孙桥
（苏州工业园区科佳自动化有限公司 苏州 215001）
摘要：控制系统根据太阳能电池阵列、蓄电池以及负载的工作状态分为两种运行模式:充电工作模式和放电工作模式，控制系统根据太阳能电池阵列、蓄电池以及负载的工作状态自动切换运行模式。
关键词：太阳能 光伏发电 控制系统
前言：控制系统根据太阳能电池阵列、蓄电池以及负载的工作状态分为两种运行模式:充电工作模式和放电工作模式，控制系统根据太阳能电池阵列、蓄电池以及负载的工作状态自动切换运行模式。系统总体结构示意图如图1。
图1 系统结构示意图
系统控制电路由电量检测电路、主控制器和驱动电路三部分组成。其中：
（1）电量检测电路负责检测光伏电池输出的电压、电流，以及蓄电池的端电压和充放电电流。
（2）主控制器采用DSP控制，将电量检测电路输出的模拟信号进行A/D转换，完成MPPT计算、占空比调节以及定时设置，并生成PWM信号输出至驱动电路。
（3）驱动电路负责将DSP输出的弱电信号进行功率放大，以驱动主电路中的MOSFET，并对控制电路与主电路进行强、弱电隔离。
控制器的设计
光伏系统中一般意义上控制器是指太阳能控制器，就其内部电路而言，基本上可分为五种类型：并联型、串联型、脉宽调制型、智能型和最大功率跟踪型。
最大功率跟踪的概述
最大功率就是使光伏电池始终保持最大功率输出。由于光伏电池的光电转换效率比较低，光伏电池的输出功率受日照强度以及温度的影响的特点，为了在限定的条件下有效的利用光伏电池，就要进行最大功率点跟踪（MPPT－Maximum Power Point Tracking）。在光伏发电系统中，通常要求太阳能电池的输出功率最大，即系统要能跟踪太阳能电池输出的最大功率点。太阳能电池的伏安特性曲线如图2所示，L是负载特性曲线，交点a，b，c，d，e对应于不同的工作点。可以看出，这些工作点并不正好落在电池提供的最大功率点（a′，b′，c′，d′，e′）处，这就不能充分利用在当前条件下电池所能提供的最大功率。
图2 太阳能电池的伏安特性曲线
太阳能光伏电池的I-U特性具有非线性，并且它随着外界环境（温度、日照强度）总存在着一个最大功率点如图3所示，在一定的温度和日照强度下，光伏电池的输出电压和输出电流之间具有非线性的关系，并且具有唯一的一个最大功率点MPP（Maximum Power Point）。
图3 光伏电池的输出电压与输出电流的关系图
因此必须在太阳能电池和负载之间加入阻抗变换器，使得变换后的工作点正好和太阳能电池的最大功率点重合，使太阳能电池以最大功率输出，这就是所谓的太阳能电池的最大功率点跟踪，如图4。
图5 光伏电池的输出功率与输出电压的关系图
对于电阻型负载，其负载线与I-U曲线的交叉点决定了光伏电池的工作点。不同的负载RL决定了不同的工作点。因此在不同的温度、日照强度条件下，当最大功率点发生漂移时，可通过调节负载使光伏电池重新工作在最大功率点处，最大功率点跟踪就是完成以上阻抗匹配的任务，使得变换后的工作点正好和光伏电池的最大功率点重合，使得光伏电池以最大功率输出。
常用最大功率点跟踪控制方法恒定电压法、扰动观察法、增加电导法、模糊控制法。
控制系统编程思路
控制系统根据太阳能电池阵列、蓄电池以及负载的工作状态分为两种运行模式:充电工作模式和放电工作模式，控制系统根据太阳能电池阵列、蓄电池以及负载的工作状态自动切换运行模式。
充电工作模式:当系统工作于充电模式时又有下列两种可能:(l)太阳能电池阵列输出功率大于负载功率，多余的电能供给蓄电池充电并实现太阳能电池阵列的最大功率点跟踪;(2)负载断开，太阳能电池阵列仅给蓄电池充电。
放电工作模式:当系统工作于放电模式时又有下列两种可能:(l)太阳能电池阵列输出功率小于负载功率，多余的电能由蓄电池补充，并利用最大功率点跟踪技术实现太阳能电池阵列的最大功率点跟踪以使蓄电池放电电流最小;(2)太阳能电池阵列无功率输出，仅由蓄电池向负载供电。
主程序大致思路如下:开机上电后，初始化DSP的系统寄存器及外设寄存器，根据太阳能电池阵列、蓄电池以及负载的工作状态决定系统的运行模式，并按一定的采样周期(本试验为10ms)读入采样电压和采样电流，根据采样信息和控制算法改变输出控制信号的脉宽以达到预期的控制目标。在运行过程中若系统发生故障，则及时封锁控制信号输出【22】。
结论
随着世界传统能源的不断减少，能源危机和新能源的开发成为各国关注的问题，光伏发电由于其独特的优点，成为了新能源中发展最为迅速的能源形式。本文结合独立光伏发电系统在实际生活中的应用设计出了一套户用光伏发电系统。
户用型独立光伏发电系统，在光伏发电系统的分类上属于独立光伏发电系统，又称为离网光伏发电系统，本系统主要针对的是普通家庭的一些低压用电设备的需要，设计标准容量为500W。随着我国社会的不断发展，人们生活质量的不断提高，对环境和常规能源的考验在加剧，清洁和新能源的需求将会呈现快的发展。本设计作为一套完整的户用独立光伏发电系统，从负荷设计、原理到设备选择，都充分表明设计方案是可行的。
论文作者:孙桥
论文发表刊物:《电力设备》2016年1期供稿
论文发表时间:2016/4/14
标签：太阳能电池论文; 光伏论文; 负载论文; 工作论文; 阵列论文; 蓄电池论文; 最大功率论文; 《电力设备》2016年1期供稿论文;