一种综合管廊用光伏发电控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种综合管廊用光伏发电控制装置。
【背景技术】
[0002] 综合管廊是指将多种管线比如电力、弱电、给水、热力等科学合理的容纳在一个地 下管廊中。综合管廊因对地下空间的高效利用、避免道路反复开挖、便于后期维护等优点， 日渐受到重视。
[0003] 光伏发电是一种清洁、高效、可持续的新型能源。利用光伏发电向地下综合管廊供 电将有W下积极效果：
[0004] 1.管廊中安装有照明、动力、水累等用电设备。目前，综合管廊供电是利用IOKV高 压线缆埋地敷设至管廊配电所，再经过管廊配电所向管廊供电。利用光伏发电供电，可W省 却IOKV线缆敷设投资，降低建设成本。
[0005] 2.光伏发电可持续、可再生，从长远看，利用光伏发电供电可W降低管廊的维护成 本。
[0006] 3.光伏发电能够产生良好的生态效益。
[0007] 在现有的光伏发电供电技术中，尚存在W下问题：
[0008] 1.现有的最大功率追踪控制技术主要有爬山法、扰动观察法、模糊控制、神经网络 控制等。爬山算法因简单、易于实现，在光伏发电场合应用较多。但现有的爬山算法存在W 下不足：爬山算法捜索步长是固定的。如果捜索步长设定较大，在最大功率点处，容易出现 震荡，形成光伏功率损失；如果捜索步长设定较小，爬山捜索速度较慢，捕获功率较小。
[0009] 2.当多个蓄电池串联使用时，由于各蓄电池内阻不一致，容易出现有的蓄电池放 电多，有的蓄电池放电少。蓄电池整体利用效率低。现有技术中，对多个蓄电池协调放电的 研究尚未应用。 【实用新型内容】
[0010] 为解决现有技术存在的不足，本实用新型公开了一种综合管廊用光伏发电控制装 置及控制方法，该系统改进了一种光伏发电最大功率追踪控制策略，并提出了一种多蓄电 池协同放电控制策略。最大功率追踪控制方法具有捜索速度快，稳态精度高的优点。在远 离最大功率点时，自动采用较大步长，加快捜索速度，在靠近最大功率点时，采用较小步长， 减少功率损失。
[0011] 为实现上述目的，本实用新型的具体方案如下：
[0012] 一种综合管廊用光伏发电控制装置，包括至少一个光伏板，所述光伏板通过最大 功率追踪控制电路与母线相连，母线上并联有多个蓄电池，母线还通过逆变器与负载相连； 所述光伏板还分别与电压检测电路及电流检测电路相连，电压检测电路及电流检测电路分 别与控制器相连，控制器与最大功率追踪控制电路相连，所述最大功率追踪控制电路包括 依次相连的保护电路、滤波电路、Boost变换器，保护电路与光伏板相连，Boost变换器与母 线相连；
[0013] 所述控制器根据光伏板输出电压、输出电流调节Boost变换器占空比，跟踪光伏 板输出的下一时刻的输出电压，实现光伏板的最大功率追踪控制。
[0014] 所述母线与蓄电池之间还串联有蓄电池充放电控制电路，所述蓄电池充放电控制 电路包括脚CK/B00ST变换器，BUCK/B00ST变换器通过烙断器与蓄电池相连。
[0015] 所述控制器首先计算负载功率与光伏板功率差值，根据该差值计算蓄电池的剩余 容量S0C，由剩余容量SOC确定蓄电池放电速率，通过比例积分控制，调节脚CK-BOOST变换 器占空比，进而调节蓄电池充放电电流。
[0016] 所述保护电路包括与光伏板相连的保险丝，保险丝与压敏电阻相连，压敏电阻与 光伏板相并联；所述滤波电路包括相并联的电容及极性电容；Boost变换器包括相并联的 晶闽管、电容及极性电容，所述晶闽管还与电感及二极管相连。
[0017] 所述第二DC/DC变换器包括极性电容W及与该电容相并联的晶闽管组，所述晶闽 管组为相串联的两个晶闽管，两个晶闽管之间的线路还与电感相连，电感与烙断器相串联。 [001引所述电压检测电路包括依次相连的电阻分压网络电路、隔离电路、射极跟随电路 及电平抬升电路及低通滤波电路，所述电阻分压网络将被测信号衰减到DSP控制器适合范 围并传送至隔离电路，隔离电路用于阻断被测信号对DSP微控制器的干扰并与射极跟随电 路相连，射极跟随电路用于提高输入阻抗，降低输出阻抗，电平抬升电路将-3v~+3v信号 转换为0~3v，W适应DSP端口承受范围，低通滤波电路用于消除被测信号的高频干扰并与 控制器相连。
[0019] 所述电流检测电路包括依次连接的电流采集电路、射极跟随电路、电平抬升电路、 反向放大电路、端口保护电路，电流采集电路用于提取被测电流信号，射极跟随电路用于提 高后级电路对被测信号的提取能力，电平抬升电路用于将被测信号抬升至DSP适应的范 围，端口保护电路用于保护DSP模拟量输入引脚，防止过电压出现。
[0020] -种综合管廊用光伏发电控制方法，包括：光伏发电最大功率追踪控制步骤；在 实现光伏发电最大功率追踪时，具体步骤包括：
[0021] 步骤一：首先采集光伏板的输出电压及输出电流，得到光伏板的输出功率，根据输 出功率差值与输出电压差值的比例计算斜率S并根据斜率确定捜索步长；确定捜索步长 时，首先根据斜率将光伏板输出功率与输出电压的关系曲线进行划区，并根据实际的光伏 板斜率判断所处的区，每个区设有相应的步长；
[0022] 步骤二：确定下一时刻捜索步长后，利用爬山捜索，来确定捜索方向；爬山捜索 时，首先比较光伏板当前的输出功率与上一时刻光伏板的输出功率大小，如果光伏板当前 的输出功率大于上一时刻光伏板的输出功率，则转入步骤S;否则，转入步骤四；
[0023] 步骤=:比较光伏板当前的输出电压与上一时刻光伏板的输出电压大小，如果光 伏板当前的输出电压大于上一时刻光伏板的输出电压，则光伏板下一时刻的输出参考电压 等于光伏板当前时刻的电压加上设定的步长，否则，光伏板下一时刻的输出参考电压等于 光伏板当前时刻的电压减去设定的步长；
[0024] 步骤四：比较光伏板当前的输出电压与上一时刻光伏板的输出电压大小，如果光 伏板当前的输出电压大于上一时刻光伏板的输出电压，则光伏板下一时刻的输出参考电压 等于光伏板当前时刻的电压减去设定的步长，否则，光伏板下一时刻的输出参考电压等于 光伏板当前时刻的电压加上设定的步长；
[00巧]步骤五：控制器调节Boost变换器占空比，跟踪光伏板下一时刻的输出参考电压， 实现光伏板的最大功率追踪控制。
[0026] 所述步骤一中，定义斜率S为：
[0027]
[002引其中，S表示斜率的绝对值，代表功率差值与电压差值的比率，P(k)为光伏板当前K时刻的输出功率，P化-1)光伏板当前K-I时刻的输出功率，VdeOO光伏板当前K时刻的输 出电压，Vd。化-1)光伏板当前K-I时刻的输出电压。
[0029] 根据斜率确定捜索步长时，首先根据光伏板输出功率与输出电压的关系曲线将该 曲线自上而下分为=个区，斜率S小于设定值Kl时，为1区，斜率S大于设定值K2时，为3 区，斜率S大于设定值Kl小于设定值K2时，为2区；
[0030] 通过计算斜率，系统在3区时，远离最大功率点MPP，斜率S较大，此时应采用较大 步长，加快捜索速度，捜索步长设为C3 ;
[003。 通过计算斜率，系统在2区时，靠近最大功率点，但未达到MPP点，S适中，此时应 采用适中步长，尽快到达MPP，捕获更多功率，捜索步长设为C2 ;
[0032] 通过计算斜率，系统在1区时，此时已靠近MPP点，为减小系统震荡，此时应采用较 小捜索步长，捜索步长设为Cl;CKC2<C3。
[0033] -种综合管廊用光伏发电控制方法，还包括多蓄电池协同放电控制的步骤，蓄电 池协同放电的具体实现步骤为：
[0034] A.计算负载功率与光伏板功率差值；
[00巧]e化）=Pkad化）-Ppv化）
[0036] B.控制器检测各个蓄电池的剩余容量S0C，剩余容量可通过蓄电池端电压来估 算；
[0037] C.由剩余容量SOC确定蓄电池放电速率F(SOC);
[003引化由比例积分进行调节产生PWM信号，确定蓄电池控制电流，实现闭环PI控制。
[0039] 剩余容量具体计算公式为：
[0040]
[00川式中，扣1，肥]为蓄电池的工作电压范围，可从蓄电池参数手册中获得，为已知数 值，V为蓄电池端电压，通过电压检测电路可W获得。
[0042] 放电深度控制函数：
[0043]
比例积分PI控制具体计算公式为：
[0045]
[004引式中，u(k)为输出控制量，即占空比大小，Kp为比例常数，K1为积分常数。
[0047] 本实用新型的有益效果：
[0048] 1.本实用新型设计了一种高效的最大功率追踪控制方法。该方法具有捜索速度 快，稳态精度高的优点。在远离最大功率点时，自动采用较大步长，加快捜索速度，在靠近最 大功率点时，采用较小步长，减少功率损失。
[0049] 2.本实用新型改进了一种最大功率追踪控制电路。硬件电路由光伏板、保护电路、 滤波电路、BOOST变换器构成。保护电路使光伏板在出现过电压、过电流时，迅速切除，保护 光伏板。滤波电路可W滤除电压的高频干扰成分。BOOST变换器实现了最大功率追踪控制。 调节BOOST的占空比，即可调节光伏板输出电压，从而实现最大功率追踪。
[0050] 3.改进了光伏发电拓扑结构，设计了一种多蓄电池协同管理方法。整个控制方法 为闭环PI控制。实现了稳态无静差，提高了控制精度。同时考虑了剩余容量F(SOC)的影 响，实现了多个蓄电池的协同放电控制。统一协调蓄电池放电深度，使得多个蓄电池同步达 到放电深度，提高了蓄电池容量利用率，延长了使用时间。
[0051] 4.设计了一种高精度的电压检测电路。电压检测电路由电阻分压网络、隔离电路、 射极跟随、电平抬升、低通滤波构成。电阻分压网络将被测信号衰减到DSP控制器适合范 围。隔离电路用于阻断被测信号对DSP微控制器的干扰。设计跟随器用于提高输入阻抗， 降低输出阻抗。电平抬升电路将-3v~+3v信号转换为0~3v。W适应DSP端口承受范 围。低通滤波电路用于消除被测信号的高频干扰。
【附图说明】
[0052] 图Ia-图化光伏发电控制系统总体结构图；
[0053]图2光伏发电控制系统总体硬件电路图；
[0054] 图3光伏板输出功率与输出电压关系曲线；
[005引 图4太阳能电池板MPPT电路图；
[0056] 图5最大功率追踪算法流程图；
[0057] 图6现阶段光伏发电拓扑结构；
[0058] 图7本实用新型提出的拓扑结构；
[0059] 图8改进前蓄电池放电深度示意图；
[0060] 图9改进后蓄电池放电深度控制示意图；
[0061] 图10剩余容量估算曲