[發明專利]一種光伏陣列智能電壓補償器

有效

• 申請號: 201711452558.3
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN107885274B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 李瀟瀟;鞠振河;郭睿;劉瑩;楊明;韓健;趙子青;趙音;張帥;馮欣;張曉亮;劉國超;王志喜;康薇薇;侯占武;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

1.一種光伏陣列智能電壓補償器，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，其特征在于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；

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；

所述升壓斬波電路包括電感L1～L3、二極管D1～D3、電阻R1～R6、場效應管Q1～Q3、電容C1～C3、TLP250F芯片U3～U5；

所述主控CPU采用PIC18F6520芯片U1；

U1的3腳通過電阻R1與U3的2腳相連，U3的3腳接地，U3的8腳接電源V，U3的6腳分別與U3的7腳、電阻R2一端相連，電阻R2另一端與場效應管Q1的柵極相連，場效應管Q1的源極分別與AGND端、電容C1一端相連，電容C1另一端分別與Uo1端、二極管D1的陰極、繼電器K1的常開開關一端相連，繼電器K1的常開開關另一端分別與Ui1端、電感L1一端相連，電感L1另一端分別與二極管D1的陽極、場效應管Q1的漏極相連；

U1的6腳通過電阻R3與U4的2腳相連，U4的3腳接地，U4的8腳接電源V，U4的6腳分別與U4的7腳、電阻R4一端相連，電阻R4另一端與場效應管Q2的柵極相連，場效應管Q2的源極分別與AGND端、電容C2一端相連，電容C2另一端分別與Uo2端、二極管D2的陰極、繼電器K2的常開開關一端相連，繼電器K2的常開開關另一端分別與Ui2端、電感L2一端相連，電感L2另一端分別與二極管D2的陽極、場效應管Q2的漏極相連；

U1的8腳通過電阻R5與U5的2腳相連，U5的3腳接地，U5的8腳接電源V，U5的6腳分別與U5的7腳、電阻R6一端相連，電阻R6另一端與場效應管Q3的柵極相連，場效應管Q3的源極分別與AGND端、電容C3一端相連，電容C3另一端分別與Uo3端、二極管D3的陰極、繼電器K3的常開開關一端相連，繼電器K3的常開開關另一端分別與Ui3端、電感L3一端相連，電感L3另一端分別與二極管D3的陽極、場效應管Q3的漏極相連；

所述開關量輸出控制電路包括TLP521-4芯片U2、繼電器K1～K3、電阻R7～R9，U1的46、47、48腳分別與U2的6、4、2腳對應相連，U2的1腳通過電阻R7與電源VCC相連，U2的3腳通過電阻R8與電源VCC相連，U2的5腳通過電阻R9與電源VCC相連；

U2的16、14、12腳均與電源V相連，U2的15、13、11腳分別與繼電器K1控制端一端、繼電器K2控制端一端、繼電器K3控制端一端相連，繼電器K1控制端另一端、繼電器K2控制端另一端、繼電器K3控制端另一端接AGND端；

所述組串電壓取樣電路包括電阻R10～R21、AD8541芯片CA1～CA6，電阻R10一端與Ui1端相連，電阻R10另一端分別與電阻R11一端、CA1的3腳相連，電阻R11另一端接AGND端相連，CA1的2腳分別與CA1的6腳、U1的24腳相連；

電阻R14一端與Ui2端相連，電阻R14另一端分別與電阻R15一端、CA3的3腳相連，電阻R15另一端接AGND端相連，CA3的2腳分別與CA3的6腳、U1的22腳相連；

電阻R18一端與Ui3端相連，電阻R18另一端分別與電阻R19一端、CA5的3腳相連，電阻R19另一端接AGND端相連，CA5的2腳分別與CA5的6腳、U1的18腳相連；

電阻R12一端與Uo1端相連，電阻R12另一端分別與電阻R13一端、CA2的3腳相連，電阻R13另一端接AGND端相連，CA2的2腳分別與CA2的6腳、U1的23腳相連；

電阻R16一端與Uo2端相連，電阻R16另一端分別與電阻R17一端、CA4的3腳相連，電阻R17另一端接AGND端相連，CA4的2腳分別與CA4的6腳、U1的21腳相連；

電阻R20一端與Uo3端相連，電阻R20另一端分別與電阻R21一端、CA6的3腳相連，電阻R21另一端接AGND端相連，CA6的2腳分別與CA6的6腳、U1的17腳相連；

該電壓補償器的工作原理為：

步驟1）開始工作時，先用鍵盤設定系統初始參數，包括巡檢間隔時間、PI調節參數、電壓補償閾值U_th1、U_th2；

步驟2）閉合K1，打開K2～Kn，這時只有第一路光伏組串輸出功率，采集第一路組串的電壓值U_i1；

步驟3）按照步驟2）依次采集各支路單獨工作時的電壓值U_i1～U_in，選取其中最大值作為參照值U_pref；

步驟4）將各組串支路的電壓值U_i與U_pref進行比較，對于符合（U_pref—U_i）U_th1的支路閉合對應的中間繼電器Ki，使電壓補償電路不工作，減少功率損耗；

步驟5）對于不符合（U_pref—U_i）U_th1的支路打開對應的中間繼電器Ki，啟動電壓補償功能，將該組串支路的電壓U_i與U_pref進行比較，以U_pref為控制目標進行PI調節，比較后得到的調節量轉變為占空比為α的PWM方波信號驅動場效應管Qi，使U_o提升至U_pref；U_o為經過電壓補償電路后的輸出電壓；

步驟6）采集U_out，計算U_pref與U_out的差值；U_out為與U_i1～U_in對應的輸出端的并聯輸出電壓；

步驟7）如果差值大于U_th2，則表示仍有支路需要補償電壓，回到步驟2）重新執行；步驟8）如果差值小于U_th2，則表示陣列的各支路電壓已恢復到正常狀態，進入定時巡檢狀態，每隔巡檢間隔時間檢測U_pref與U_out的差值是否大于閾值U_th2，如果大于閾值U_th2回到步驟2）重新執行；如果小于閾值U_th2重復執行步驟8）；

使用時，將補償器串接到光伏組串與下一級設備之間即可，各組串的輸出端接入補償器Ui1端、Ui2端、Ui3端；補償器的輸出端Uout端為匯流后的光伏陣列輸出端，對各組串進行電壓補償后并匯流得到的光伏陣列的總輸出功率，連接光伏并網逆變器、離網逆變器、充放電控制器；

所述鍵盤電路和LCD顯示屏電路的功能是設置補償器的控制參數，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。