En ny PV-kontrollør PWM-kontrollmetode

- May 14, 2018-

I fjerntliggende områder langt fra rutenettet bruker solenergi fotovoltaiske kontroller, batteripakker og fotovoltaiske paneler til å danne et uavhengig fotovoltaisk kraftverk. Den fotovoltaiske kontrolleren er kjernen til hele kraftverket. Den topologiske strukturen til fotovoltaisk kontroller er vanligvis DC / DC-type og direkte gjennom to typer [1], DC / DC-typen kan videre deles inn i MPPT-type [2] og resonansmodus etc., men DC / DC-typen kontrolleren På grunn av tilstedeværelsen av store induktive komponenter øker volumet, vekten og varmen raskt under høyspenne applikasjoner, noe som begrenser den praktiske applikasjonen i høy effekt applikasjoner. Direkte gjennom-kontrolleren er relativt fordelaktig i høyfrekvente applikasjoner. Selv om den fotovoltaiske strømmen når flere hundre ampere, vil volumet, vekten og varmen ikke være relativt stor. Derfor har direkte-gjennom-kontrolleren blitt mye brukt i høyfrekvente felt som mobilkommunikasjonsbasestasjoner og grenseposter. Gjennomgående kontrolleren har imidlertid fortsatt noen feil. Den følgende analysen av fordeler og ulemper.




1 Utilstrekkelige eksisterende kontrollmetoder


Den nåværende typen av fotovoltaisk kontroller kontrollerer generelt ladingen og utladningen av batteriet ved hjelp av de tre typene ladnings- og utladningsstyringsmoduser. (1) Steg-for-trinns inngangssystem [3], det vil si at fotovoltaiske celler er delt inn i N uavhengige fotovoltaiske sub-arrays, og N batterispenningskontrollpunkter Vi (i = 1, 2, ..., Vi; Vi +1) er definert. Når batterispenningen er større enn Vi, er den fotovoltaiske sub-arrayen slått av, ellers er den slått på. På denne måten blir ladestrømmen gradvis redusert trinnvis for å øke batterispenningen. ellers øker det trinnvis. Fordeler: Denne ladestyringsmetoden oppfyller i utgangspunktet behovet for batterilading. Kontrolllogikken er enkel og enkel å implementere. Bryterens strømbrudd på den elektroniske strømbryterenheten er svært liten. Ulempe: Kontrollnøyaktigheten er ikke høy, spenningsfluktuasjonsområdet er stort, og noen avansert automatikkkontroll. Algoritmen kan ikke implementeres. (2) På grunnlag av dette tilsettes en forbedret kontrollmetode for tidsfaktor, og batterispenningsstyringspunktet er satt til ett kontrollpunkt Vs. Når batterispenningen er større enn Vs, er den fotovoltaiske sub-arrayen deaktivert. Etter en fast tidsforsinkelse, hvis batterispenningen fortsatt er større enn Vs, er i + 1ste underarmen slått av, og så videre, til Nth. Den fotovoltaiske underarmen er slått av; ellers er den slått på. Fordeler: Denne typen ladestyringsmetode reduserer rekkevidden av batterispenningsendring, og har fordelene ved den tidligere typen ladestyringsmetode; Ulemper: Det fører lett til regulatorens svingning, spesielt valg av forsinkelsestid, med solbatteri, batterikapasitet. Endringer i lastens konfigurasjon kan føre til tap av kontroll. I alvorlige tilfeller kan batteriet være overladet eller overdrevet og kasseres. (3) Pulsbreddemodulasjonssystem (full-kontroll PWM-kontrollmodus), dvs. ikke-molekylært utvalg av fotovoltaiske celler, alle fotovoltaiske delarrayer er koblet parallelt for å danne en total fotovoltaisk celleoppstilling og deretter alle høyfrekvente elektroniske Brytere brukes til å utføre all full-PWM-kontroll, denne metoden kan nøyaktig kontrollere batterispenningen ved et spenningspunkt. Fordeler: Høyspenningsstyringsnøyaktighet, kan bruke en rekke avanserte automatiske kontrollalgoritmer; Ulemper: Strøm elektroniske brytere, bytte strømforbruk er større, på samme spenningsnivå, strøm elektroniske bryterenhet nåværende nivå krav er svært høy, enheten er krevende. For høyfrekvente fotovoltaiske kontroller er kjøleflaten større.



2 Grov justering og kombinasjon av nye PWM kontrollmetoder


Med sikte på manglene i de tre ovennevnte ordningene, foreslår dette papiret en ny kontrollmetode for finjustert kombinasjons PWM-kontroll. Den fotovoltaiske cellen er fortsatt delt inn i N uavhengige fotovoltaiske subarrays av samme konfigurasjon (i = 1, 2, ... N), men bare den første fotovoltaiske subarrayen (i = 1) er PWM kontrollert og resten av fotovoltaiske subarrays ( i = 2,3, ... N) styres fortsatt av vanlige brytere. Kontrollmetoden er som følger: Forutsatt at den totale fotovoltaiske strømmen når alle N-subarrayene er slått på, er jeg da den fotovoltaiske strømmen når hver underarray er slått på individuelt, I / N, hvis PWM-kontrollsyklusen for den første PV-subarray endres fra 0 til K, PWM-strømmen til den første PV-array kan nøyaktig styres til (j / K) × (I / N). Hvor j = 0 ~ K varierer; Hvis den presise PWM-kontrollen til den første fotovoltaiske subarrayen er i samsvar med den grove kontrollen av bryterne på de gjenværende N-1-fotovoltaiske subarrays, kan det nåværende variasjonsområdet mellom 0 og I oppnås. Den nøyaktige gjeldende utgangen har følgende verdi: (j / K + m) × (I / N), hvor m er antall ledninger av de gjenværende N-1 fotovoltaiske delarrayene, og m = 0 ~ N-1 (m = 0, som indikerer at alle resterende N-1 fotovoltaiske subarrays er alle slått av); kontrolleren trenger bare å velge og beregne verdiene for m (0 ~ N-1) og j (0 ~ K) for å styre nøyaktig fotovoltaisk strømutgang. Nåværende oppløsningsnøyaktighet er I / (KN), noe som tilsvarer kontrolleffekten av PWM-driftssyklusen av den ovenfor nevnte type PWM-kontrollmetoden, som er 0 til KN.



3 Grov justering og kombinasjon av PWM-kontroll


Regulatorens mikroprosessor bruker C8051F020 mikrokontroller [4], som vist på figur 1. To eksterne strøm-sensorer og en spenningsdetekteringskrets brukes til å oppnå parametere som en fotovoltaisk strøm, en laststrøm og en batterispenning gjennom AD-konvertering i mikroprosessor. Mikroprosessoren sender N-bryterstyresignaler samtidig. Det første signalet genereres av mikroprosessorens interne PWM styreenhet. Den andre til Nth-signaler genereres av mikroprosessorens interne digitale I / O-porter (ikke PWM). . Når den elektriske elektroniske enheten styres å være slått på, lader den fotovoltaiske underarmen batteriet og gir strøm til lasten. Prinsippet om ladestyring av batteriet er å utføre ulik konstant spenningslading i forskjellige perioder. Ladingsprosessen er delt inn i fire prosesser med sterk lading, jevn lading, absorpsjon og flytende lading. Bortsett fra sterk ladning, er de tre stadiene av konstant ladning, absorpsjon og flytende ladning konstant spenningsregulering, og ulike typer intelligens kan brukes til konstant spenningsregulering av batteriet. Kontrollalgoritmen, denne kontrolleren bruker PI (proporsjonal-integral) justeringsalgoritmen, og deretter kombinert med den grove kombinerte kombinasjons-PWM-kontrollmetoden.


Kontrollsystemoverføringsfunksjonsstruktur vist i Figur 2, VS er batterispenningsinnstillingsverdien, VO er den faktiske utgangsspenningen til batterispenningen, forskjellen mellom de to △ V-inngangs-PI regulatorene for å få ønsket utgangsstrøm IO, IO Vedtar grov justering Kombinert PWM implementering, implementering av flytdiagrammet vist i Figur 3. Det er: Del IO av (I / N), ta resten for å få j, og ta heltallet for å få m. La PWM-driftssyklusen til den første PV-subarrayen være j, slik at det er m ledninger i de resterende PV-subarrays, og de resterende PV-subarrays er koblet fra, så blir den eksakte IO-utgangen oppnådd: IO = (j / K + m) x (I). Strømmen leveres til batteriet og lasten, og batteriutgangsspenningen VO holdes ved konstant spenning av PI-algoritmen. I et kontrollsystem bestående av seks fotovoltaiske delarrayer, er PWM-spenningen, strømmen og den totale fotovoltaiske strøm-bølgeformen av den første delarray vist i figur 4. Spenningen her refererer til spenningen over strøm-elektroniske bryteren og i en relativ tid, endres spenningen og strømmen til den andre til sjette fotovoltaiske subarrayer svært lite (med mindre grov bevegelse oppstår), ellers er det en rett linje.


Bare ett PV-subarray av denne ordningen vedtar PWM-kontroll. Resten av PV-subarrays styres fortsatt av vanlige brytere. Sammenlignet med den samlede PWM-kontrollen etter at alle PV-arrays er koblet parallelt, gir denne grove og fine justeringskombinasjonen presis kontroll over PWM. PWM-bryterens energitap reduseres med (N-1) / N (N er antall PV-arrays), og kjølefrekvensvolumet reduseres; siden flere uavhengige PV-underarbeider fortsatt brukes til separat kontroll, på samme spenningsnivå, er det nåværende nivåkravet for strømbryteren svært lavt. En billig strømbryterenhet kan brukes parallelt for å realisere en subarray [5], noe som reduserer kostnadene, og samtidig har den også en høy presisjonsstrømutgang for PWM-kontroll av alle fotovoltaiske arrays. Den systemregulerte utgangen oppfyller nasjonalstandarden [6]. På grunn av den lille strømmen som er involvert i PWM-hugging og god elektromagnetisk kompatibilitet, har den passert den elektromagnetiske kompatibilitetsstandardtesten og oppnådd CE-sertifisering. Den har blitt brukt på en rekke fotovoltaiske kontroller med en nominell spenning på -48 V og et aktuelt område på 30 A til 400 A. Operativ praksis viser at denne ordningen fullstendig oppnår ønsket designeffekt.