数字信号控制器在太阳能逆变器中的应用

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                    　　1、数字信号控制器(DSC)是数字控制系统的核心
　　数字信号控制器(DSC)平台是能将微控制器(MCU)的控制外设和—流的DSP(数字信号处理)技术的处理能力与经济性相结合，其特点是简便易用。如今TI、Microchip等公司提供了DSP的高性能及微控制器集成与易用性，优异的处理能力、中断处理功能、控制特定外设集成能力与经济性的独特组合为控制系统提供了实质性的益处。通过这些优势，诸如改善的系统效率及增加的创新性能，能够采用更少的外部组件，更低的成本，为空间受限的应用推出极小化封装产品。
　　如今把握当前国内外受关注的绿色环保概念，开发与生产太阳能光伏组件及太阳能光伏系统，并不断开发适合国际、国内市场需求的系列应用产品，是符合“让太阳发电，地球更清洁，造福人类”的宗旨。而作为数字信号控制器(DSC)在其开发应用上可谓是恰到好处并且是多方面的，如绿色能源、数字电源、照明、家用电器、工业控制、车载产品、医疗及计量等。基于数字控制器的技术在工业应用中的优势，本文将对DSC技术在太阳能逆变器中的应用作分析说明。既然是在太阳能逆变器中应用，为此应对与太阳能有关的理念先作介绍。
　　2、与太阳能有关理念
　　太阳能光伏组件及太阳能光伏系统，其产品生产从单晶硅棒、硅片、电池片到组件，并在系统工程的设计与集成获得了迅速发展并在新能源发电、电力、通信、消防、航空和车船等领域获得广泛应用。
　　2.1太阳能光伏技术
　　太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太阳能光伏技术。光伏电池的基本特征为：当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收，光子的能量传递给硅原子，使电子发生跃迁成为自由电子，在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。图1(a)为光伏电池框图。






　　图2 逆变电源基本工作框图
　　其性能特点为：DSP芯片控制，智能功率模块组装，纯正弦波输出，输出稳压、稳频，具有过压、欠压、过载、短路、输入极性接反等各种保护功能，而逆变效率≥85%，具有交流旁路功能，输入输出优异的EMI/EMC指标，可配备RS232/485接口，具有高可靠性、高效率。
　　3.3太阳能并网逆变电源
　　太阳能并网逆变电源基本设计方案可用框图3(a)表示。






　　图4 风光互补发电系统组成示意图
　　5、太阳能及风力发电的控制器
　　控制器是有效控制太阳能或风机发出的电力向蓄电池充电，蓄电池向负载放电，使蓄电池在安全工作电压、电流范围内工作的装置。它的控制性能直接影响蓄电池使用寿命和系统效率。
　　5.1全数字太阳能智能控制器
　　全数字太阳能智能控制器全部采用微电脑和无触点控制技术，并具备各种保护功能，广泛应用于邮电通信、微波、光缆传输、铁路通信及信号，也可为边远地区、海岛*以及移动场所提供电力。由于太阳能电池的寿命一般均在20年以上，因此系统寿命可靠性较高，并可取代柴油机，实现无人值守。
　　性能特点：控制电路与主电路完全隔离，可正接地也可负接地；LED、LCD显示功能，可显示当前蓄电池电压、太阳能电池阵列输出电流、负载电流及蓄电池充电电流、日发电量、累计发电量；多路(6路/12路/18路等)太阳能可以同时接入；阶梯式控制方式，可使太阳能电池发出的电能最大限度向蓄电池充电，效率大大提高；各路充电电压检测具有“回差”控制功能，可防止静态开关进入振荡状态；过充、过放、过载、短路、接反、过热等一系列报警和保护功能；霍尔电流互感器检测电流；温度补偿调节电压；最近30天的电量数据采集，缺电时电量可以存储；太阳能每天累计发电量，太阳能历史累计发电量，掉电数据不丢失；具有RTC功能，可以查寻当前时间，在任何时候出现异常(过充、过放、过载、短路等)，会把不同故障发生的时间分别记录下来，送上位机显示；提供标准RS232/RS485接口；根据客户不同需要，可安装不同等级防雷器；根据系统需要，可提供光控、油机、备用电源等功能。
　　5.2全数字风力发电智能控制器
　　全数字风力发电智能控制器是控制风力发电机将风能转化为电能并贮存到蓄电池的装置，控制器全部采用微电脑和无触点控制技术，并具备各种保护功能，广泛应用于邮电通信、微波、光缆传输、铁路通信及信号，也可为边远地区、海岛*以及移动场所提供电力。
　　其性能特点与全数字太阳能智能控制器类同，不同之处如下：多路风机可以同时接入；阶梯式控制方式，可使风机发出的电能最大限度面向蓄电池充电，充电效率大大提高； 控制器内置大功率风机卸载电阻，无级调节，逐级投入，使蓄电池不会经受突变大电流充电，大大提高蓄电池使用寿命；风机平稳降速，有效防上风机飞车；最近30天的电量数据采集，没电时电量可以存储。
　　5.3无尾翼风机控制器原理与特征
　　5.3.1无尾翼风机控制器原理可用图5描述。






　　图6 风机并网逆变电源框图
　　7 光伏风力发电系统专用上位机软件
　　该软件为用户提供一个远程监管供电、用电设备的在线系统，配合多功能离网、并网逆变电源，对系统进行实时数据显示与处理、系统功能分析、系统事故追忆、各种文档备份、用户级别选择、实现远程特定功能控制、新用户电源使用学习、在线帮助等功能。
　　具体功能如下：
　　①实时数据显示与处理：对于系统电量、事故记录等非实时数据，根据电源系统采集周期，做定时采集，打包。在系统相应采集周期设定时间段内进行处理并备份。
　　②事故追忆：具备详细的事故记录(精确到秒，以时间段显示，同时记录系统所有运行参数备查)；多种查询方式(按站点、时间、日期及起组合方式)；报表生成和打印；数据软件和数据硬件备份。
　　③告警功能：具备报警参数设定，告警参数显示与保持。提供声音(内容可以自行选择，满足个性需求，同时提供pc机内部蜂鸣器报警，为用户节约电能)、光、短信、邮件、电话等报警方式。
　　④安全模式：对用户提供权限管理、密码登录、无误操作设计，***升级电源知识数据库，新电源用户学习影像资料；对电源设备实时控制，参数全面具体，防误操作处理。
　　⑤附加功能与人性化设计：数据显示多样化；避免重复运行的设计；还可实现无线监控。
　　8 结束语
　　应该说国内外许多厂商有很多系列的太阳能及风力发电系统与产品，上述介绍的应用特征仅从共性的角度出发，因此在选用时应根据实际需要，确定参数与指标，以获得较高的性价比。