如今把握當(dāng)前國內(nèi)外受關(guān)注的綠色環(huán)保概念，開發(fā)與生產(chǎn)太陽能光伏組件及太陽能光伏系統(tǒng)，并不斷開發(fā)適合國際、國內(nèi)市場(chǎng)需求的系列應(yīng)用產(chǎn)品，是符合“讓太陽發(fā)電，地球更清潔，造福人類”的宗旨。而作為數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)在其開發(fā)應(yīng)用上可謂是恰到好處并且是多方面的，如綠色能源、數(shù)字電源、照明、家用電器、工業(yè)控制、車載產(chǎn)品、醫(yī)療及計(jì)量等?；跀?shù)字控制器的技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)，本文將對(duì)DSC技術(shù)在太陽能逆變器中的應(yīng)用作分析說明。既然是在太陽能逆變器中應(yīng)用，為此應(yīng)對(duì)與太陽能有關(guān)的理念先作介紹。

      太陽能理念

      太陽能光伏組件及太陽能光伏系統(tǒng)，其產(chǎn)品生產(chǎn)從單晶硅棒、硅片、電池片到組件，并在系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)與集成獲得了迅速發(fā)展并在新能源發(fā)電、電力、通信、消防、航空和車船等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

      1、太陽能光伏技術(shù)。

      太陽能是各種可再生能源中.重要的基本能源，通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能利用的屬于太陽能光發(fā)電技術(shù)，光電轉(zhuǎn)換裝置通常是利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的，因此又稱太陽能光伏技術(shù)。光伏電池的基本特征為：當(dāng)光線照射太陽電池表面時(shí)，一部分光子被硅材料吸收，光子的能量傳遞給硅原子，使電子發(fā)生躍遷成為自由電子，在P-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過程的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。

      2、光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成與類型。

      一套基本的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽能電池板、控制器、逆變器和蓄電池構(gòu)成。光伏發(fā)電系統(tǒng)有兩大類：并網(wǎng)發(fā)電和獨(dú)立發(fā)電。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為太陽能電池方陣發(fā)出的電能經(jīng)過并網(wǎng)逆變器將電能直接輸送到交流電網(wǎng)上，或?qū)⑻柲芩l(fā)出的電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器直接為交流負(fù)載供電，獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)為太陽能電池方陣發(fā)出的電能經(jīng)蓄電池充電并經(jīng)過逆變器將直流轉(zhuǎn)換成交流電。應(yīng)該說太陽能光伏系統(tǒng)可在太陽能風(fēng)力發(fā)電控制器、逆變電源、并網(wǎng)逆變電源等多種綠色能源得到廣泛應(yīng)用。值此重點(diǎn)對(duì)DSC技術(shù)在太陽能逆變器中應(yīng)用作分析。

      太陽能逆變器系統(tǒng)應(yīng)用方案

      1、問題的提出。

      全球范圍內(nèi)能量的未來獲取方式是一個(gè)新興的焦點(diǎn)問題。礦物燃料的多個(gè)替代解決方案已經(jīng)展開研究，并將在全球各地區(qū)進(jìn)入了工業(yè)化的生產(chǎn)過程。光伏并網(wǎng)發(fā)電是將太陽能電池陣列所發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟婐佀碗娋W(wǎng)，是太陽能發(fā)電走向可持續(xù)發(fā)展的必由之路。太陽能是.廣泛的替代能源之一，其重點(diǎn)放在光伏(PV)系統(tǒng)的交付上，這包括用于電力公用事業(yè)、商用建筑以及個(gè)人住宅的高性能太陽能逆變器。逆變器是整個(gè)太陽能系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，可將PV電池的可變DC電壓輸出轉(zhuǎn)換成清潔的50Hz或60 Hz正弦電流，適用于商用電網(wǎng)或本地電網(wǎng)供電。

      作為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)(如組合型)，整個(gè)系統(tǒng)由控制系統(tǒng)和功率主電路兩部分組成。功率主電路使用大功率智能功率模塊IPM，控制系統(tǒng)以DSP為核心，檢測(cè)直流側(cè)及網(wǎng)側(cè)的電量信號(hào)，通過.大功率尋優(yōu)，電壓、電流調(diào)節(jié)，以及空間矢量PWM波形發(fā)生控制，向功率驅(qū)動(dòng)回路發(fā)出控制指令，將太陽能直流轉(zhuǎn)換單元輸出的直流電變換成交流電，并回饋至電網(wǎng)。太陽能并網(wǎng)逆變器是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心部分，其主要功能是將太陽能電池板發(fā)出的直流電逆變成單相交流電，并送人電網(wǎng)。為此有必要對(duì)逆變電源技術(shù)特征作說明。

      2、何謂逆變電源。

      逆變電源是將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷难b置，是太陽能、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的核心部件。根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)情況分為：太陽能、風(fēng)力發(fā)電專用正弦波逆變電源；經(jīng)濟(jì)型太陽能、風(fēng)力發(fā)電控制逆變一體機(jī)；太陽能并網(wǎng)逆變電源與風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)逆變電源等四類。而其太陽能、風(fēng)力發(fā)電專用正弦波逆變電源是太陽能、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，該電源針對(duì)新能源發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)來設(shè)計(jì)制造，主要應(yīng)用于太陽能電站，風(fēng)力發(fā)電站，風(fēng)、光、油、蓄互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)和戶用太陽能供電系統(tǒng)。

      3、DSC為控制系統(tǒng)的太陽能并網(wǎng)逆變電源設(shè)計(jì)方案。

      由于DSP芯片是DSC核心部件，所以太陽能并網(wǎng)逆變電源設(shè)計(jì)方案是基于DSP技術(shù)的設(shè)計(jì)方案。值此以TMS320C2000TM DSP為典型應(yīng)用作分析。因?yàn)橐訲MS320C2000TM DSP的平臺(tái)能夠.佳地響應(yīng)太陽能逆變器多條實(shí)施線路的實(shí)時(shí)挑戰(zhàn)。故以TMS320C2000TM DSP為典型應(yīng)用作分析。該TMS320028xTM，內(nèi)核32位CPU以150MHz的.高頻率運(yùn)行，能夠高效地執(zhí)行在.大功率點(diǎn)下操作面板所需的高精度算法，可確保.高的電源轉(zhuǎn)換效率，甚至在.苛刻與不斷變化的條件下也是如此。DC/AC轉(zhuǎn)換器主橋的驅(qū)動(dòng)由TMS320C 2000器件高度靈活的PWM模塊執(zhí)行并與片上高速12位ADC配合使用，調(diào)節(jié)所需的電流與電壓，從而獲得.常見的正弦波形。用TMS320C2000 DSP為控制系統(tǒng)的太陽能并網(wǎng)逆變電源設(shè)計(jì)方案示意框圖。太陽能并網(wǎng)逆變電源設(shè)計(jì)方案由控制系統(tǒng)和功率主電路兩部分組成。

      C2000片上高速12位ADC可對(duì)電池電壓、電池溫度、環(huán)境溫度與計(jì)量計(jì)數(shù)器的模擬量迸行A/D轉(zhuǎn)換。DC/DC變換環(huán)節(jié)調(diào)整光伏陣列的工作點(diǎn)，使其跟蹤.大功率點(diǎn)。所以在太陽能電池板后接Boost升壓斬波器，將電壓升到400V，這樣設(shè)計(jì)有利于提高系統(tǒng)的效率，也便于后級(jí)全橋逆變器并網(wǎng)控制。而DC/AC逆變環(huán)節(jié)主要使輸出電流與電網(wǎng)電壓同相位，同時(shí)獲得單位功率因數(shù)。

      對(duì)于控制系統(tǒng)，當(dāng)控制電路上電后，首先檢測(cè)電網(wǎng)參數(shù)和光伏電池的電壓，當(dāng)網(wǎng)壓正常時(shí)，全橋逆變器工作在PWM整流器狀態(tài)，中間電壓為400V左右。逆變器工作過程中，由控制芯片DSP檢測(cè)中間電壓、并網(wǎng)電流，如果中間電壓過高或者并網(wǎng)電流超過.大電流時(shí)，由控制芯片封鎖全橋逆變器和Boost升壓斬波器的開關(guān)管控制脈沖，同時(shí)斷開繼電器。延時(shí)一段后再嘗試重新啟動(dòng)，若故障仍然存在，則斷開逆變器，DSP能快速響應(yīng)命令。太陽能電池輸出的.大功率隨著光照強(qiáng)度和溫度的變化而變化，系統(tǒng)的.大功率跟蹤由前級(jí)Boost升壓斬波器控制。為實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)電壓同頻同相的并網(wǎng)電流，其由后級(jí)全橋逆變器控制。他們的控制都是由DSP芯片TMS320C2000協(xié)調(diào)完成逆變器的設(shè)計(jì)。

      除上述DSC為控制系統(tǒng)的太陽能并網(wǎng)逆變電源以外，本文還將對(duì)太陽能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用、太陽能及風(fēng)力發(fā)電的控制器及風(fēng)機(jī)并網(wǎng)逆變電源等技術(shù)與應(yīng)用作簡(jiǎn)介。

      4、太陽能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用。

      太陽能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)利用自然能源，取之不盡，用之不竭。它的利用不僅解決我國目前8000萬無電居民的用電問題，而且可改善目前全球日趨嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。除此之外，它的利用給用戶帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)統(tǒng)計(jì)，架設(shè)5公里電線及以后的電費(fèi)投資，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于太陽能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的一次性投資。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)見圖4所示。由于太陽能與風(fēng)能的互補(bǔ)性強(qiáng)，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在資源上彌補(bǔ)了風(fēng)電和光電獨(dú)立系統(tǒng)在資源上的缺陷。同時(shí)，風(fēng)電和光電系統(tǒng)在蓄電池組和逆變環(huán)節(jié)是可以通用的，所以風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的造價(jià)可以降低，系統(tǒng)成本趨于合理。

      5、太陽能及風(fēng)力發(fā)電的控制器。

      控制器是有效控制太陽能或風(fēng)機(jī)發(fā)出的電力向蓄電池充電，蓄電池向負(fù)載放電，使蓄電池在安全工作電壓、電流范圍內(nèi)工作的裝置。它的控制性能直接影響蓄電池使用壽命和系統(tǒng)效率。

      6、光伏風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)專用上位機(jī)軟件。

      該軟件為用戶提供一個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)管供電、用電設(shè)備的在線系統(tǒng)，配合多功能離網(wǎng)、并網(wǎng)逆變電源，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示與處理、系統(tǒng)功能分析、系統(tǒng)事故追憶、各種文檔備份、用戶級(jí)別選擇、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程特定功能控制、新用戶電源使用學(xué)習(xí)、在線幫助等功能。具體功能如下：①實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示與處理：對(duì)于系統(tǒng)電量、事故記錄等非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，根據(jù)電源系統(tǒng)采集周期，做定時(shí)采集，打包。在系統(tǒng)相應(yīng)采集周期設(shè)定時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行處理并備份。②事故追憶：具備詳細(xì)的事故記錄(精確到秒，以時(shí)間段顯示，同時(shí)記錄系統(tǒng)所有運(yùn)行參數(shù)備查)；多種查詢方式(按站點(diǎn)、時(shí)間、日期及起組合方式)；報(bào)表生成和打?。粩?shù)據(jù)軟件和數(shù)據(jù)硬件備份。③告警功能：具備報(bào)警參數(shù)設(shè)定，告警參數(shù)顯示與保持。提供聲音(內(nèi)容可以自行選擇，滿足個(gè)性需求，同時(shí)提供pc機(jī)內(nèi)部蜂鳴器報(bào)警，為用戶節(jié)約電能)、光、短信、郵件、電話等報(bào)警方式。④安全模式：對(duì)用戶提供權(quán)限管理、密碼登錄、無誤操作設(shè)計(jì)，升級(jí)電源知識(shí)數(shù)據(jù)庫，新電源用戶學(xué)習(xí)影像資料；對(duì)電源設(shè)備實(shí)時(shí)控制，參數(shù)全面具體，防誤操作處理。⑤附加功能與人性化設(shè)計(jì)：數(shù)據(jù)顯示多樣化；避免重復(fù)運(yùn)行的設(shè)計(jì)；還可實(shí)現(xiàn)無線監(jiān)控。