第5章 控制器.ppt

第5章光伏控制器 第5章光伏控制器 光伏控制器 5 1光伏控制器概述 5 1 1光伏控制器的基本概念光伏控制器是对光伏发电系统进行管理和控制的设备 光伏控制器主要由电子元器件 仪表 继电器 开关等组成 基本原理 控制器通过检测蓄电池的电压或荷电状态 判断蓄电池是否已经达到过充电点或过放电点 并根据检测结果发出继续充 放电或终止充 放电的指令 实现控制作用 基本作用 保护蓄电池 平衡光伏系统能量 显示系统工作状态 5 1光伏控制器概述 5 1 2光伏控制器的主要功能在太阳能光伏发电系统中 控制器是整个系统的核心部件 为了延长蓄电池的寿命 必须对它过放电 过充电 深度充电 负载过流和反充电等情况加以限制 在温差较大的地区 性能良好的控制器应具备温度补偿功能 同时能依照负载的电源需求来控制太阳能电池和蓄电池对负载电能的输出 5 2光伏控制器的基本原理 5 2 1蓄电池充电控制基本原理1 铅酸蓄电池充电特性铅酸蓄电池充电特性如图5 1曲线所示 蓄电池充电过程有3个阶段 初期 OA 电压快速上升 中期 AC 电压缓慢上升 延续较长时间 C点为充电末期 电压开始快速上升 接近D点时 标志着蓄电池已充满电 应停止充电 图5 1铅酸蓄电池充电特性曲线 5 2光伏控制器的基本原理 2 常规过充电保护原理依据D点的电压为蓄电池已充满标志这一原理 在控制器中设置电压测量和电压比较电路 通过对D点电压值的监测 即可判断蓄电池是否应结束充电 在控制器中比较器设置的D点电压 称为 门限电压 或 电压阈值 蓄电池的充满点一般设定在2 45 2 5V 单体 固定式铅酸蓄电池 和2 3 2 35V 单体 阀控密封式铅酸蓄电池 5 2光伏控制器的基本原理 5 2 2蓄电池过放电保护基本原理1 铅酸蓄电池放电特性铅酸蓄电池放电特性如图5 2曲线所示 蓄电池放电过程有3个阶段 开始 OE 阶段 电压下降较快 中期 EG 电压缓慢下降 延续较长时间 放电电压降到G点后 电压急剧下降 标志蓄电池已接近放电终了 应立即停止放电 图5 2铅酸蓄电池放电特性曲线 5 2光伏控制器的基本原理 2 常规过放电保护原理依据G点的电压标志放电终了这一原理 在控制器中设置电压测量和电压比较电路 通过监测出G点电压值 即可判断蓄电池是否应结束放电 在控制器中比较器设置的G点电压 称为 门限电压 或 电压阈值 5 4光伏控制器的电路原理 5 4 1光伏控制器的分类光伏控制器按电路方式的不同分为并联型 串联型 脉宽调制型 多路控制型 两阶段双电压控制型和最大功率跟踪型 按电池组件输入功率和负载功率的不同可分为小功率型 中功率型 大功率型及专用控制器 如草坪灯控制器 等 按放电过程控制方式的不同 可分为常规过放电控制型和剩余电量 SOC 放电全过程控制型 对于应附带有自动数据采集 数据显示和远程通信功能的控制器 称之为智能控制器 5 4光伏控制器的电路原理 5 4 2光伏控制器的电路原理光伏控制器通过检测蓄电池在充放电过程中的电压或荷电状态 判断蓄电池是否已经达到过充电点或过放电点 并根据检测结果发出继续充 放电或终止充 放电的指令 实现控制作用 5 4光伏控制器的电路原理 1 光伏控制器的基本电路原理框图如图5 6所示 主要由太阳能电池组件 控制电路及控制开关 蓄电池和负载组成 图5 6光伏控制器基本电路框图 5 4光伏控制器的电路原理 2 并联型控制器电路原理图5 7是单路并联型充放电控制器电路原理图 VD1是防反充电二极管 VD2是防反接二极管 T1和T2都是开关 T1是控制器充电回路中的开关 T2为蓄电池放电开关 Bx是保险丝 R是泄荷负载 图5 7单路并联型充放电控制器电路原理图 5 4光伏控制器的电路原理 3 串联型控制器电路原理单路串联型充放电原理如图5 8所示 串联型控制器T1是串联在充电回路中 当蓄电池电压大于充满切断电压时 断开 太阳电池不会对蓄电池充电 起到过充电保护作用 图5 8单路串联型控制器电路原理图 5 4光伏控制器的电路原理 检测控制电路图 对蓄电池的电压随时进行取样检测 并根据检测结果利用带回差控制的运算放大器与充电 过放基准电压比较 向过充电 过放电开关器件发出接通或关断的控制信号 图5 9单路串联型控制器电路原理图 5 4光伏控制器的电路原理 4 PWM控制器电路原理以脉冲方式开关光伏组件的输入 当蓄电池逐渐趋向充满时 随着其端电压的逐渐升高 PWM电路输出脉冲的频率和时间都发生变化 使开关器件的导通时间延长 间隔缩短 充电电流逐渐趋近于零 图5 10脉宽调制型 PWM 控制器电路原理图 5 4光伏控制器的电路原理 5 多路控制器电路原理多路控制器一般用于kW级以上的大功率光伏发电系统 将太阳能电池方阵分成多个支路接入控制器按顺序控制 图5 11多路控制器的电路原理图 5 4光伏控制器的电路原理 6 智能控制器电路原理智能型控制器采用CPU或MCU等微处理器对太阳能光伏发电系统的运行参数进行高速实时采集 并按照一定的控制规律由单片机内设计的程序对单路或多路光伏组件进行切断与接通的智能控制 图5 12智能型控制器电路原理图 5 4光伏控制器的电路原理 7 最大功率点跟踪型控制器太阳能电池方阵的最大功率点会随着太阳辐照度和温度的变化而变化 而太阳能电池方阵的工作点也会随着负载电压的变化而变化 如图5 13所示 图5 13最大功率跟踪控制 5 4光伏控制器的电路原理 最大功率点跟踪型控制器的原理是将太阳能电池方阵的电压和电流检测后相乘得到的功率 判断太阳能电池方阵此时的输出功率是否达到最大 若不在最大功率点运行 则调整脉冲宽度 调制输出占空比 改变充电电流 再次进行实时采样 并做出是否改变占空比的判断 最大功率跟踪型控制器的作用 通过直流变换电路和寻优跟踪控制程序 无论太阳辐照度 温度和负载特性如何变化 始终使太阳能电池方阵工作在最大功率点附近 充分发挥太阳能电池方阵的效能 这种方法被称为 最大功率点跟踪 即MPPT MaximumPowerPointTracking 同时 采用PWM调制方式 使充电电流成为脉冲电流 以减少蓄电池的极化 提高充电效率 5 4光伏控制器的电路原理 从图5 13所示太阳能电池阵列的P U曲线可以看出 曲线以最大功率点处为界 分为左右两侧 当太阳能电池工作在最大功率点电压右边的D点时 因离最大功率点较远 可以将电压值调小 即功率增加 当太阳能电池工作在最大功率点电压左边时 若电压值较小 为了获得最大功率 可以将电压值调大 5 4光伏控制器的电路原理 太