[發明專利]用于太陽能電池板直流側信息監控的低成本接口結構及方法

有效

• 申請號: 201010502108.2
• 申請日: 2010-10-11
• 公開（公告）號: CN101950984A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 牟英峰
• 申請（專利權）人: 牟英峰
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H04B1/713
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 馮鐵惠

技術領域

本發明涉及陽能電池板的信息監控技術領域，尤其涉及一種具有低成本的接口結構及方法。

背景技術

在太陽能發電系統中，尤其是組串系統(一般為小功率1-10KW)及組串并聯系統(一般為50KW-MW級)中，其系統結構形式如圖1所示，由于不同電池板特性差異、不同位置光照輻射差異、陰影遮蔽、污垢和損壞等問題，將引起最大功率電失配而導致系統發電量降低；且由于缺乏單個電池板信息監控，將導致定位故障或缺陷電池板困難、不易維護；因此，單個電池板的直流側信息監控非常重要。為解決此類問題，美國Enphase公司在文獻US20090066357中提出在單個太陽能電池板安裝獨立的DC/AC模塊并網逆變器，并通過交流電力線載波與電池板陣列監控設備進行通信，能夠實現包括電池板直流側信息在內的全部必要信息監控，如圖2a所示；美國National?Semiconductor公司在文獻US?20090284078/US20090284240/US20090284998中采用獨立的帶有MPPT(Maximum?Power?Point?Tracking)功能的監控模塊，通過無線通信方式，與集中型逆變器進行電池板直流側監控信息的數據傳輸，如圖2b所示。

通過交流電力線載波接口來監控和處理電池板直流側的數據，其不足之處是，信息通過電力線通信模塊和耦合變壓器與220V進行交流隔離，易受到電網噪聲、衰減和信號反射的影響，其應用成本較高，且在三相電網系統中需要單獨的相間耦合器，在單相系統中也需要額外的阻波器以提高通信質量，另外存在多個通信模塊同時工作發射功率較大，也可能產生EMC問題；而通過無線通信模塊傳輸直流側數據，應用成本較高且易受信號屏蔽影響；在大功率光伏電站中，太陽能電池板數量巨大，為提高系統整體發電量、便于監控和維護，降低單個電池板監控通信裝置成本意義重大。

發明內容

本發明是針對上述提到的電池板直流側信息監控存在的問題，提供一種新的接口結構及方法。

本發明通過以下方案實現上述目的：

用于太陽能電池板直流側信息監控的低成本接口結構，在電池板監控通信裝置的BOOST電路后的母線電容C_E輸出側連接有一級低通濾波器(LPF)，所述低通濾波器(LPF)的電容C_LPF在起到低通濾波作用的同時作為輸出串聯電容，與其他電池板監控通信裝置的相應電容C_LPF進行串聯；經DAC轉換產生的調制信號，經雙電容耦合電路送至直流母線，并采用數字鎖相放大器進行通信信號的提取。

同時提供一種用于太陽能電池板直流側信息監控的方法，采用權利要求1所述接口結構，其采用的傳輸信號為低發射功率的μV級通信信號；采用直流母線紋波信號作為數字鎖相放大器所需的同步基準信號。

進一步的，以設定時間窗內(如100ms)母線波動的平均直流電壓作為頻率切換的指示，實現通信頻率切換。

使用帶有硬件乘法器和高速ADC的16位或32位微處理器(MCU或DSP)，通過SPWM波形軟件算法和R-2R梯形電阻網絡，實現高速DAC轉換，產生調制正弦信號，經功率放大電路和雙電容耦合電路送至直流母線。

在信號解調時，信號通過雙電容耦合電路耦合至CPU外圍的調理電路，通過抗混疊濾波器將要數字化的信號在不失真前提下將其頻率上限限制在采樣頻率的一半以下，以保證微處理器ADC的采樣頻率能夠滿足采樣定律，濾波后的模擬信號經ADC轉換進入微處理器后，進行數字鎖相放大，實現微弱高頻通道信號的檢測和解調。

本發明在BOOST電路升壓二極管后端構造低通濾波器建立高頻互聯通道，在保持和優化直流串聯功能的前提下構造了適合高頻信號傳輸的通道，從而利用監控裝置與集中型逆變器或組串逆變器連接的公共直流母線進行數字化載波通信，并通過雙電容進行信號的耦合，無需使用通信變壓器或專用通信線，降低了額外的專用MODEM芯片和無線通信模塊的成本；考慮直流母線的較長距離傳輸高頻信號帶來的天線效應和EMC兼容問題，采用低發射功率電路和數字鎖相放大器來處理μV級通信信號；信號接收部分采用數字鎖相放大器保證對μV級通信信號的有效處理，各監控通信裝置的參考信號通過母線紋波電壓獲得時間窗同步，并使用指定時間窗內母線平均電壓進行通信頻率切換的指示，實現跳頻來避開母線噪聲干擾。

附圖說明

下面根據實施例和附圖對本發明作進一步詳細說明。

圖1是太陽能發電系統采用的系統結構形式圖；

圖2a是采用交流電力線載波方式進行信息監控的系統結構圖；