劉毅+劉建華

摘要：由于人類的頻繁活動(dòng)導(dǎo)致的能源、環(huán)境問題越來越嚴(yán)重，各國(guó)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(yáng)能就是一種新興的可再生能源，太陽(yáng)內(nèi)部氫原子發(fā)生氫氦聚變能夠釋放出大量的核能。各國(guó)都很重視太陽(yáng)能的研究，目前太陽(yáng)能已經(jīng)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(yáng)能為主體的電網(wǎng)。本文對(duì)基于DSP的太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)研究。

關(guān)鍵詞：DSP；太陽(yáng)能；光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

前言

太陽(yáng)能光伏技術(shù)起初并不受重視，但是隨著研究的深入，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)光伏發(fā)電幾乎可以用于任何需要電能的場(chǎng)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(yán)重，各國(guó)綠色環(huán)保思想意識(shí)也越來越強(qiáng)，光伏發(fā)電的無(wú)污染、危險(xiǎn)性低、施工時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)得到了各國(guó)的重視。雖然我國(guó)對(duì)光伏技術(shù)的研究不如國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，但是我國(guó)能源豐富，具有廣闊的開發(fā)潛能。目前政府已經(jīng)頒布了一系列的新政策，以此來輔助太陽(yáng)能光伏技術(shù)的研究，促進(jìn)中國(guó)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1.基于DSP的太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)分析

DSP芯片指能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的芯片，太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)主要依靠DSP的信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)字化和自動(dòng)化。電力系統(tǒng)的數(shù)字化和自動(dòng)化可以避免工作人員不當(dāng)操作而產(chǎn)生失誤，提高系統(tǒng)運(yùn)作的穩(wěn)定性和安全性。基于DSP建立的太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)有以下五個(gè)特點(diǎn)：

1.1穩(wěn)定性非常高

DSP是一種數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，可以在短時(shí)間內(nèi)完成大量控制和保護(hù)算法，它的高效性和穩(wěn)定性運(yùn)行，可以避免很多機(jī)器故障問題的產(chǎn)生。

1.2降低污染

DSP能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電的無(wú)污染。傳統(tǒng)的發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的逆變器直流分量時(shí)會(huì)產(chǎn)生高次諧波，產(chǎn)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(shí)間內(nèi)完成大量的數(shù)字信號(hào)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(zhì)量

MPPT控制器是“最大功率點(diǎn)跟蹤”太陽(yáng)能控制器。MPPT控制器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的全面掌控，它能夠監(jiān)測(cè)太陽(yáng)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(shí)現(xiàn)MPPT的自動(dòng)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(yīng)是指在電子電路中，如果電網(wǎng)突然失壓，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)仍就會(huì)對(duì)電網(wǎng)中的鄰近部分線路保持供電。孤島效應(yīng)不僅會(huì)破壞電網(wǎng)系統(tǒng)、用電設(shè)備，還會(huì)威脅工作人員的生命安全。DSP技術(shù)可以反“孤島效應(yīng)”，在電網(wǎng)斷電時(shí)立刻中斷發(fā)電。

2.基于DSP的太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

2.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

太陽(yáng)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(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電控制系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，它可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)字化、自動(dòng)化。本文重點(diǎn)闡述DSP數(shù)字控制系統(tǒng)。DSP數(shù)字控制器的優(yōu)點(diǎn)很多，比如：運(yùn)算速度快、算法零花簡(jiǎn)便、運(yùn)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(zhì)量，以及避免斷電時(shí)產(chǎn)生的不良影響。DSP控制器通過數(shù)字信號(hào)能夠掌握太陽(yáng)能發(fā)電的全過程，它能夠監(jiān)測(cè)太陽(yáng)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(yīng)慢、準(zhǔn)略低等缺陷。控制系統(tǒng)是太陽(yáng)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(shù)。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(zhì)量，還可以提高安全性，保證人員的生命安全。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制電路設(shè)計(jì)

TI公司設(shè)計(jì)的TMS320LF2407 DSP處理器運(yùn)作十分迅速，它可以短時(shí)間處理大量數(shù)字信號(hào)，靈活變換大量算法，大大提高了電路的精準(zhǔn)性，保證了輸出電的質(zhì)量。相對(duì)于傳統(tǒng)的電路，DSP的設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)便，需要投入建設(shè)的資金較少，但是安全性、準(zhǔn)確性等性能卻大幅度的提高。光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了各個(gè)電路并網(wǎng)運(yùn)行。MPPT即“最大功率點(diǎn)跟蹤”太陽(yáng)能控制器，它是太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的核心。通過MPPT控制器可以全面掌控太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，能夠監(jiān)測(cè)太陽(yáng)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(dǎo)納增量法是常用的實(shí)現(xiàn)MPPT的方法之一，它可以解決光伏發(fā)電系統(tǒng)中對(duì)于光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤，預(yù)測(cè)等問題?？茖W(xué)家研究發(fā)現(xiàn)要想實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、高效地控制輸出功率，核心是解決太陽(yáng)能電池的輸出功率對(duì)電壓的微分的問題，控制光伏發(fā)電的最大功率點(diǎn)。微分控制是研究人員使用的常用方法，其原理就是太陽(yáng)能電池在最大功率點(diǎn)的輸出功率對(duì)電壓微分是零。微分控制法可以較好的排除外界環(huán)境對(duì)電路的影響，比如：溫度、太陽(yáng)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(zhuǎn)變?yōu)榫€性從而降低求解難度，減少誤差，提高運(yùn)算的準(zhǔn)確性。求解的狀態(tài)方程提示輸出電壓與脈沖寬度調(diào)制有關(guān)，即改變占空比可變的脈沖波形（PWM）就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出功率的控制。

3.DSP太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

DSP太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)主要應(yīng)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(shí)長(zhǎng)消耗大，同時(shí)沙漠地區(qū)對(duì)設(shè)備的要求很高，運(yùn)作起來也十分復(fù)雜。相比之下屋頂DSP太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)更具有優(yōu)勢(shì)，設(shè)施簡(jiǎn)便，投入建造的金額較少，時(shí)間也較短。一般來說沙漠電站建造規(guī)模較大的電網(wǎng)，屋頂電站規(guī)模較小。隨著科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，近幾年DSP太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展十分迅速，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2010年世界太陽(yáng)光伏電網(wǎng)發(fā)電量已超過15GW，其中我國(guó)太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)占有的比重很大，相信構(gòu)建以太陽(yáng)能為主體的電網(wǎng)指日可待。

4.結(jié)語(yǔ)

總而言之，在資源日益緊張、環(huán)境污染越發(fā)嚴(yán)重的今天，太陽(yáng)能的無(wú)污染、可再生性、取能方便等優(yōu)勢(shì)引起了世界各國(guó)的關(guān)注。太陽(yáng)能利用開發(fā)也成為了各國(guó)研究的重點(diǎn)。如今太陽(yáng)能光伏發(fā)電的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛了，構(gòu)建以太陽(yáng)能為主體的電網(wǎng)將成為現(xiàn)實(shí)。DSP對(duì)于太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)作用極大，提高DSP技術(shù)能從根本上促進(jìn)太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展。

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