏發(fā)電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0058] 圖7本實(shí)用新型提出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0059] 圖8改進(jìn)前蓄電池放電深度示意圖；
[0060] 圖9改進(jìn)后蓄電池放電深度控制示意圖；
[0061] 圖10剩余容量估算曲