光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中M常用算法及控制策略

1、光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中MPPT常用算法及控制策略1.1 光伏陣列的電氣特性討論光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制策略，就必須首先要清楚光伏陣列的V-I，P-V特性，進(jìn)而提出合理的控制解決方案。1.1.1 光伏電池的等效模型        圖1 光伏電池的等效模型圖1是光伏電池(Solar Cell)等效模型。它由理想電流源Is、反向并聯(lián)二極管D、串聯(lián)電阻Rs和并聯(lián)電阻Rsh構(gòu)成。其中Is的值等于電池的短路電流，其大小反映了光伏電池所處環(huán)境的日照強(qiáng)度。日照越強(qiáng)，Is越大;反之越小。下式是光伏電池的I V特性關(guān)系方程。   

2、; 理想情況下Rs，可近似為零，Rsh近似為無(wú)窮大，則上式可簡(jiǎn)化為式中,I為工作電流，Io為反向飽和電流，V為電池的輸出電壓，其余皆為常數(shù)。這樣，光伏電池的輸出功率為：這表明光伏電池的輸出功率是日照強(qiáng)度和溫度的非線性函數(shù)，但是和電流和電壓時(shí)一種比例關(guān)系。1.1.2 光伏電池特性1、光伏器件輸出特性為了更好的理解光伏電池的特性，根據(jù)上面的結(jié)論，光伏電池的非線性函數(shù)關(guān)系繪制出其在日照不同、結(jié)溫相同和日照相同、結(jié)溫不同情況下的光伏電池IV、PV特性曲線，如圖2、3所示。(1).電池結(jié)溫不變，日照變化:        &#

3、160;    圖2 光照強(qiáng)度不同情況下IV、PV特性曲線 圖2為光伏電池結(jié)溫不變、日照強(qiáng)度變化情況下的一組IV和PV特性曲線，從圖中可以得出以下結(jié)論:光伏電池的短路電流隨光照強(qiáng)度增強(qiáng)而變大，兩者近似為比例關(guān)系;光伏電池的開(kāi)路電壓在各種日照條件下變化不大；光伏電池的最大輸出功率隨光照強(qiáng)度增強(qiáng)而變大，且在同一日照環(huán)境下有唯一的最大輸出功率點(diǎn)。在最大功率點(diǎn)左側(cè)，輸出功率隨電池端電壓上升呈近似線性上升趨勢(shì);到達(dá)最大功率點(diǎn)后，輸出功率開(kāi)始快速下降，且下降速度遠(yuǎn)大于上升速度；如圖2(a)所示：在虛線A的左側(cè)，光伏電池的特性近似為電流源，右側(cè)近似為電壓源。虛線A對(duì)應(yīng)

4、最大功率點(diǎn)時(shí)光伏電池的工作電流，約為電池短路電流的90%；如圖2(b)所示：結(jié)溫一定的情況下，光伏電池最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸出電壓值基本不變。該值約為開(kāi)路電壓的76%。(2)電池結(jié)溫變化，日照不變圖3 光伏器件結(jié)溫變化情況下IV、PV特性曲線 圖3為光伏電池日照強(qiáng)度不變、結(jié)溫變化情況下的一組IV和PV特性曲線，從圖中可以得出以下結(jié)論:如圖3(a)所示：光伏電池的結(jié)溫對(duì)光伏電池的短路電流影響不大，隨著溫度的上升輸出短路電流只是略有增加；光伏電池的開(kāi)路電壓隨電池結(jié)溫的上升而下降，且變化范圍較大；如圖3(b)所示:光伏電池輸出功率總的變化趨勢(shì)與不同日照條件下的功率變化相似。但相同日照情況下其最

5、大輸出功率隨電池溫度的上升而下降，且最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的工作電壓隨溫度上升而下降。綜上所述，光伏電池的輸出功率與它所受的日照強(qiáng)度、環(huán)境溫度有密切的關(guān)系。在不同外部環(huán)境情況下，光伏電池的輸出功率會(huì)有較大的變化。因此光伏發(fā)電系統(tǒng)必須采用相關(guān)電路和控制方法對(duì)輸出功率加以控制使其輸出最大功率。2、光伏器件不對(duì)稱(chēng)特性對(duì)于前面給出的公式可以推導(dǎo)出功率對(duì)于電壓的變化關(guān)系，根據(jù)該式繪制光伏器件輸出電壓從零到開(kāi)路電壓對(duì)應(yīng)的dP / dV變化曲線：     圖4 光伏器件dP/dV與輸出電壓關(guān)系 圖4中dP/dV過(guò)零點(diǎn)C為光伏器件的最大輸出功率點(diǎn)。由該曲線可以得到：光

6、伏器件從短路狀態(tài)到工作在最大功率點(diǎn)的區(qū)間內(nèi)dP/dV大小基本不變，特性類(lèi)似于電流源；最大功率點(diǎn)右側(cè)光伏器件dP/dV隨光伏器件輸出電壓的升高而降低，且變?yōu)樨?fù)值。由此可推知：光伏器件在最大功率點(diǎn)兩側(cè)由同樣的電壓變化引起的功率變化是不同的。結(jié)合圖2和圖4可以得出:光伏器件短路時(shí)其輸出電流最大，工作電壓為零，光伏器件輸出功率相應(yīng)為零;在最大功率點(diǎn)左側(cè)雖然光伏器件輸出電壓不斷增加，但dP/dV基本不變，大小近似等于光伏器件的短路電流Is，光伏器件的輸出功率與輸出電壓成線性關(guān)系;當(dāng)光伏器件的輸出功率接近最大功率點(diǎn)時(shí)，dP/dV快速下降直到零，該過(guò)程中光伏器件的輸出功率隨輸出電壓上升而增加但速度變慢，當(dāng)d

7、P/dV=0時(shí)光伏器件工作在最大功率點(diǎn);隨著光伏器件輸出電壓的進(jìn)一步增加，光伏器件工作在最大功率點(diǎn)右側(cè)，dP/dV變?yōu)樨?fù)值并快速下降，光伏器件輸出功率也從最大值快速下降。1.2 光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法光伏電池最大功率點(diǎn)的跟蹤算法比較典型的有：定電壓跟蹤法(CVT，Constant voltage Tracking)，擾動(dòng)觀測(cè)法(P&O，Perturbation and observation method)，導(dǎo)納增量法(Incremental conductance method)，在此之上還有改進(jìn)的是：變步長(zhǎng)導(dǎo)納增量法，基于模糊控制的MPPT方法，基于預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的MPPT方法，

8、基于差分方程解的MPPT方法。1.2.1 MPPT控制基本目標(biāo)與工作原理由于光伏器件的輸出功率隨外部環(huán)境變化而變化，因此光伏發(fā)電系統(tǒng)普遍采用MPPT電路和相應(yīng)的控制方法提高對(duì)光伏器件的利用效果。假定電池的結(jié)溫不變，光伏器件的特性曲線如圖5所示。圖5 MPPT工作原理示意圖圖中曲線I、H分別對(duì)應(yīng)不同日照情況下光伏器件的IV特性曲線，A、B分別為不同日照情況下光伏器件的最大輸出功率點(diǎn)，負(fù)載1、負(fù)載2為兩條負(fù)載曲線。當(dāng)光伏器件工作在A點(diǎn)時(shí)，日照突然加強(qiáng)，由于負(fù)載沒(méi)有改變，光伏器件的工作點(diǎn)轉(zhuǎn)移到A，點(diǎn)。從圖中可以看出，為了使光伏器件在特性曲線I仍能輸出最大功率，就要使光伏器件工作在特性曲線I上的B點(diǎn)，

9、也就是說(shuō)必須對(duì)光伏器件的外部電路進(jìn)行控制使其負(fù)載特性變?yōu)樨?fù)載曲線2實(shí)現(xiàn)與光伏器件的功率匹配，從而使光伏器件輸出最大功率。1.2.2 定電壓跟蹤法(Constant Voltage Tracking，CVT)定電壓跟蹤法(Constant Voltage Tracking，CVT)是利用光伏器件輸出最大功率時(shí)工作電壓(MPPT)與開(kāi)路電壓Vo存在近似的比例關(guān)系這一特性進(jìn)行控制的一種最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法。該特性由圖2(b)光伏器件的PV特性曲線也可看出。定電壓跟蹤法(Constant Voltage Tracking，CVT)雖優(yōu)點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)：但其最大功率點(diǎn)電壓與Vo的比例關(guān)系是在電池結(jié)溫

10、不變的情況下推出的，而實(shí)際工作中Vo是隨溫度變化而變化的，在光伏陣列的功率輸出隨著溫度變化的情況下，如果仍然采用恒定電壓跟蹤(CVT)控制策略，陣列的輸出功率將會(huì)偏離最大功率輸出點(diǎn)，產(chǎn)生較大的功率損失。特別在有些情況，太陽(yáng)能電池的結(jié)溫升高比較明顯，導(dǎo)致陣列的伏安曲線與系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的工作電壓可能不存在交點(diǎn)，引起系統(tǒng)振蕩。對(duì)于那些季節(jié)或晨午溫差比較大的地區(qū)，溫度對(duì)整個(gè)光伏陣列的輸出將會(huì)產(chǎn)生比較大的影響，如果仍然采用CVT控制策略就只能通過(guò)降低系統(tǒng)的效率來(lái)保證其穩(wěn)定性。如圖3(b)所示。不同廠家的產(chǎn)品由于所用晶硅材料的差異會(huì)造成最大功率點(diǎn)電壓與Vo的比例關(guān)系有所不同，因而導(dǎo)致控制精度下降。實(shí)驗(yàn)表明：

11、固定電壓法在相同測(cè)試條件下，光伏器件的輸出功率至多為理論最大輸出功率的88%，低于其它最大功率點(diǎn)控制方法。雖然該方法控制精度低，但是因其原理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，通常用于功率較小、日照情況穩(wěn)定的工作場(chǎng)合。1.2.3 擾動(dòng)觀察法(P&O，Perturbation and observation method)上式是光伏器件在最大功率點(diǎn)兩側(cè)dP/dV的特性表達(dá)式。式中dP、dV分別代表相鄰兩個(gè)采樣周期光伏器件的輸出功率和輸出電壓的變化。擾動(dòng)觀察法(P&O，Perturbation and observation method)就是利用光伏器件這一特性進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤控制的。該方法通過(guò)不

12、斷調(diào)節(jié)光伏器件MPPT電路的工作狀態(tài)來(lái)比較電路調(diào)整前后光伏器件輸出功率和輸出電壓的變化情況，再根據(jù)變化情況調(diào)整MPPT電路的工作，最后使光伏器件工作在最大功率點(diǎn)附近，圖6為該方法的控制流程圖，光伏系統(tǒng)控制器在每個(gè)控制周期用較小的步長(zhǎng)改變光伏陣列的輸出，方向可以是增加也可以是減小，控制對(duì)象為光伏陣列輸出電壓或電流，這一過(guò)程稱(chēng)為“干擾”；然后，通過(guò)比較該干擾周期前后光伏陣列的輸出功率，如果輸出功率增加，那么按照上一周期的方向繼續(xù)“干擾”過(guò)程；如果檢測(cè)到輸出功率減小，則改變“干擾”的方向。這樣，光伏陣列的實(shí)際工作點(diǎn)就能逐漸接近當(dāng)前最大功率點(diǎn)，最終在其附近的一個(gè)較小范圍往復(fù)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。如果采用較大的步長(zhǎng)

13、進(jìn)行“干擾”，這種跟蹤算法可以獲得較快的跟蹤速度，但達(dá)到穩(wěn)態(tài)后的精度相對(duì)較差，較小的步長(zhǎng)則正好相反。較好的折衷方案是控制器能夠根據(jù)光伏陣列當(dāng)前的工作點(diǎn)選擇合適的步長(zhǎng)，例如，當(dāng)已經(jīng)跟蹤到最大功率點(diǎn)附近時(shí)采用小步長(zhǎng)。                   圖6 擾動(dòng)觀察法工作原理圖對(duì)干擾觀測(cè)法的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下：(1).模塊化控制回路；(2).跟蹤方法簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易；(3).對(duì)傳感器精度要求不高。缺點(diǎn)為：(1).在光伏陣列最大

14、功率點(diǎn)附近振蕩運(yùn)行，導(dǎo)致一定功率損失；(2).跟蹤步長(zhǎng)的設(shè)定無(wú)法兼顧跟蹤精度和響應(yīng)速度；(3).在特定情況下會(huì)出現(xiàn)判斷錯(cuò)誤情況。1.2.4 電導(dǎo)增量法增加電導(dǎo)法也是常用的一種MPPT控制方法，是對(duì)擾動(dòng)觀察法的改進(jìn)。其控制思想與擾動(dòng)觀察法類(lèi)似，也是利用dP/dv的方向進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤控制，只是光伏器件工作在最大功率點(diǎn)時(shí)控制有所不同。由最大功率點(diǎn)處的光伏器件特性dP/dV，可推導(dǎo)公式:即：則可以由來(lái)實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的跟蹤。當(dāng) ，增加陣列的參考工作電壓Vref；當(dāng) ，減小陣列的參考工作電壓Vref；當(dāng) ，陣列的參考工作電壓Vref不變。上式即為要達(dá)到最大功率點(diǎn)的條件，即當(dāng)輸出電導(dǎo)的變化率等于輸出電導(dǎo)

15、的負(fù)值時(shí)，陣列工作于最大功率點(diǎn)。這種跟蹤方法的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)環(huán)境條件發(fā)生變化時(shí)，能夠快速跟蹤其變化，并且陣列電壓擺動(dòng)較擾動(dòng)觀察法小；缺點(diǎn)是算法較復(fù)雜，并且在用數(shù)字方法實(shí)現(xiàn)時(shí)，對(duì)最大功率點(diǎn)的判斷容易出現(xiàn)誤差。其常用的算法程序流程圖見(jiàn)圖7所示。圖7 電導(dǎo)增量法的示意圖1.2.5 一個(gè)MPPT的簡(jiǎn)單系統(tǒng)模型給出一個(gè)簡(jiǎn)單的MPPT控制模型，如下圖所示，MPPT控制模型不斷地給陣列輸出電壓的脈寬以增量( )。設(shè)測(cè)得陣列當(dāng)前的輸出功率為 ， 被存儲(chǔ)的前一時(shí)刻的記憶功率為 , 若通過(guò)乘法器測(cè)得有： > , 則取 后再測(cè)、再比、再修改脈寬；反之, 若測(cè)得有: < 則取 后再測(cè)、再比、再修改脈寬。如此可實(shí)

16、時(shí)搜索到陣列的最大輸出功率點(diǎn)并動(dòng)態(tài)地保持它。在進(jìn)行尋優(yōu)搜索的程序流程(略) 中引入了一個(gè)參考電壓Uref, 是為了讓U d 不斷地跟蹤它, 在尋優(yōu)過(guò)程中不斷地更新Uref使它逐漸逼近相應(yīng)于陣列最大功率點(diǎn)的電壓Um ,U jj為前兩次的陣列電壓采樣值。由于陣列特性的I = f (U ) 關(guān)系是一個(gè)單值函數(shù), 因此只要保證陣列的輸出電壓在任何太陽(yáng)輻照度及溫度下都能實(shí)時(shí)地保持為與該太陽(yáng)輻照度及溫度相應(yīng)的Um 值, 就一定可以保證陣列在任何瞬間都輸出其最大功率。 1.3 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的基本系統(tǒng)模型以及控制模型在本節(jié)中，給出一種光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的最基本的系統(tǒng)模型以及控制模型，該模型來(lái)自科技部“十五

17、”科技攻關(guān)項(xiàng)目“大型光伏并網(wǎng)電站”采用的系統(tǒng)。合肥工大能源研究所以此系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)研制了一臺(tái)20kW 光伏并網(wǎng)逆變器，可以作為我們的參考。1.3.1 系統(tǒng)基本模型該光伏并網(wǎng)逆變器主電路采用電壓型逆變的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖8所示。圖8主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)系統(tǒng)采用三相橋的電路結(jié)構(gòu)，逆變電壓通過(guò)電感與電網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行。并網(wǎng)運(yùn)行模式下，系統(tǒng)的控制目標(biāo)是使逆變器輸出之正弦波電流的頻率和相位與電網(wǎng)電壓的頻率和相位相同，電流的大小由光伏陣列輸出的功率決定。由該電路給出該電路的系統(tǒng)模型，如圖9所示。         &

18、#160;     圖9 系統(tǒng)控制模型1.3.2 系統(tǒng)控制策略由圖9所示，反饋的電流將通過(guò)電容C進(jìn)入MPPT控制，那么反饋的直流方程應(yīng)該為：其中 為比較電流， ， ， 為上橋臂的開(kāi)關(guān)狀態(tài)(和徐姐SVPWM的介紹定義一致)，而 為三相匯流的電流，分別和a, b, c三路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)有關(guān)。為了分析方便，在這里我忽略對(duì)于PWM高次諧波的討論，根據(jù)文獻(xiàn)，可以將開(kāi)關(guān)函數(shù)， ， ，看成是角頻率為 ，相角為 ，幅值為 的正弦函數(shù)，如果只考慮開(kāi)關(guān)函數(shù)的基波分量， ， ，則有，   考慮到電網(wǎng)相電壓與電網(wǎng)相電流的夾角 ，  

19、                                                    

20、60;            當(dāng)只考慮開(kāi)關(guān)函數(shù)的基波分量時(shí)，則有            = 即和系統(tǒng)框圖中的 相對(duì)應(yīng)。取并網(wǎng)電流為狀態(tài)變量，對(duì)于a 相電流有                   式中，

21、 為線路內(nèi)阻。對(duì)方程做拉式變換，其中 為系統(tǒng)的濾波器傳遞函數(shù)。忽略功率器件的非線性影響，SPWM 控制方式下的橋式逆變環(huán)節(jié)可視為一個(gè)高增益的小慣性環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為電流環(huán)一般采用PI 控制方式，可以得出并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的PI 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖10所示。對(duì)控制系統(tǒng)而言，Ua 為電網(wǎng)電壓，可視為系統(tǒng)的擾動(dòng)輸入，I*為電流指令值。               圖10 電流環(huán)的PI控制由圖10 可知，擾動(dòng)Ua 對(duì)于系統(tǒng)的輸出Ia 的影響為，式中 是系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)

22、傳遞函數(shù)，擾動(dòng)Ua 作用下的誤差為從控制原理來(lái)看，這里的前饋補(bǔ)償實(shí)際上是采用開(kāi)環(huán)控制方式去補(bǔ)償可測(cè)量的擾動(dòng)信號(hào)，因此前饋補(bǔ)償不會(huì)改變控制系統(tǒng)的特性；從抑制擾動(dòng)的角度來(lái)看，前饋控制可以減輕反饋控制的負(fù)擔(dān)，反饋控制系統(tǒng)的增益可以取得小一些，這利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性。前饋補(bǔ)償后的控制系統(tǒng)如圖5 所示，此時(shí)，擾動(dòng)作用下的誤差為                若令 ，則 ，那么從理論上達(dá)到了全補(bǔ)償?shù)囊?。如圖11所示，就給出了帶前饋補(bǔ)償?shù)目刂葡到y(tǒng)，也就是圖9總系

23、統(tǒng)模型的PI控制的原理，這樣我們就簡(jiǎn)單的對(duì)于逆變器的系統(tǒng)控制策略有了認(rèn)識(shí)。        圖11 帶前饋補(bǔ)償?shù)目刂葡到y(tǒng)1.4 合肥陽(yáng)光光伏逆變電源產(chǎn)品的控制技術(shù)介紹1.4.1 逆變器工作模式以50K3產(chǎn)品為例，合肥陽(yáng)光的產(chǎn)品一般包括“啟動(dòng)中”，“運(yùn)行”，“故障”，“緊急停機(jī)”，“按鍵關(guān)機(jī)”，“待機(jī)”等幾個(gè)狀態(tài)。如圖12所示，l        啟動(dòng)中：此模式是指初次安裝完畢，直流輸入和交流輸出端子均正常連接，所有斷路器均閉合，上電準(zhǔn)備并網(wǎng)發(fā)電。此模式僅在初次

24、啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)。l        運(yùn)行：在此模式下，逆變器正常工作，將光伏陣列的直流電變?yōu)榻涣麟姴⑷腚娋W(wǎng)。l        故障當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，逆變器會(huì)停止運(yùn)行并進(jìn)入故障狀態(tài)，故障原因會(huì)顯示在觸摸屏上供用戶(hù)查看。系統(tǒng)此時(shí)持續(xù)監(jiān)測(cè)故障是否清除，如果故障未消除，則保持待機(jī)狀態(tài)；如果故障清除，且其他運(yùn)行條件均滿(mǎn)足，5分鐘以后重新并網(wǎng)發(fā)電。在此期間，若認(rèn)為敢于通過(guò)液晶操作開(kāi)機(jī)，則必須通過(guò)液晶先確認(rèn)關(guān)機(jī)清除保護(hù)程序，再開(kāi)機(jī)。l   

25、;     緊急停機(jī)所謂緊急停機(jī)模式是指人為的通過(guò)按下緊急停機(jī)開(kāi)關(guān)或?qū)⑼Ｐo指向“STOP”位置來(lái)控制逆變器關(guān)機(jī)。若在緊急停機(jī)后，需要再次開(kāi)機(jī)。必須先彈開(kāi)緊急停機(jī)按鈕，確認(rèn)啟停開(kāi)關(guān)指向“START”位置，再通過(guò)液晶先執(zhí)行關(guān)機(jī)命令來(lái)清除緊急停機(jī)保護(hù)程序，再通過(guò)液晶開(kāi)機(jī)，機(jī)器才能正常工作。若沒(méi)有關(guān)機(jī)確認(rèn)清楚緊急停機(jī)保護(hù)程序，直接按開(kāi)機(jī)，機(jī)器沒(méi)有反應(yīng)屬正常情況。l        按鍵關(guān)機(jī)所謂按鍵關(guān)機(jī)模式是指人為的通過(guò)觸摸屏發(fā)出關(guān)機(jī)命令來(lái)控制逆變器關(guān)機(jī)。l   

26、     待機(jī)在運(yùn)行后，如果直流側(cè)電流很小并保持3分鐘后，逆變器從運(yùn)行轉(zhuǎn)為待機(jī)狀態(tài)，封鎖PWM信號(hào)輸出。在待機(jī)模式下逆變器不斷檢測(cè)光伏陣列是否有足夠的能量，當(dāng)達(dá)到并網(wǎng)發(fā)電條件是逆變器從待機(jī)模式轉(zhuǎn)入運(yùn)行模式。圖12 工作模式的有限狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換1.4.2 通信控制方式及數(shù)據(jù)采集功能合肥陽(yáng)光的逆變器一般采用3種通信方案，即：數(shù)據(jù)采集器通過(guò)RS485監(jiān)控，PC機(jī)通過(guò)RS485監(jiān)控，數(shù)據(jù)采集器和PC機(jī)通過(guò)RS485監(jiān)控。如圖13，14，15所示。圖13數(shù)據(jù)采集器通過(guò)RS485監(jiān)控圖14 PC機(jī)通過(guò)RS485監(jiān)控圖15數(shù)據(jù)采集器和PC機(jī)通過(guò)RS485監(jiān)控由上面的通訊方

27、案可以看出，數(shù)據(jù)采集控制器可以控制多個(gè)逆變器也可以控制單個(gè)逆變器。采集器具有以下的特性：1.      遠(yuǎn)程控制與檢測(cè)；2.      通過(guò)RS485，RS232或以太網(wǎng)和上位機(jī)通訊；3.      內(nèi)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；4.      數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)方便；其主要的功能包括：1. 匯總信息與設(shè)備通訊：電站發(fā)電總量，二氧化碳減排量，天發(fā)電量，輸出總功率，以及電站中逆變器的總臺(tái)數(shù)。所有顯示的數(shù)據(jù)均為數(shù)據(jù)采集

28、器采集到的所有逆變器的相關(guān)數(shù)據(jù)匯總而成。2.設(shè)備狀態(tài)：包括設(shè)備總臺(tái)數(shù)，以及各別設(shè)備的地址。3.故障目錄：可以查詢(xún)到相應(yīng)的逆變器最近故障的20條記錄，包括發(fā)生的類(lèi)型和時(shí)間(直流過(guò)壓，直流欠壓，直流過(guò)流，交流過(guò)壓，交流欠壓，頻率異常，孤島效應(yīng)，溫度異常，DPS異常，接地異常，模塊異常)。4日期時(shí)間，密碼設(shè)置，恢復(fù)出廠值等功能。 合肥陽(yáng)光同樣提供了軟件監(jiān)測(cè)的解決方案：1.SunInfo Insight 單機(jī)/多機(jī)版監(jiān)控顯示軟件：性能特點(diǎn)：·系統(tǒng)詳細(xì)運(yùn)行參數(shù)·故障計(jì)錄及報(bào)警·具有電量累計(jì)功能，系統(tǒng)分析功能，歷史記錄功能·簡(jiǎn)單易用的參數(shù)設(shè)置功能技術(shù)參數(shù)：

29、·電站監(jiān)控信息： 逆變器列表，當(dāng)日總發(fā)電量，歷史總發(fā)電量，當(dāng)前總功率·設(shè)備監(jiān)控信息(單臺(tái))：交流電壓，交流電流，直流電壓，直流電流，設(shè)備溫度，當(dāng)天發(fā)電量，總發(fā)電量，故障信息，交流頻率，功率因數(shù)，交流功率，當(dāng)日功率曲線圖和當(dāng)月發(fā)電量柱狀圖·電網(wǎng)信息：電網(wǎng)電壓 ，電網(wǎng)頻率·故障告警及歷史故障報(bào)告：和硬件實(shí)現(xiàn)的功能類(lèi)似2.SunInfo Bank 光伏電站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在線監(jiān)控網(wǎng)站其功能和SunInfo Insight基本相似，不再贅述。 備注：關(guān)于對(duì)無(wú)變壓器設(shè)計(jì)的趨向的查閱無(wú)變壓器設(shè)計(jì)的最大優(yōu)勢(shì)在于其效率高，減小設(shè)備布線數(shù)量，可以大幅降低成本。它的使用范

30、圍為單個(gè)逆變器100KW以下的場(chǎng)合中使用。但是也有一定的缺點(diǎn)例如共模干擾，還有以下其他的問(wèn)題(援引論文原文)1、人員安全隱患：太陽(yáng)能電池板一端不能夠做接地保護(hù)，操作安全隱患很大；2、設(shè)備安全隱患：直流電可能竄入交流電網(wǎng)，交流電也可能竄入太陽(yáng)能電池板；  3、太陽(yáng)能電池板的對(duì)地電容無(wú)法釋放，存在隱患。 一個(gè)讓人來(lái)使用的工業(yè)產(chǎn)品，從來(lái)都不是效率第一，而應(yīng)該是安全第一。這就是為什么全球各國(guó)在逐步禁止無(wú)隔離變壓器的產(chǎn)品在并網(wǎng)原因。 在當(dāng)前器件材料沒(méi)有重大突破情況下，當(dāng)標(biāo)示的光伏并網(wǎng)逆變電源效率高達(dá)97%98%時(shí)，一定是以下兩種情況：1、輸入與輸出沒(méi)有電氣隔離裝置；2、在計(jì)

31、算效率時(shí)，把輸出到電網(wǎng)的無(wú)功功率也計(jì)入分子，從而得到的數(shù)值很高。國(guó)內(nèi)高品質(zhì)電源企業(yè)大多都在通信行業(yè)。做通信行業(yè)電源的企業(yè)，一旦做光伏并網(wǎng)逆變電源，絕大多數(shù)都會(huì)選擇高頻隔離變壓器的技術(shù)方案，因?yàn)?，這是電源的發(fā)展趨勢(shì)。ARM的太陽(yáng)能發(fā)電控制系統(tǒng)功率研究摘要:設(shè)計(jì)了基于ARMLPC2131的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)光直射方向來(lái)提高光伏電池的效率，并采用了改進(jìn)的步進(jìn)式擾動(dòng)觀察算法來(lái)尋找太陽(yáng)電池陣列的最大功率點(diǎn)，使系統(tǒng)在任何溫度和日照條件下都能獲得太陽(yáng)電池的最大功率。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)精確地跟蹤了各種情況下的太陽(yáng)光變化，并將光伏電池的實(shí)際轉(zhuǎn)換率提高到30以上。引言目前，我國(guó)國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤器主要有：壓差式

32、太陽(yáng)能跟蹤器，控放式太陽(yáng)跟蹤，時(shí)鐘式太陽(yáng)跟蹤器，比較控制式太陽(yáng)跟蹤器。純機(jī)械式的跟蹤器和時(shí)鐘式的機(jī)電跟蹤器精度偏低，本系統(tǒng)采用了精度相對(duì)較高的光敏電阻控制的雙軸太陽(yáng)跟蹤器的控制方式使光伏電池始終朝向太陽(yáng);在天黑后，能夠使電池板重新朝向東方，實(shí)現(xiàn)日循環(huán)運(yùn)行。太陽(yáng)能發(fā)電控制系統(tǒng)傳感器結(jié)構(gòu)該跟蹤器的傳感器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。設(shè)置一個(gè)圓筒形外殼，在圓筒外部東、南、西、北四個(gè)方向上分別布置4 只光敏電阻;其中P1、P3 東西對(duì)稱(chēng)安裝在圓筒的兩側(cè)，用來(lái)粗略的檢測(cè)太陽(yáng)由東往西運(yùn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)角度即方位角;P2、P4 南北對(duì)稱(chēng)安裝在圓筒的兩側(cè)，用來(lái)粗略檢測(cè)太陽(yáng)的視高度即高度角;在圓筒內(nèi)部，東、南、西、北四個(gè)方向上也分別布置

33、4 只光敏電阻，用來(lái)精確檢測(cè)太陽(yáng)由東往西運(yùn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)角度和太陽(yáng)的視高度。圖1 傳感器結(jié)構(gòu)示意圖立柱轉(zhuǎn)動(dòng)式跟蹤器跟蹤器的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。步進(jìn)電機(jī)1固定在底座上，主軸及其支撐軸承安裝在底座上面(主軸相對(duì)于底座可以轉(zhuǎn)動(dòng))，轉(zhuǎn)動(dòng)架以及支架固定安裝在主軸上，光伏電池、步進(jìn)電機(jī)2 安裝在支架上面(光伏電池相對(duì)于支架可以轉(zhuǎn)動(dòng))，步進(jìn)電機(jī)2 的輸出軸連接在光伏電池上。圖2 立柱轉(zhuǎn)動(dòng)式跟蹤器示意圖當(dāng)光線發(fā)生偏移，控制部分發(fā)出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) 1 帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)架以及固定在轉(zhuǎn)動(dòng)架上的主軸、支架以及光伏電池轉(zhuǎn)動(dòng);同時(shí)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)2 帶動(dòng)光伏電池相對(duì)與支架轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)1、步進(jìn)電機(jī)2 的共同工作實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)方位角和

34、高度角的跟蹤2。MPPT控制器光伏電池的輸出功率與它的工作電壓有關(guān)(U-P曲線一般呈先上升后下降的光滑曲線，中間的某個(gè)電壓值取得最大功率)，只有工作在最合適的電壓下，它的輸出功率才會(huì)有個(gè)唯一的最大值。如：在日照強(qiáng)度為1000W/m2 下，U=24V，I=1A;U=30V，I=0.9A;U=36V，I=0.7A;可見(jiàn)30V的電壓下輸出功率更大。MPPT(最大功率點(diǎn)跟蹤)控制器主要功能是:檢測(cè)主回路直流電壓及輸出電流，計(jì)算出太陽(yáng)電池陣列的輸出功率，并實(shí)現(xiàn)對(duì)最大功率點(diǎn)的追蹤 3。圖 3為實(shí)際應(yīng)用擾動(dòng)與觀察法來(lái)實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)追蹤的示意圖。圖3 MPPT控制實(shí)現(xiàn)示意圖擾動(dòng)電阻 R 和MOSFET 串連在

35、一起，在輸出電壓基本穩(wěn)定的條件下，通過(guò)改變MOSFET的占空比，來(lái)改變通過(guò)電阻的平均電流，因此產(chǎn)生了電流的擾動(dòng)4。同時(shí)，光伏電池的輸出電流和輸出電壓亦將隨之變化，通過(guò)測(cè)量擾動(dòng)前后光伏電池輸出功率和電壓的變化，以決定下一周期的擾動(dòng)方向，當(dāng)擾動(dòng)方向正確時(shí)太陽(yáng)能光電板輸出功率增加，下一周期繼續(xù)朝同一方向擾動(dòng)，反之，當(dāng)太陽(yáng)能光電板輸出功率減少時(shí)，表示擾動(dòng)方向錯(cuò)誤，下一周期朝反向擾動(dòng)，如此反復(fù)進(jìn)行著擾動(dòng)與觀察來(lái)使太陽(yáng)能光電板輸出達(dá)最大功率點(diǎn)。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主控制電路在整個(gè)設(shè)計(jì)中占有重要地位，它主要對(duì)主回路進(jìn)行控制，保證 MPPT 算法有效實(shí)現(xiàn)，使 DC/DC 變換保持恒壓輸出，且與 LCD 的人機(jī)接

36、口通信。它還在對(duì)蓄電池充放電的控制電路起著重要的作用。首先它對(duì)光伏電池功率的有效跟蹤，使得蓄電池的充電可以得到最大功率的恒壓電流。從而避免了光伏電池能量的浪費(fèi)。其次，主控制器控制的恒壓電流也使設(shè)計(jì)恒壓充電的充放電電路變的容易。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。圖4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖驅(qū)動(dòng)電路光敏電阻采用的型號(hào)為GM5516,亮電阻：5-10 K ，暗電阻：200K 以上。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)4對(duì)8路(R1對(duì)應(yīng)圖1中的P1,R2對(duì)應(yīng)圖1中的P3，R3-R8同理)光敏電阻即時(shí)進(jìn)行A/D采集，將所采集的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，判斷方位角和俯仰角的變化，并通過(guò)I/O(OUT1-OUT8)給步進(jìn)電機(jī)1個(gè)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)脈沖， 控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)

37、向正確的方向，然后繼續(xù)進(jìn)行A/D采集和控制，直到信號(hào)差在一定范圍之內(nèi)，此時(shí)光伏電池正對(duì)太陽(yáng)。電路示于圖5和圖6。圖5 光敏電阻采集電路圖6 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)57BYG007，GSP-24RW-046，皆為四相八拍。OUT1、OUT2、OUT3、OUT4依次取高電平，ULN2803(步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，集電極輸出)的1腳到4腳依次為高電平，這樣就給步進(jìn)電機(jī)1(57BYG007)正轉(zhuǎn)一步的脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)1.8度;反之，OUT4、OUT3、OUT2、OUT1依次取高電平，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)1.8度，GSP-24RW-046驅(qū)動(dòng)原理與之相同。DC/DC、MPPT電路系統(tǒng)所采用光伏電池正常工作電壓10-14V，工作電流1A左右，所采用的蓄電池為12V-7AH，由于 12V的蓄電池一般需要13-15V的電壓為之充電，而光伏電池如果不經(jīng)過(guò)DC/DC處理，無(wú)法保證為蓄電池穩(wěn)壓充電。因此通過(guò)BOOST升壓電路將光伏電池電壓升高20V(大功率步進(jìn)電機(jī)需要較大電壓，此處可以為將來(lái)系統(tǒng)升級(jí)做準(zhǔn)備)，然后降壓到14V為蓄電池穩(wěn)壓充電5，電路圖如圖7所示。圖7 DC/DC及MPPT電路圖7電路左端為光伏電池，右端輸出電壓為Uo(圖7的Uo為圖8的Uin)，我們需要得到右端Uo=20