一種光伏併網發電貯能控制器的製作方法

2023-12-04 15:28:02 1

本實用新型涉及控制技術領域，具體來說，涉及一種光伏併網發電貯能控制器。

背景技術：

太陽能光伏併網發電產業已成為當前充滿活力和朝氣的新興產業，在獨立運行的光伏發電系統必須配備起貯存和調節電能作用的蓄電池，蓄電池電量穩定性的好壞及使用壽命成為制約今後光伏產業發展的瓶頸。在光伏發電系統中，需要對貯能設備進行充放電加以控制，頻繁過充和過放都會影響蓄電池的使用壽命。因此，在光伏併網發電系統中必須有一套和光伏發電系統匹配的貯能控制系統，根據監測蓄電池剩餘電量、電壓或荷電狀態結果發出指令，以保護貯能設備，確保光伏發電系統的平穩運行。

如何做到對蓄電池在線質量狀態的準確了解不僅是使蓄電池能夠提供穩定後備支持能力的重要保證和依據，而且有利於蓄電池資源進行優化整合。蓄電池當前剩餘容量的監測成為太陽能光伏併網發電技術中對蓄電池進行維護的重要參數。因此，通過對蓄電池狀態的監測來反饋控制光伏發電及併網已成為研究的熱點。

針對相關技術中的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術實現要素：

針對相關技術中的上述技術問題，本實用新型提出一種光伏併網發電貯能控制器，能夠實現對蓄電池狀態的監測來反饋控制光伏發電及併網。

為實現上述技術目的，本實用新型的技術方案是這樣實現的：

一種光伏併網發電貯能控制器，包括下位機、通信模塊和上位機交互界面及數據管理模塊，所述下位機包括主控單元控制器、從控單元控制器和下位機軟體模塊，所述主控單元控制器和從控單元控制器通信連接，所述主控單元控制器分別連接A/D轉換模塊、LCD顯示模塊和PWM控制模塊；所述PWM控制模塊和A/D轉換模塊分別連接光伏電池；所述PWM 控制模塊連接併網控制模塊；所述從控單元控制器分別連接雙向DCDC模塊、LCD顯示模塊和DS2438模塊；所述雙向DCDC模塊和DS2438模塊分別連接蓄電池；所述主控單元控制器和從控單元控制器均採用C語言軟體編程；所述上位機交互界面及數據管理模塊包括參數設置模塊、檢測顯示模塊和數據管理模塊；所述檢測顯示模塊採用基於MSP430單片機的蓄電池智能在線監測系統。

進一步的，所述主控單元控制器為MSP430單片機。

進一步的，所述從控單元控制器為MSP430單片機。

進一步的，所述參數設置模塊包括電壓閾值和通道選擇。

進一步的，所述檢測顯示模塊包括電壓顯示、狀態顯示、動態曲線顯示和歷時記錄。

進一步的，所述數據管理模塊包括數據採集、分析存儲、數據查看和數據列印。

進一步的，所述通信電路為RS232通信電路。

進一步的，所述蓄電池智能在線監測系統採用DS2438對電池進行檢測。

本實用新型的有益效果：系統採用上位機和下位機聯控模式，下位機採用主控單元和從控單元分別控制，實現集蓄電池充、放電過程的管理、蓄電池質量的監測、光伏發電和光伏併網控制於一體。其中主控單元主要實現對光伏電池輸出升壓變換控制及最大功率跟蹤、協調併網發電和蓄電池充放電的驅動信號控制。從控單元主要完成對蓄電池剩餘電量、電壓、電流及溫度等參數的監測，以及結合主控單元的控制信號實現對蓄電池的充放電控制，實現雙DCDC變換。通過設置下位機獨立測量模式和上位機可視化智能操作模式，上位機通過RS232實現與下位機的通信和控制，實現光伏發電、併網狀態、蓄電池剩餘電量、電壓、電流及溫度等參數的監測，實時動態的自適應進入相應的控制模式，在上位機上實現對數據的管理，通過上位機和下位機的通信實現究終端數據採集與傳輸、數據管理與狀態顯示、數據查詢與分析等功能，建立人機監測控制系統，完成系統集成和測試，為光伏發電貯能控制提供科學依據。獨立測量模式簡捷、精確，可視化智能模式易操作、維護簡便、全數位化。本測試系統精度高、性能好、智能化程度高。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是根據本實用新型實施例所述的一種光伏併網發電貯能控制器的系統示意圖；

圖2是根據本實用新型實施例所述的一種光伏併網發電貯能控制器的下位機軟體設計示意圖；

圖3是根據本實用新型實施例所述的一種光伏併網發電貯能控制器的蓄電池在線監控系統示意圖；

圖4是根據本實用新型實施例所述的一種光伏併網發電貯能控制器的電流電壓採集模塊示意圖；

圖5是根據本實用新型實施例所述的一種光伏併網發電貯能控制器的光電耦器外圍電路示意圖；

圖6是根據本實用新型實施例所述的一種光伏併網發電貯能控制器的蓄電池在線監控系統的主循環程序示意圖；

圖7是根據本實用新型實施例所述的一種光伏併網發電貯能控制器的蓄電池參數採集示意圖；

圖8是根據本實用新型實施例所述的一種光伏併網發電貯能控制器的溫度電壓電流採集程序示意圖；

圖9是根據本實用新型實施例所述的一種光伏併網發電貯能控制器的光伏併網控制系統示意圖；

圖10是根據本實用新型實施例所述的一種光伏併網發電貯能控制器的控制策略流程示意圖；

圖11是根據本實用新型實施例所述的一種光伏併網發電貯能控制器的驅動信號電路示意圖；

圖12是根據本實用新型實施例所述的一種光伏併網發電貯能控制器的過流保護電路示意圖；

圖13是根據本實用新型實施例所述的一種光伏併網發電貯能控制器的欠壓保護採集輸出電路示意圖；

圖14是根據本實用新型實施例所述的一種光伏併網發電貯能控制器的蓄電池充放電電路及檢測電路示意圖；

圖15是根據本實用新型實施例所述的一種光伏併網發電貯能控制器的PWM驅動電路示意圖；

圖16是根據本實用新型實施例所述的一種光伏併網發電貯能控制器的三相逆變主電路示意圖；

圖17是根據本實用新型實施例所述的一種光伏併網發電貯能控制器的MSP430單片機小系統示意圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

如圖1-17所示，根據本實用新型實施例所述的一種光伏併網發電貯能控制器，包括下位機、通信模塊和上位機交互界面及數據管理模塊，所述下位機包括主控單元控制器、從控單元控制器和下位機軟體模塊，所述主控單元控制器和從控單元控制器通信連接，所述主控單元控制器分別連接A/D轉換模塊、LCD顯示模塊和PWM控制模塊；所述PWM控制模塊和A/D轉換模塊分別連接光伏電池；所述PWM控制模塊連接併網控制模塊；所述從控單元控制器分別連接雙向DCDC模塊、LCD顯示模塊和DS2438模塊；所述雙向DCDC模塊和DS2438模塊分別連接蓄電池；所述主控單元控制器和從控單元控制器均採用C語言軟體編程，如圖2所示；所述上位機交互界面及數據管理模塊包括參數設置模塊、檢測顯示模塊和數據管理模塊；所述檢測顯示模塊採用基於MSP430單片機的蓄電池智能在線監測系統。

所述主控單元控制器和從控單元控制器均為MSP430單片機。所述參數設置模塊包括電壓閾值和通道選擇，所述檢測顯示模塊包括電壓顯示、狀態顯示、動態曲線顯示和歷時記錄，所述數據管理模塊包括數據採集、分析存儲、數據查看和數據列印。

所述通信電路為RS232通信電路。

如圖3所示，所述蓄電池智能在線監測系統採用DS2438對電池進行檢測。

電壓和電流的測量：如圖4所示，DS2438內置了一個電流A/D轉換器，用於測量電池組的電流。在電池組中，因流經每個電池的電流是相同的，使用ACS712電流傳感器使流經電池中電流轉化為相應的電壓範圍內，經DS2438進行電壓的測量，然後再轉換成電流實現對蓄電池組電流的測量。

剩餘電量的測量：DS2438對電池剩餘電量的測量是藉助ICA實現的。ICA存放的是流入、流出電池總電流的累加值。DS2438有一個放累積放電電流DCA的寄存器CD，還有一個放累積充電電流CCA的寄存器CC，通過這兩個寄存器的值可以實現對剩餘電量SOC的溫度修訂值：

溫度一般影響電池的總容量，溫度與容量的關係為：

Ct＝C0×[1+k(t-t0)]

Ct—為溫度在t℃的總容量，Ah；C0—為標準溫度時的總容量，Ah；t0—為規定的標準溫度，25℃；t為當前溫度，℃；k為溫度係數，0.01/℃。

溫度的測量：DS2438能讀取13位二進位補碼格式的溫度數據，解析度為0.03125℃。數據在單總線接口上串行傳輸。DS2438可以測量溫度的範圍從-55℃到+125℃，以0.03125℃的增量。溫度寄存器的3個最低有效位始終為0，剩下的13位用℃的二進位補碼形式表示的溫度，最高有效位保持符號位。

所述蓄電池智能在線監測系統的主程序軟體設計處於循環顯示狀態，分別顯示蓄電池組各單體的工作狀態，獲取採樣數據溫度、電壓、電流、電量，將獲得的數據進行十進位處理後，與設定的溫度範圍進行比較，若超出範圍則表明出現故障，此時蜂鳴器工作，同時蓄電池的故障狀態送到液晶處進行顯示。如圖10所示。

光伏併網控制系統如圖9所示，系統主要由光伏發電、升壓系統、蓄電池儲能單元DCDC雙向變換系統、光伏併網系統組成。

蓄電池儲能單元中蓄電池存在著充放電兩種狀態，為實現能量在交流母線和蓄電池之間是雙向流動的平滑切換，採用Buck/Boost雙向變換器。全橋逆變器採用適當的控制策略實現整流和逆變兩種功能。

為提高太陽能的利用率，實現光伏陣列MPPT，在圖7中光伏發電升壓前進行電壓、電流的採集，通過MPPT最大功率跟蹤，控制升壓控制器件VF1的佔空比，達到使光伏陣列輸出最大功率。

為更好發揮蓄電池在光伏系統中的儲能、調節、緩衝等作用，延長蓄電池的使用壽命，降低蓄電池的維護費用，結合光伏發電的特點和外網用電的反饋信息，設計了一款光伏發電儲能控制系統，該系統結合外界條件，實時改變光伏系統的控制方式。

當外部環境光照強度比較低時，光伏停止發電，這時升壓開關管VF1停止工作。蓄電池根據剩餘電量和併網外網條件決定是否放電。

當蓄電池SOC低於25％時，無論外網條件怎樣，蓄電池都不放電，逆變系統也停止工作，這時整個系統中的開關管都關閉。

當蓄電池SOC為100％時，如果外網電壓較高，高於240V時，則可判斷外網有足夠的電量供應，從為了更好的發揮蓄電池的備用儲能功能和保護蓄電池角度出發，蓄電池這時採用不放電，逆變系統停止工作。

當蓄電池SOC為100％時，如果外網電壓較低，高於220V時，則可判斷外網處於用電量高峰期，需要補充能量，則蓄電池放電，同時逆變系統也開始工作。在蓄電池放電過程中，時刻監測蓄電池放電過程，並對蓄電池的剩餘電量進行監測，如發現系統SOC低於25％，則停止放電，同時逆變系統開關管停止工作，避免蓄電池深度放電。

當外部環境光照強度比較高時，光伏開始發電，這時升壓開關管VF1 開始工作。這時對發電電流和電壓進行檢測，對系統進行MPPT最大功率跟蹤，蓄電池根據剩餘電量和併網外網條件決定是否充放電。

首先監測蓄電池SOC是否為100％，如果SOC不為100％，光伏發電首先通過直流母線電壓進行降壓給對蓄電池進行充電，這時VF2開始工作。

同時，根據光伏發電功率PPV是否大於PB，如是，則光伏發電除了給蓄電池充電外，還經過逆變系統把剩餘的電量併到外網去，此時，無論外網電壓是否多少都要進行逆變，把多餘的電量併到外網上去。在此過程中，還要監測蓄電池的剩餘電量是否達到100％，如是，則需要停止充電，保證蓄電池不是長時間充電，這時，把光伏系統所有電量都併到電網上去。同時，監測外網電壓是否偏低，如果外網電壓偏低，蓄電池開始放電，和光伏發電一起併到外網上去。一旦蓄電池放電，就要監測蓄電池的剩餘電量。

如果光伏發電功率PPV小於PB，則光伏發電全部用於蓄電池充電上去，逆變開關管全部停止工作。同時，監測蓄電池是否充滿，蓄電池充滿，則關斷充電開關管VF2，發電電量併到外網上去。同時，監測外網電壓是否偏低，如是，則蓄電池開始放電，和光伏發電一起補充外網用電量。同樣，蓄電池放電，就要監測蓄電池的剩餘電量。

上位機可視化光伏併網發電貯能控制系統畫面採用VB6.0設計開發，該系統實時動態監測蓄電池充、放電過程，對蓄電池過壓、欠壓、剩餘電量、溫度等異常狀態及時報警，對光伏併網狀態進行監測，實時監測併網端電壓、光伏發電狀態及多種信息回饋及顯示的全新設計思路，實現全程數位化測量，提高了對蓄電池監測的準確性、自動化和智能化程度，能有效地為蓄電池工作狀態提供可靠依據。

綜上所述，藉助於本實用新型的上述技術方案，通過設置下位機獨立測量模式和上位機可視化智能操作模式，上位機通過RS232實現與下位機的通信和控制，實現光伏發電、併網狀態、蓄電池剩餘電量、電壓、電流及溫度等參數的監測，實時動態的自適應進入相應的控制模式，在上位機上實現對數據的管理，通過上位機和下位機的通信實現究終端數據採集與傳輸、數據管理與狀態顯示、數據查詢與分析等功能，建立人機監測控制系統，完成系統集成和測試，為光伏發電貯能控制提供科學依據。獨立測量模式簡捷、精確，可視化智能模式易操作、維護簡便、全數位化。本測試系統精度高、性能好、智能化程度高。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。