数字信号控制器在太阳能光伏逆变器中的应用

1、数字信号控制器(DSC)是数字控制系统的核心

数字信号控制器(DSC)平台是能将微控制器(MCU)的控制外设和—流的DSP(数字信号处理)技术的处理能力与经济性相结合，其特点是简便易用。如今TI、Microchip等公司提供了DSP的高性能及微控制器集成与易用性，优异的处理能力、中断处理功能、控制特定外设集成能力与经济性的独特组合为控制系统提供了实质性的益处。通过这些优势，诸如改善的系统效率及增加的创新性能，能够采用更少的外部组件，更低的成本，为空间受限的应用推出极小化封装产品。

如今把握当前国内外受关注的绿色环保概念，开发与生产太阳能光伏组件及太阳能光伏系统，并不断开发适合国际、国内市场需求的系列应用产品，是符合“让太阳发电，地球更清洁，造福人类”的宗旨。而作为数字信号控制器(DSC)在其开发应用上可谓是恰到好处并且是多方面的，如绿色能源、数字电源、照明、家用电器、工业控制、车载产品、医疗及计量等。基于数字控制器的技术在工业应用中的优势，本文将对DSC技术在太阳能逆变器中的应用作分析说明。既然是在太阳能逆变器中应用，为此应对与太阳能有关的理念先作介绍。

2、何谓逆变电源

逆变电源是将直流电转变为交流电的装置，是太阳能、风力发电系统的核心部件。根据产品设计情况分为：太阳能、风力发电专用正弦波逆变电源;经济型太阳能、风力发电控制逆变一体机;太阳能并网逆变电源与风力发电并网逆变电源等四类。而其太阳能、风力发电专用正弦波逆变电源是太阳能、风力发电系统的核心部件，该电源针对新能源发电系统的特点来设计制造，主要应用于太阳能电站，风力发电站，风、光、油、蓄互补发电系统和户用太阳能供电系统。其工作原理可由框图1表示。

图1 逆变电源基本工作框图

其性能特点为：DSP芯片控制，智能功率模块组装，纯正弦波输出，输出稳压、稳频，具有过压、欠压、过载、短路、输入极性接反等各种保护功能，而逆变效率≥85%，具有交流旁路功能，输入输出优异的EMI/EMC指标，可配备RS232/485接口，具有高可靠性、高效率。

3、太阳能并网逆变电源

(b) 以TMS320C2000 DSP为控制系统的太阳能并网逆变电源设计方案示意框图

该设计方案的性能特点为：DSC芯片控制，智能功率模块组装;MPPT(住宅用运行在最大功率点附近，即MPPT工作方式)控制，适时追踪太阳能电池板的最大输出功率；纯正弦波输出，自动同步并网，电流谐波含量小，对电网无污染、无冲击；具有扰动检出技术，实现运行控制；采用LCD、LED显示功能，其保护和报警功能齐全；RS232/485通讯，实现远程数据采集和监视；具有并网/独立运行功能。

技术指标：功率(例如1kW-50kW)：输入直流电压(200V-400V)，输出谐波失真率≤5%，过载能力150%、10秒，逆变效率>92%，使用环境温度-25℃~ +55℃。

4、太阳能风力发电系统应用

太阳能风力发电系统利用自然能源，取之不尽，用之不竭。它的利用不仅解决我国目前8000万无电居民的用电问题，而且可改善目前全球日趋严重的环境污染问题。除此之外，它的利用给用户带来巨大的经济效益。据统计，架设5公里电线及以后的电费投资，远远大于太阳能风力发电系统的一次性投资。

图3 风光互补发电系统组成示意图

5、太阳能及风力发电的控制器

控制器是有效控制太阳能或风机发出的电力向蓄电池充电，蓄电池向负载放电，使蓄电池在安全工作电压、电流范围内工作的装置。它的控制性能直接影响蓄电池使用寿命和系统效率。

6 、风机并网逆变电源

风机并网发电是将风力发电机所发出的交流电经过整流逆变成交流电并馈送电网。与太阳能发电一样，风力发电是新能源发电走向可持续发展的必由之路。

工作原理可用框图4表示，其性能特点与太阳能并网逆变电源类同。

图4 风机并网逆变电源框图

7、光伏风力发电系统专用上位机软件

该软件为用户提供一个远程监管供电、用电设备的在线系统，配合多功能离网、并网逆变电源，对系统进行实时数据显示与处理、系统功能分析、系统事故追忆、各种文档备份、用户级别选择、实现远程特定功能控制、新用户电源使用学习、在线帮助等功能。

具体功能如下：

①实时数据显示与处理：对于系统电量、事故记录等非实时数据，根据电源系统采集周期，做定时采集，打包。在系统相应采集周期设定时间段内进行处理并备份。

②事故追忆：具备详细的事故记录(精确到秒，以时间段显示，同时记录系统所有运行参数备查);多种查询方式(按站点、时间、日期及起组合方式);报表生成和打印；数据软件和数据硬件备份。

③告警功能：具备报警参数设定，告警参数显示与保持。提供声音(内容可以自行选择，满足个性需求，同时提供pc机内部蜂鸣器报警，为用户节约电能)、光、短信、邮件、电话等报警方式。

④安全模式：对用户提供权限管理、密码登录、无误操作设计，升级电源知识数据库，新电源用户学习影像资料；对电源设备实时控制，参数全面具体，防误操作处理。

⑤附加功能与人性化设计：数据显示多样化;避免重复运行的设计；还可实现无线监控。

8、结束语

应该说国内外许多厂商有很多系列的太阳能及风力发电系统与产品，上述介绍的应用特征仅从共性的角度出发，因此在选用时应根据实际需要，确定参数与指标，以获得较高的性价比。