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電子發燒友網>電子資料下載>電源技術>精粗調組合PWM新控制方法資料下載

精粗調組合PWM新控制方法資料下載

2021-04-14 | pdf | 171.63KB | 次下載 | 3積分

資料介紹

??在遠離電網的偏遠地區,太陽能的發電利用光伏控制器、蓄電池組、光伏電池板組成獨立光伏發電站,其中光伏控制器是整個電站的核心。光伏控制器的拓撲結構通常有DC/DC型和直通型兩大類[1],DC/DC型又可細分為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,在大電流應用時,其體積、重量和熱量都會急劇增加,限制了其在大功率領域的實際應用;而直通型控制器在大功率領域則相對具有優勢,即使光伏電流達到幾百安培,其體積、重量和熱量相對都不會太大,因此直通型控制器在移動通信基站、邊防哨卡等大功率領域得到了廣泛的應用。但直通型控制器仍然存在著一些缺陷,以下對其優缺點進行分析。 ? ??1 現有控制方式的不足 ? ??現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[3],即將光伏電池分成N個獨立的光伏子陣列,定義N個蓄電池電壓控制點Vi(i=1,2,…N;Vi《Vi+1),當蓄電池電壓大于Vi時,第i個光伏子陣列關斷,反之則導通。這樣就形成了隨著蓄電池電壓的增加,充電電流階梯式逐級減少;反之則逐級增大。優點:這種充電控制方式基本滿足了蓄電池的充電需要,控制邏輯簡單、易于實現,電子功率開關器件的開關能量損失很小;缺點:控制精度不高,電壓波動范圍大,一些先進的自動控制算法無法實現。(2)在此基礎上增加了時間因素的改良型控制方式,將蓄電池電壓控制點設置為1個控制點Vs。當蓄電池電壓大于Vs時,第i個光伏子陣列關斷,延時1個固定時間后,如果蓄電池電壓仍然大于Vs,再關斷第i+1個光伏子陣列,依次類推,直到第N個光伏子陣列關斷;反之則導通,導通過程同樣有上述延時。優點:這種充電控制方式減少了蓄電池電壓的變化范圍,兼有前一種充電控制方式的優點;缺點:容易導致控制器的震蕩,尤其是延遲時間的選擇,要隨著太陽能電池、蓄電池容量和負載的配置變化而變化,否則會導致失控,嚴重者會導致蓄電池過充或過放而報廢。(3)脈寬調制式系統(全控型的PWM控制方式),即光伏電池不分子陣列,將全部光伏子陣列并聯后形成1個總的光伏電池陣列,再以大功率電子開關做全通全斷型PWM控制,此法可將蓄電池電壓精確控制在1個電壓點。優點:電壓控制精度高,可采用各種先進的自動控制算法;缺點:功率電子開關器件的開關功率損耗較大,在相同的電壓等級下,對功率電子開關器件的電流等級要求很高,對器件要求苛刻,對于大功率光伏控制器,散熱片體積較大。 ? ??2 精粗調組合PWM新控制方法 ? ??針對上述3種方案的缺點,本文提出了一種精粗調組合PWM控制的新控制方法。仍然將光伏電池分成N個獨立的相同配置的光伏子陣列(i=1,2,…N),但是只有第1個光伏子陣列(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控制,控制方式為:假設N個光伏子陣列全部導通時的總光伏電流為I,則每個光伏子陣列單獨導通時的光伏電流為I/N,如果第1個光伏子陣列的PWM控制占空比變化范圍為0~K,則第1個光伏子陣列的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個光伏子陣列的PWM精確控制和其余N-1個光伏子陣列的開關粗略控制相配合,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個光伏子陣列導通的個數,m=0~N-1(m=0,表示其余N-1個光伏子陣列全部關斷);控制器只需要選擇計算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 精粗調組合PWM控制實現 ? ??本控制器的采用的是C8051F020單片機[4],如圖1所示。通過外部2個電流傳感器和電壓檢測電路,分別經過微處理器內部AD轉換獲取光伏電流、負載電流和蓄電池電壓等參數微處理器同時發出N個開關控制信號,其中第1個信號由微處理器內部的PWM控制單元產生,第2~N個信號由微處理器內部的普通數字I/O口(非PWM)產生。當第i個功率電子器件被控制導通時,第i個光伏子陣給蓄電池充電,并為負載供電,對蓄電池充電控制的原則是在不同的時段進行不同的恒壓充電。充電過程分為強充、均充、吸收和浮充4個過程,除強充外,均充、吸收和浮充3個階段都是恒壓控制,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)調節算法,再配合精粗調組合PWM控制方法綜合實現。 ? ?? ? ??控制系統傳遞函數結構如圖2所示,VS是蓄電池電壓設定值,VO是蓄電池電壓實際輸出值,二者之差△V輸入PI調節器,得到期望輸出電流IO,對IO采用精粗調組合PWM實現,實現流程圖如圖3所示。即:將IO除以(I/N),取余數得到j,取整數得到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個導通,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載,通過PI算法維持蓄電池輸出電壓VO為恒壓。在一個由6路光伏子陣組成的控制系統里,其第1路光伏子陣的PWM電壓、電流和總光伏電流波形如圖4所示。這里的電壓是指功率電子開關兩端電壓,而在一個相對時間里,第2路到第6路光伏子陣電壓和電流變化很少(除非粗調有動作),否則就是直線。 ? ?? ?? ? ??本方案只有1個光伏子陣列采用PWM控制,其余的光伏子陣列仍然采用普通的開關控制,與全部光伏陣列并聯后進行總的PWM控制相比,這種精粗調組合實現的PWM精確控制其PWM開關能量損耗減少了(N-1)/N(N為光伏子陣列個數),縮小了散熱片體積;由于仍然采用多個獨立的光伏子陣列分別控制,在相同的電壓等級下,對功率開關器件的電流等級要求很低,可以采用低成本的功率開關器件并聯實現1個子陣[5],降低了成本,同時又兼有對全部光伏陣列進行PWM控制的高精度電流輸出,經測試系統穩壓輸出符合國家標準[6]。由于參與PWM斬波的電流小,電磁兼容性好,已經通過了電磁兼容標準測試,并取得CE認證。已在-48 V標稱電壓、30 A~400 A電流范圍的系列光伏控制器上得到實際應用。運行實踐表明,此方案完全達到了預期設計效果。 (mbbeetchina)
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