[發明專利]太陽能陣列電壓補償裝置

在審

• 申請號: 201711452557.9
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN107977038A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 李瀟瀟;鞠振河;郭睿;劉瑩;楊明;韓健;趙子青;張帥;馮欣;趙音;舒冠群;張曉亮;楊海峰;馬君功;王盛強;張東
• 申請（專利權）人: 遼寧太陽能研究應用有限公司
• 主分類號: G05F1/625
• 分類號: G05F1/625
• 代理公司: 沈陽亞泰專利商標代理有限公司21107
• 代理人: 許宇來

技術領域

本發明屬于太陽能光伏發電技術領域，尤其涉及一種太陽能陣列電壓補償裝置。

背景技術

光伏陣列中電池板的組合連接有多種形式，其本質是通過電池板的串聯可提高直流端輸出電壓，通過電池板的并聯可提高直流端輸出電流。在大多數光伏發電系統中，光伏電池板先串聯至較高電壓，再將串聯好的各組串支路并聯以輸出較大電流。由于光伏陣列發電存在“木桶效應”，如果其中有某一個支路的電壓降低，會導致并聯的其它所有支路輸出電壓的降低，從而使整個陣列的輸出功率大幅降低。引起支路電壓降低的原因主要包括兩種：第一種是隨機性原因，包括周圍障礙物產生的陰影遮擋、冬季積雪覆蓋、光伏電池板內部的隱裂等等，這些情況導致組串電壓的降低的幅度具有不規律性和偶然性，會引起一塊或幾塊電池板不發電，拉低支路電壓，并進一步影響整個陣列的輸出功率；第二種是固定性原因，在一些由于客觀條件限制的情況下，不能使每個串聯支路的電池板數量保持一致，或雖然串聯的數量相同但電池板規格型號不同，這些原因將導致并聯在一起的每個串聯支路具有不同的工作電壓，各支路的電壓均會被具有最低工作電壓的支路拉低。無論是哪種原因引起串聯支路的電壓降低都會導致陣列中的各組串不能工作在最大功率點處，直接引起整個光伏陣列發電量的降低。現有防止光伏陣列“木桶效應”的方法主要有兩種：（1）通過增加旁路二極管和阻塞二極管減少功率失配的損失，該方法在光伏組串電壓出現較大降低時才會起作用，而且將導致光伏陣列的出現多個功率峰值點，常常使MPPT跟蹤陷入局部最優點，無法使陣列輸出最大功率；（2）通過在每塊電池板上安裝優化器進行解決，該方法存在費用大、安裝復雜、故障率高、優化器運行耗能多等問題。

發明內容

本發明就是針對上述問題，提供一種太陽能陣列電壓補償裝置。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案，本發明包括組串電壓取樣電路、PWM控制電壓補償電路、開關量輸出控制電路、鍵盤電路、LCD顯示屏電路和主控CPU電路，其結構要點組串電壓取樣電路的取樣信號輸出端口與主控CPU電路的取樣信號輸入端口相連，主控CPU電路的控制信號輸出端口分別與PWM控制電壓補償電路的控制信號輸入端口、開關量輸出控制電路的控制信號輸入端口相連，鍵盤電路的控制信號輸出端口與主控CPU電路的控制信號輸入端口相連，LCD顯示屏電路的信號傳輸端口分別與主控CPU電路的信號傳輸端口、LCD液晶顯示屏的信號傳輸端口相連；所述鍵盤電路的控制信號輸入端口與鍵盤的控制信號輸出端口相連。

作為一種優選方案，本發明所述組串電壓取樣電路將各組串支路的輸入和輸出電壓按比例取樣，取樣得到的模擬信號經過電壓跟隨電路后通過主控CPU內部的AD轉換模塊變為數字信號；

所述PWM控制電壓補償電路為升壓斬波電路，根據PWM波形的占空比調節輸出電壓，PWM信號由主控CPU內部的PWM模塊輸出；

所述開關量輸出控制電路為由主控CPU的IO口輸出開關量控制信號，經過光耦隔離后控制中間繼電器，從而控制組串支路的工作模式。

作為另一種優選方案，本發明所述鍵盤電路和LCD顯示屏電路的功能是設置補償裝置的控制參數，包括巡檢間隔時間、PI調節參數和電壓補償閾值，并通過LCD屏在線查看各組串的工作狀態和各參數的歷史數據；

主控CPU電路診斷各組串的工作狀態、進行電壓補償值的計算、進行實時閉環控制。

作為另一種優選方案，本發明所述主控CPU電路包括系統時鐘電路、程序下載與在線仿真電路和主控CPU，主控CPU端口分別與系統時鐘電路端口、程序下載與在線仿真電路端口相連。

作為另一種優選方案，本發明所述主控CPU采集組串電壓信號，輸出PWM控制信號和開關量控制信號。

作為另一種優選方案，本發明所述主控CPU采用PIC18F6520芯片U1。

作為另一種優選方案，本發明所述統時鐘電路包括電容C5、電容C6、晶振X1，晶振X1一端分別與電容C5一端、U1的39腳相連，電容C5另一端分別與地線、電容C6一端相連，電容C6另一端分別與晶振X1另一端、U1的40腳相連。

作為另一種優選方案，本發明所述電容C5、C6采用18pF電容，晶振X1采用20MHz/50PPM晶振。

作為另一種優選方案，本發明所述程序下載與在線仿真電路包括電阻R22、電阻R23、二極管D4、電容C4、接插口J1，電阻R22一端分別與電源VCC、二極管D4陰極相連，電阻R22另一端分別與電容C4一端、二極管D4陽極、電阻R23一端相連，電容C4另一端接地，電阻R23另一端與接插口J1的1腳相連。