基于DSP的太陽能光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的研究

劉毅+劉建華

摘要：由于人類的頻繁活動導致的能源、環(huán)境問題越來越嚴重，各國都急于開發(fā)研究可再生的新能源，以解決能源短缺問題。太陽能就是一種新興的可再生能源，太陽內部氫原子發(fā)生氫氦聚變能夠釋放出大量的核能。各國都很重視太陽能的研究，目前太陽能已經可以作為發(fā)電和熱水器的能源，相信不久就能建立以太陽能為主體的電網。本文對基于DSP的太陽能光伏并網發(fā)電系統(tǒng)進行了相關研究。

關鍵詞：DSP；太陽能；光伏并網發(fā)電系統(tǒng)

前言

太陽能光伏技術起初并不受重視，但是隨著研究的深入，科學家發(fā)現光伏發(fā)電幾乎可以用于任何需要電能的場合，上至航天器，下至家用電器，大到電站，小到玩具。目前環(huán)境與能源越發(fā)嚴重，各國綠色環(huán)保思想意識也越來越強，光伏發(fā)電的無污染、危險性低、施工時間短等優(yōu)勢得到了各國的重視。雖然我國對光伏技術的研究不如國外發(fā)達國家，但是我國能源豐富，具有廣闊的開發(fā)潛能。目前政府已經頒布了一系列的新政策，以此來輔助太陽能光伏技術的研究，促進中國光伏發(fā)電產業(yè)的發(fā)展。

1.基于DSP的太陽能光伏并網系統(tǒng)的主要特點分析

DSP芯片指能夠實現數字信號處理技術的芯片，太陽能光伏并網系統(tǒng)主要依靠DSP的信號處理實現系統(tǒng)的數字化和自動化。電力系統(tǒng)的數字化和自動化可以避免工作人員不當操作而產生失誤，提高系統(tǒng)運作的穩(wěn)定性和安全性?；贒SP建立的太陽能光伏并網系統(tǒng)有以下五個特點：

1.1穩(wěn)定性非常高

DSP是一種數字信號處理技術，可以在短時間內完成大量控制和保護算法，它的高效性和穩(wěn)定性運行，可以避免很多機器故障問題的產生。

1.2降低污染

DSP能夠實現發(fā)電的無污染。傳統(tǒng)的發(fā)電并網系統(tǒng)的逆變器直流分量時會產生高次諧波，產生污染。DSP可以提高正弦波電流的穩(wěn)定性，跳過直流分量步驟，直接輸出電流，從而減少發(fā)電的污染。

1.3工作效率很高

DSP可以在短時間內完成大量的數字信號處理算法，提高工作的效率。比如，DSP的芯片TMS32028035能夠降低逆變的阻力，提高逆變的效率。

1.4提高發(fā)電質量

MPPT控制器是“最大功率點跟蹤”太陽能控制器。MPPT控制器可以實現對太陽能光伏發(fā)電的全面掌控，它能夠監(jiān)測太陽能板的發(fā)電電壓，追蹤記錄VI值，保證發(fā)電系統(tǒng)的最大輸出功率。MPPT控制器可以說是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心，DSP可以實現MPPT的自動控制，使光伏發(fā)電系統(tǒng)始終保持最佳狀態(tài)。

1.5降低斷電帶來的危害

孤島效應是指在電子電路中，如果電網突然失壓，并網光伏發(fā)電系統(tǒng)仍就會對電網中的鄰近部分線路保持供電。孤島效應不僅會破壞電網系統(tǒng)、用電設備，還會威脅工作人員的生命安全。DSP技術可以反“孤島效應”，在電網斷電時立刻中斷發(fā)電。

2.基于DSP的太陽能光伏并網發(fā)電系統(tǒng)

2.1控制系統(tǒng)結構設計

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部分是控制系統(tǒng)?；贒SP的太陽能光伏并網發(fā)電控制系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，它可以實現系統(tǒng)的數字化、自動化。本文重點闡述DSP數字控制系統(tǒng)。DSP數字控制器的優(yōu)點很多，比如：運算速度快、算法零花簡便、運行速度快等。DSP穩(wěn)定性非常高，可以大幅度提高工作效率，還可以降低污染、提高發(fā)電質量，以及避免斷電時產生的不良影響。DSP控制器通過數字信號能夠掌握太陽能發(fā)電的全過程，它能夠監(jiān)測太陽能板的發(fā)電電壓，追蹤記錄VI值，保證發(fā)電系統(tǒng)的最大輸出功率，改善了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的反應慢、準略低等缺陷。控制系統(tǒng)是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的首腦，而控制系統(tǒng)的核心就是DSP技術。DSP不僅可以解決傳統(tǒng)系統(tǒng)的諸多缺陷，提高系統(tǒng)發(fā)電的工作效率和質量，還可以提高安全性，保證人員的生命安全?？刂葡到y(tǒng)結構設計如圖1所示

圖1 控制系統(tǒng)結構圖

2.2光伏并網系統(tǒng)的控制電路設計

TI公司設計的TMS320LF2407 DSP處理器運作十分迅速，它可以短時間處理大量數字信號，靈活變換大量算法，大大提高了電路的精準性，保證了輸出電的質量。相對于傳統(tǒng)的電路，DSP的設計更加簡便，需要投入建設的資金較少，但是安全性、準確性等性能卻大幅度的提高。光伏并網系統(tǒng)的控制電路設計實現了各個電路并網運行。MPPT即“最大功率點跟蹤”太陽能控制器，它是太陽能光伏并網系統(tǒng)的核心。通過MPPT控制器可以全面掌控太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，能夠監(jiān)測太陽能板的發(fā)電電壓，追蹤記錄VI值，保證發(fā)電系統(tǒng)的最大輸出功率。導納增量法是常用的實現MPPT的方法之一，它可以解決光伏發(fā)電系統(tǒng)中對于光伏電池最大功率點跟蹤，預測等問題?？茖W家研究發(fā)現要想實現準確、高效地控制輸出功率，核心是解決太陽能電池的輸出功率對電壓的微分的問題，控制光伏發(fā)電的最大功率點。微分控制是研究人員使用的常用方法，其原理就是太陽能電池在最大功率點的輸出功率對電壓微分是零。微分控制法可以較好的排除外界環(huán)境對電路的影響，比如：溫度、太陽輻射等。非線性的性狀態(tài)方程求解難度大，微分控制法可以把非線性轉變?yōu)榫€性從而降低求解難度，減少誤差，提高運算的準確性。求解的狀態(tài)方程提示輸出電壓與脈沖寬度調制有關，即改變占空比可變的脈沖波形（PWM）就可以實現對輸出功率的控制。

3.DSP太陽能光伏并網系統(tǒng)的實際應用

DSP太陽能光伏并網主要應用于屋頂和沙漠。盡管沙漠土地遼闊空曠，便于能源的收集，但是想要在沙漠建造電站需要大量資金開辟土地，耗時長消耗大，同時沙漠地區(qū)對設備的要求很高，運作起來也十分復雜。相比之下屋頂DSP太陽能光伏并網系統(tǒng)更具有優(yōu)勢，設施簡便，投入建造的金額較少，時間也較短。一般來說沙漠電站建造規(guī)模較大的電網，屋頂電站規(guī)模較小。隨著科技和經濟的發(fā)展，近幾年DSP太陽能光伏并網系統(tǒng)發(fā)展十分迅速，據不完全統(tǒng)計，2010年世界太陽光伏電網發(fā)電量已超過15GW，其中我國太陽能光伏并網占有的比重很大，相信構建以太陽能為主體的電網指日可待。

4.結語

總而言之，在資源日益緊張、環(huán)境污染越發(fā)嚴重的今天，太陽能的無污染、可再生性、取能方便等優(yōu)勢引起了世界各國的關注。太陽能利用開發(fā)也成為了各國研究的重點。如今太陽能光伏發(fā)電的應用已經相當廣泛了，構建以太陽能為主體的電網將成為現實。DSP對于太陽能光伏并網系統(tǒng)作用極大，提高DSP技術能從根本上促進太陽能光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展。

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[3]趙玉文.21世紀我國光伏產業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略思考[C].合肥工業(yè)大學講座，2002.

作者簡介：劉毅（1993-），男，江蘇泰興，碩士在讀，新能源發(fā)電并網控制系統(tǒng)。劉建華（1981-），男，河南周口，講師，博士，復雜工業(yè)過程建模、控制與優(yōu)化理論及應用技術研究與開發(fā)endprint