一種新型光伏控制器PWM控制方法 -工業(yè)控制
一種新型光伏控制器PWM控制方法 2011-05-06 08:30:58來源:互聯(lián)網(wǎng)
在遠(yuǎn)離電網(wǎng)的偏遠(yuǎn)地區(qū)，太陽能的發(fā)電利用光伏控制器、蓄電池組、光伏電池板組成獨(dú)立光伏發(fā)電站，其中光伏控制器是整個(gè)電站的核心。光伏控制器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常有DC/DC型和直通型兩大類[1]，DC/DC型又可細(xì)分為MPPT型[2]和諧振型等多種，但DC/DC型控制器由于有大的感性元件的存在，在大電流應(yīng)用時(shí)，其體積、重量和熱量都會(huì)急劇增加，限制了其在大功率領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用；而直通型控制器在大功率領(lǐng)域則相對具有優(yōu)勢，即使光伏電流達(dá)到幾百安培，其體積、重量和熱量相對都不會(huì)太大，因此直通型控制器在移動(dòng)通信基站、邊防哨卡等大功率領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但直通型控制器仍然存在著一些缺陷，以下對其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析。
1 現(xiàn)有控制方式的不足
現(xiàn)有的直通型光伏控制器對蓄電池充放電的控制通常采用3類充放電控制模式。(1)逐級投入式系統(tǒng)[3]，即將光伏電池分成N個(gè)獨(dú)立的光伏子陣列，定義N個(gè)蓄電池電壓控制點(diǎn)Vi(i=1，2，…N；Vi
針對上述3種方案的缺點(diǎn)，本文提出了一種精粗調(diào)組合PWM控制的新控制方法。仍然將光伏電池分成N個(gè)獨(dú)立的相同配置的光伏子陣列(i=1，2，…N)，但是只有第1個(gè)光伏子陣列(i=1)采用PWM控制，其余的光伏子陣列(i=2，3，…N)仍然采用普通的開關(guān)控制，控制方式為：假設(shè)N個(gè)光伏子陣列全部導(dǎo)通時(shí)的總光伏電流為I，則每個(gè)光伏子陣列單獨(dú)導(dǎo)通時(shí)的光伏電流為I/N，如果第1個(gè)光伏子陣列的PWM控制占空比變化范圍為0~K，則第1個(gè)光伏子陣列的PWM電流可以精確控制到(j/K)×(I/N)，其中j=0~K變化；如果將第1個(gè)光伏子陣列的PWM精確控制和其余N-1個(gè)光伏子陣列的開關(guān)粗略控制相配合，則可以得到電流變化范圍在0~I之間的任意的精確電流輸出，其值為：(j/K+m)×(I/N)，其中m是其余N-1個(gè)光伏子陣列導(dǎo)通的個(gè)數(shù)，m=0~N-1(m=0，表示其余N-1個(gè)光伏子陣列全部關(guān)斷)；控制器只需要選擇計(jì)算m(0~N-1)和j(0~K)值的大小，就可以控制精確的光伏電流輸出，電流分辨精度為I/(KN)，相當(dāng)于前述第3類全控型的PWM控制方式中PWM占空比變化范圍是0~KN的控制效果。
3 精粗調(diào)組合PWM控制實(shí)現(xiàn)
本控制器的微處理器采用的是C8051F020單片機(jī)[4]，如圖1所示。通過外部2個(gè)電流傳感器和電壓檢測電路，分別經(jīng)過微處理器內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換獲取光伏電流、負(fù)載電流和蓄電池電壓等參數(shù)。微處理器同時(shí)發(fā)出N個(gè)開關(guān)控制信號(hào)，其中第1個(gè)信號(hào)由微處理器內(nèi)部的PWM控制單元產(chǎn)生，第2~N個(gè)信號(hào)由微處理器內(nèi)部的普通數(shù)字I/O口(非PWM)產(chǎn)生。當(dāng)?shù)趇個(gè)功率電子器件被控制導(dǎo)通時(shí)，第i個(gè)光伏子陣給蓄電池充電，并為負(fù)載供電，對蓄電池充電控制的原則是在不同的時(shí)段進(jìn)行不同的恒壓充電。充電過程分為強(qiáng)充、均充、吸收和浮充4個(gè)過程，除強(qiáng)充外，均充、吸收和浮充3個(gè)階段都是恒壓控制，對蓄電池的恒壓控制可以采用各種智能控制算法，本控制器具體采用的是PI(比例積分)調(diào)節(jié)算法，再配合精粗調(diào)組合PWM控制方法綜合實(shí)現(xiàn)。
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控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)如圖2所示，VS是蓄電池電壓設(shè)定值，VO是蓄電池電壓實(shí)際輸出值，二者之差△V輸入PI調(diào)節(jié)器，得到期望輸出電流IO，對IO采用精粗調(diào)組合PWM實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)流程圖如圖3所示。即：將IO除以(I/N)，取余數(shù)得到j(luò)，取整數(shù)得到m。再令第1路光伏子陣列的PWM占空比為j，令其余光伏子陣列中有m個(gè)導(dǎo)通，剩余的光伏子陣列斷開，則得到精確的IO輸出:IO=(j/K+m)×(I/N)。該電流提供給蓄電池和負(fù)載，通過PI算法維持蓄電池輸出電壓VO為恒壓。
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