专利名称：一种用于光伏发电系统的功率平滑输出装置及其工作方法
技术领域：
本发明属于智能电网间歇式能源平滑输出技术领域，特别是一种用于光伏发电系统的功率平滑输出装置及其工作方法。
背景技术：
新能源的应用已经是众所周知的智能电网的不可分割的部分。据预测，太阳能光伏发电在21世纪会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10 %以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。但是，作为间歇式能源，光伏发电不可为第一代电网利用的直接原因是其无法连续输出功率的特性。目前我国既有的光伏发电系统由于间歇性导致的功率无法稳定输出的问题，使得其仍然无法大规模并网发电，只能就地消耗或者用于对电能质量要求不高的场所。但是，二代电网的建设已经启动，光伏大规模并网发电是大势所趋，因此对光伏发电功率平滑稳定的输出的研究就显得格外重要。目前既有的光伏发电控制策略，往往以期望功率E(X)为输出，但是却导致了实际功率输出在一定时间内，以E(X)为中心来回跳跃的问题，其跳跃幅度由方差D(X)所决定。当D(X)比较大，储能系统需要来回频繁充放电，而系统则根本得不到稳定的功率输出 E (χ)。因此，提高功率输出的稳定性，使功率输出在一定范围内可控就成为光伏发电大规模利用的重要切入点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于光伏发电系统的功率平滑输出装置及其工作方法，它可以克服现有技术的不足，采用高性能的信号处理器和灵活的控制技术以获得高精度的控制效果，大大的提高了光伏发电功率输出的稳定性和可靠性，并从最大程度上减小了功率波动带来的损失，保证了相关电力设备、线路的稳定运行。本发明的技术方案一种用于光伏发电系统的功率平滑输出装置，包括光伏电池， 其特征在于它包括电流采样模块、A/D转换模块、逻辑计算模块、控制电路模块以及直流分流模块；其中所述电流采样模块的输入端连接光伏电池，其输出端连接A/D转换模块的输入端；所述A/D转换模块的输出端与逻辑计算模块的输入端连接；所述逻辑计算模块的输出端通过A/D转换模块将计算结果输入控制电路模块；所述直流分流电路模块接受控制电路模块的控制信号，对直流母线的电流进行调节，实现功率平滑输出。所述电流采样模块是由电流传感器、放大电路和滤波电路组成；所述电流传感器的输入端采集光伏发电系统的电流信号，其输出端连接放大电路的输出端；所述滤波电路的输入端与放大电路的输出端连接，其输入端连接连接A/D转换模块的输入端。所述电流传感器选用LEM公司的电流传感器芯片LTS25-NP。所述A/D转换模块是由数模转换模块和模数转换模块构成；所述的模数转换模块采用DAC0832芯片；所述数模转换模块采用A/D转换芯片ADS8364。所述逻辑计算模块采用80C51单片机。所述控制电路模块采用TI公司的TMS320F2812DSP芯片。所述直流分流模块是双并联boost-buck电路结构。一种光伏发电系统功率平滑输出装置的工作方法，其特征在于它是由以下步骤所构成(1)电流采样模块对光伏电池板输出的电流进行采样；(2)电流信号量传输给模数转换模块；(3)模数转换模块将采集到的模拟量转换成数字量，其输出信号输入逻辑计算模块；(4)根据逻辑计算模块通过计算输出稳定输出电流值并转化为控制目标电压输出至数模转换模块；(5)控制电路模块接收数模转换模块的信号，转化为控制信号传输给直流分流电路；(6)直流分流模块通过控制信号调节IGBT导通角从而实现对直流母线的充放电。本发明的工作原理电流采样模块从光伏板输出端采样输送至模数转换模块， 模数转换模块将得到的数字信息传输至逻辑计算模块。由于光伏板输出的功率在电压固
定的情况下取决于电流，而其电流在一定时间内，议一 p、^fjt<· (《-ι =ι- 个值为中
心来回波动，可视作正态分布，因此逻辑控制模块可对信号进行处理，计算期望输出电流
E (X)=X = ^Xi和方差饵幻=炉=(Σ<-“茫)/…-1);其中，χ为输入信号，η为采样
次数。在得到E(X)的情况下，为了求得一个既不太损耗功率输出又可以最大限度的使功率输出稳定的电流值，我们需要计算单侧置信区间即在给定置信度α的情况下，通过电流采样计算均值和方差，从而最终得出置信电流输出值μ，即光伏电池板发出的电流是波动的，其值大于μ的概率为a。因此，以μ为输出电流额定值，在100 α %的时间内，系统可以稳定输出功率同时向储能模块充电，当光伏板以较小的概率输出小于μ的电流时，储能模块可以向系统补充功率，以满足平滑输出。当逻辑计算电路的到μ后，乘以&得到目标调节电压uin。以U2的实际值为调节目标。A/D转换模块中包括逐次近似来得到模数转换结果的开关电容，芯片有4路模拟信号输入通道，通过芯片内部参数设置选择不同通道输入，进行A/D转换输出；其软件流程如下①启动模数转换信号；②在AUT0_SEQ_SR寄存器中装初值；③进行模数转换，每转换一次，AUT0_SEQ_SR寄存器中的值就自动减1 ；④将转换结果保存到相应的寄存器中；⑤判断转换是否完成；若完成，就申请中断，转换结束；否则就继续转换。计算机软件主要涉及到DSP串行口的初始化和芯片的内部参数设置及转换结果的接收，串行口的初始化为对McBSP的控制寄存器的配置，使DSP可以为提供片选、时钟、帧同步信号等控制信号，同时从DX串行发送的内部设置参数，并从DR串行接收转换后的数据，完成一次完整的A/D转换过程；系统上电后，DSP的控制引脚经一译码器将的CS位置高电平，转换芯片处于非激活状态，并关闭所有中断。初始化McBSP后，打开接收及外部中断， DSP的控制引脚经一译码器将的CS位置低电平，转换芯片开始工作；发送转换速度选择及通道选择参数，芯片开始模/数转；程序进入等待状态，转换结束时EOC由低变高，进入外部中断处理程序，接收转换输出的数字信号，存入相应的数据空间以待进一步处理；全部的程序可以用TI公司的集成开发平台Code Composer Studio,即CCS，采用C语言编程完成。另外，逻辑计算模块可以通过软件来实现。由于逻辑变量主要是按位来操作的，通过位变量的复位或置位来控制开关量的关断或开通，因此可以用单片机对片内地址区及某些特殊功能寄存器的位进行操作。在80C51系列单片机的硬件结构中，有个位处理器(布尔处理器)，它具有一套处理位变量的指令集，包括位变量传送、逻辑运算、控制运算、控制程序转移等指令。该程序的实现，可以通过汇编语言来实现，程序简单，占用存储空间小，运行速度快。该程序可以在KeilC51 μ vision 2集成开发平台下完成。本发明的优越性在于①外电路与计算机编程相结合，编程简单；②采用数理统计的方法，通过功率期望E(X)和方差D(X)的计算量化光伏发电系统的间歇程度，解决了间歇式能源定量分析的问题；③通过A/D模数转换模块与逻辑电路配合，使电流采样系统更加精确可靠；④利用单侧置信区间的计算，在确定输出电压U以及稳定程度α的情况下，求出稳定电流输出值μ，使得光伏系统功率输出平滑，稳定可靠。
图1为本发明所涉一种用于光伏发电系统的功率平滑输出装置的总体结构示意图。图2为本发明所涉一种用于光伏发电系统的功率平滑输出装置中A/D转换模块中数模转换模块电路结构示意图。图3为本发明所涉一种用于光伏发电系统的功率平滑输出装置中A/D转换模块程序流程图。图4为本发明所涉一种用于光伏发电系统的功率平滑输出装置中模数转换模块电路结构示意图。图5为本发明所涉一种用于光伏发电系统的功率平滑输出装置中控制电路模块控制原理图。图6为本发明所涉一种用于光伏发电系统的功率平滑输出装置中直流分流模块结构示意图。图7为本发明所涉一种用于光伏发电系统的功率平滑输出装置中电流采样模块结构图。图8为本发明所涉一种用于光伏发电系统的功率平滑输出装置中逻辑计算模块的80C51单片机示意图。
具体实施例方式实施例一种用于光伏发电系统的功率平滑输出装置(见图1)，包括光伏电池，其特征在于它是由电流采样模块、A/D转换模块、逻辑计算模块、控制电路模块以及直流分流模块构成；其中所述电流采样模块的输入端连接光伏电池，其输出端连接A/D转换模块的输入端；所述A/D转换模块的输出端与逻辑计算模块的输入端连接；所述逻辑计算模块的输出端通过A/D转换模块将计算结果输入控制电路模块；所述直流分流电路模块接受控制电路模块的控制信号，对直流母线的电流进行调节，实现功率平滑输出。所述电流采样模块(见图7)是由电流传感器、放大电路和滤波电路组成；所述电流传感器的输入端采集光伏发电系统的电流信号，其输出端连接放大电路的输出端；所述滤波电路的输入端与放大电路的输出端连接，其输入端连接连接A/D转换模块的输入端。所述电流传感器(见图7)选用LEM公司的电流传感器芯片LTS25-NP。所述A/D转换模块是由数模转换模块(见图2、图幻和模数转换模块构成；所述的模数转换模块(见图4)采用DAC0832芯片；所述数模转换模块采用A/D转换芯片ADS8364。所述逻辑计算模块(见图8)采用80C51单片机。所述控制电路模块(见图5)采用TI公司的TMS320F2812DSP芯片。所述直流分流模块(见图6)是双并联boost-buck电路结构。一种光伏发电系统功率平滑输出装置的工作方法，其特征在于它是由以下步骤所构成(1)电流采样模块对光伏电池板输出的电流进行采样；(2)电流信号量传输给模数转换模块；(3)模数转换模块将采集到的模拟量转换成数字量，其输出信号输入逻辑计算模块(见图3)；(4)根据逻辑计算模块通过计算输出稳定输出电流值并转化为控制目标电压输出至数模转换模块；(5)控制电路模块接收数模转换模块的信号，转化为控制信号传输给直流分流电路；(6)直流分流模块通过控制信号调节IGBT导通角从而实现对直流母线的充放电。
权利要求
1.一种用于光伏发电系统的功率平滑输出装置，包括光伏电池，其特征在于它包括电流采样模块、A/D转换模块、逻辑计算模块、控制电路模块以及直流分流模块；其中所述电流采样模块的输入端连接光伏电池，其输出端连接A/D转换模块的输入端；所述A/D转换模块的输出端与逻辑计算模块的输入端连接；所述逻辑计算模块的输出端通过A/D转换模块将计算结果输入控制电路模块；所述直流分流电路模块接受控制电路模块的控制信号，对直流母线的电流进行调节，实现功率平滑输出。
2.根据权利要求1中所述一种用于光伏发电系统的功率平滑输出装置，其特征在于所述电流采样模块是由电流传感器、放大电路和滤波电路组成；所述电流传感器的输入端采集光伏发电系统的电流信号，其输出端连接放大电路的输出端；所述滤波电路的输入端与放大电路的输出端连接，其输入端连接连接A/D转换模块的输入端。
3.根据权利要求2中所述一种用于光伏发电系统的功率平滑输出装置，其特征在于所述电流传感器选用LEM公司的电流传感器芯片LTS25-NP。
4.根据权利要求1中所述一种用于光伏发电系统的功率平滑输出装置，其特征在于所述A/D转换模块是由数模转换模块和模数转换模块构成；所述的模数转换模块采用 DAC0832芯片；所述数模转换模块采用A/D转换芯片ADS8364。
5.根据权利要求1中所述一种用于光伏发电系统的功率平滑输出装置，其特征在于所述逻辑计算模块采用80C51单片机。
6.根据权利要求1中所述一种用于光伏发电系统的功率平滑输出装置，其特征在于所述控制电路模块采用TI公司的TMS320F2812DSP芯片。
7.根据权利要求1中所述一种用于光伏发电系统的功率平滑输出装置，其特征在于所述直流分流模块是双并联boost-buck电路结构。
8.一种光伏发电系统功率平滑输出装置的工作方法，其特征在于它是由以下步骤所构成(1)电流采样模块对光伏电池板输出的电流进行采样；(2)电流信号量传输给模数转换模块；(3)模数转换模块将采集到的模拟量转换成数字量，其输出信号输入逻辑计算模块；(4)根据逻辑计算模块通过计算输出稳定输出电流值并转化为控制目标电压输出至数模转换模块；(5)控制电路模块接收数模转换模块的信号，转化为控制信号传输给直流分流电路；(6)直流分流模块通过控制信号调节IGBT导通角从而实现对直流母线的充放电。
全文摘要
一种用于光伏发电系统的功率平滑输出装置，它包括电流采样模块、A/D转换模块、逻辑计算模块、控制电路模块以及直流分流模块；其工作方法包括电流采样、模数转换、逻辑计算、数模转换、控制信号输出，其优越性在于①编程简单；②解决了间歇式能源定量分析的问题；③电流采样系统更加精确可靠；④利用单侧置信区间的计算，在确定输出电压U以及稳定程度α的情况下，求出稳定电流输出值μ，使得光伏系统功率输出平滑，稳定可靠。
文档编号H02N6/00GK102324873SQ20111026600
公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月8日 优先权日2011年9月8日
发明者周雪松, 石立国, 谷月, 马幼捷, 马步云 申请人:天津理工大学