太阳能独立光伏发电系统控制系统的研究与设计概要Word格式文档下载.docx
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太阳能光伏发电技术作为太阳能利用的一个重要组成部分,被认为是二十一世纪最具发展潜力的一种发电方式,对于缓解能源危机、减少环境污染以及减小温室效应具有重要的意义。
论文分析研究了基于TMS320F2812DSP的独立光伏发电系统及其控制系统的硬件设计和软件编程思路。
关键词:
太阳能光伏发电系统;
控制系统;
DSP中图分类号:
TP273 文献标识码:
A
0 引言
随着世界经济的发展进入21世纪以来,各国对能源的消耗以日俱增。
众多不可再生能源的消耗殆尽和环境污染问题的日益严重,已成为制约人类社会可持续发展的两个关键性因素。
人类开始将目光转向可再生能源的发展。
太阳能作为一种新型的绿色可再生能源,与其他新能源相比利用最大,是最理想的可再生能源[1]。
光伏发电是利用太阳能电池这种半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能,并使之转变成电能的直接发电方式[2]。
太阳能电池单元是光电转化的最小单位,将太阳能电池单元进行串并联并封装后可以做成太阳能电池组件,其功率一般为几瓦到几百瓦,这种太阳能电池组件是可以单独作为电源使用的最小单元,可以将太阳能电池组件进行进一步的串并联,构成太阳能电池方阵,以满足负载所需要的功率输出[3]。
1 独立光伏发电系统
独立光伏发电系统是指未与公共电网相连接,其输出功率提供给本地负载（交流负载或直流负载的太阳能光伏发电系统。
其主要应用于远离公共电网的无电地区和一些特殊场所,也可为通信中继站、气象台站和边防哨所等特殊处所提供电源。
本文研究的独立光伏发电系统结构框图如图1所示
[4]
。
该系统主要包括几个部分:
太阳能电池阵列、BOOST变换器、负载、双向BUCK2BOOST变换器、蓄电池以及控制电路。
该系统运行原理如下:
（1当日照较强,太阳能电池阵列输出功率大于负载功率时,太阳能电池阵列输出的电能经
BOOST变换器给负载供电,多余的电能通过双向BUCK2BOOST变换器传输给蓄电池将能量储存起来。
（2当日照
较弱,太阳能电池阵列输出功率小于负载功率时,由太阳能电池阵列和蓄电池共同给负载供电,太阳能电池阵列输出的
电能经BOOST变换器给负载供电,不足的电能由蓄电池通过双向BUCK2BOOST变换器给负载供电。
当无日照,光伏阵列输出功率为零时,由蓄电池单独给负载供电。
（3当有日照,太阳能电池阵列输出功率大于零且负载断开时,太阳能电池阵列输出的电能经BOOST变换器和双向BUCK2
BOOST变换器后给蓄电池充电以将能量储存起来。
另外,
如果蓄电池放电至低于过放电压,或者蓄电池充电至超过过充电压时,双向变换器将被强行控制关断,以保护蓄电池不被损坏,延长蓄电池的使用寿命
图1 本文研究的独立光伏发电系统
2 控制系统硬件电路
独立光伏发电系统所有控制功能的实现均由控制电路完成,控制电路采用数字信号处理器TMS320LF2812,由
TMS320LF2812DSP接收采样电路送来的模拟信号,按照控
制算法对采样信号进行处理,然后产生所需要的PWM波形,经驱动放大后控制主电路功率开关管的通断[5]。
2.1 控制芯片TMS320F2812DSP简介
TMS320F2812DSP是整个控制系统的核心,在太阳能独
立光伏发电系统的控制中主要实现以下功能:
（1转换采样电路的模拟信号,计算出太阳能电池阵列的输出电压、输出电流以及输出功率,再将数据输出给显示电路;
（2根据太阳能电池阵列的输出电压调整太阳能电池阵列的工作状态使其稳定工作在最大功率点;
（3根据采样到的蓄电池的电
压和充电电流,对其实现恒压限流充电以及过充过放保护;
（4根据系统工作状态实现系统工作状态的切换。
即当有
日照时,太阳能电池阵列向负载供电,多余的电能传输给蓄电池,将能量储存起来;
当太阳能电池阵列不足以向负载供电时,蓄电池和太阳能电池阵列同时向负载供电。
2.2 基于TMS320F2812DSP的控制系统
基于TMS320LF2812DSP的控制系统框图如图2所示。
控制系统包括DSP芯片、辅助电路、检测电路、驱动电路和扩展接口
图2 基于TMS320LF2812DSP的控制系统框图
2.2.1 辅助电路
辅助电路主要包括DSP电源电路和时钟源电路。
DSP电源电路采用TI公司的电源管理芯片TPS767D318。
TPS767D318电源芯片属于线性低压降型电压调节器,可以
由5V电压产生3.3V和1.8V的电压输出,最大输出电流为
1A,可以满足一片DSP和小量外围器件的供电需要。
时钟
源电路是采用高精密石英晶体振荡器产生,为系统提供稳定的时钟振荡输入。
2.2.2 采样电路
TMS320LF2812DSP的模数转换模块（A/D能分辨的最
高电压为3.3V,因此采样电路输入到A/D模块的最高输入电压不得超过3.3V。
本系统电压采样信号经高阻值精密电阻分压得到,避免分压电阻流过的电流对主电路和采样电路的影响;
电流采样电路是利用霍尔电流传感器将电流信号转换为电压信号。
另外,为了减少后级电路对前级的影响和实现控制系统与主电路的隔离,需在采样信号后加入射极跟随器,射极跟随器的输入阻抗大,可减小前级被检测电路对控制电路的影响。
2.2.3 驱动电路
系统功能的实现需要由控制电路生成主电路功率开关管所需要的PWM波使主电路功率开关管实现开关动作来完成。
但控制电路属于弱电信号（DSP产生的PWM波信号峰值电压为3.3伏,输出电流在毫安级
[6]
主电路为功率
电路,控制电路出来的信号对于直接驱动功率器件无能为力,而且为了系统能安全、可靠的运行,控制电路还必须和主电路实现良好的电气隔离。
在有弱电信号和强电信号的电路中,为防止强电信号对弱电信号的影响,通常采用隔离技术实现电路信号的转换。
隔离技术可分为电磁隔离和光电隔离两种方式。
光电隔离体积小、结构简单,但是共模抑制能力差、速度传输慢,且快速光耦的速度也仅几十kHz。
电磁隔离用脉冲变压器
作为隔离元件,具有响应速度快,原副边绝缘度高,共模干扰抑制能力强等优点。
考虑到主电路的工作频率,本驱动系统采用电磁隔离驱动。
3 控制系统软件设计编程思路
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,根据太阳能电池阵列、蓄电池以及负载的工作状态控制系统自动切换运行模式。
当控制系统运行于充电工作模式时,
TMS320LF2812DSP有两路PWM输出:
PWM1和PWM7,分
别用于控制功率开关管Ql和Q2。
运行于放电工作模式时,
PWM1和PWM8,分
别用于控制功率开关管Ql和Q3。
DSP集成开发环境CCS（CodeComposerStudio是目前
最流行的DSP开发软件之一[7]。
CCS可以简化和加速程序员创建和测试实时嵌入式信号处理系统的开发过程,从而缩短产品开发时间。
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。
控制系统主程序流程图如图3所示
图3 控制系统主程序流程图
太阳能光伏发电技术被认为是当今世界最具发展前景的新能源技术。
如何找到最佳的控制策略来最大限度地发挥光伏发电系统的优越性始终是评价控制技术的出发点和标准。
本文采用高速数字处理器TMS320LF2812作为控制器件,通过对整个控制系统的硬件电路结构、具体模块参数进行设计,对系统软件主程序流程进行编写,阐述了DSP
TMS320LF2812如何根据太阳能电池阵列、蓄电池以及负载
的工作状态最大限度发挥其优势,提高整个光伏发电系统的工作效率,具有良好的控制性能。
参考文献
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中
国电力出版社,2003.（下转第96页
9
7 第2期 王东娇,等:
所以,要定期检查、清洁、调整、测试重要设备和通道,在计算机设备上安装杀毒软件,定期查毒杀毒,定期维护操作系统,整理硬盘,定期清洁机房,形成一套规范的维护保养制度,使系统保持在良好状态运行,取得良好效果。
（3严格的机房管理制度
不规范操作设备、闲杂人员随便进出、在机房内吸烟、吃饭、喝饮料、机房环境卫生不达标等等人为因素和客观环境因素均会危害安全直播,所以,要制定相关的机房管理制度,防患于未然,对保证直播安全会起到很好的帮助作用。
4 总结
综上所述可知,保证直播安全是一项涉及面广、复杂而
艰巨的任务,需要各部门各岗位人员的共同协助、共同努力才能完成。
科学地设计系统、规范地使用设备、定期维护、严格管理,这些都是保障直播安全缺一不可的必要因素。
[1] 张雅欣.电视概论[M].北京:
中国广播电视出版社,
1997.8.
[2] 王润兰.数字化电视制作[M].北京:
人民邮电出版
社,2005.8.
TheSecurityPolicyofStudioLive
JinJi2dong
（TaiyuanTVStation,TaiyuanShanxi030024,China
Abstract:
Withthedevelopmentoftelevisiontechnologyandtheincreasingofpeople’sneedforinformation,modeofmediacompe2titionisalsochanging.Liveformofexpressionnewsisthebestmeansofcommunicationfortimeliness,intimacyandparticipatory,alsoitisanimportantmeanstoraisethetelevisionratings.ThismeansisappliedinmodernTVmediamoreandmoreextensive.Toprotectthesafetyoflive,canreflectthetelevisionprogramproductioncapacityandtechnologicallevelinacertaindegree.Ithasalsobecomeanimportantguaranteeforlivework.Inaspectsofsystemdesigns（incl.video,audio,lighting,powersupply,computer,etc.andusethispaperexamineshowtoimprovethesafetyeffectsinthestudiooflivebroadcastaccordingtotheempiricalstudiesoflivebroad2castsystemofnewschannelinTaiyuanTVStation.
Keywords:
livebroadcast;
back2up;
prolongation;
maintenance（上接第79页
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ResearchandDesignofStand2alonePhotovoltaicGenerationSystemBasedonDSP
WangDong2jiao,ZhuLin2quan,XueZhong2jin
（CollegeofInformationandCommunicationEngineering,NationalKeyLaboratory
forElectronicMeasurementTechnology,NorthUniversityofChinaTaiyuanShanxi030051,China
Solarenergyisaidealenergysourcewiththeadvantagessuchascleanness,inexhaustibilityandsafety.Asaimportantpartofsolarenergyapplication,thetechnologyofphotovoltaic（PVgenerationisconsideredasthemostpotentialpowergenerationin2lthcentury.TheresearchonPVgenerationissignificantforsolvingenergycrisis,reducingenvironmentalpollutionandgreenhouseeffect.Thepaperstudiesandanalyzesthestand2alonePVgenerationsystem,hardwaredesignandsoftwaredesignideaofcontrolsys2tembasedonTMS320F2812DSP.
photovoltaicgenerationsystem;
controlsystem;
DSP
69山 西 电 子 技 术 2010年
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