基于单片机的光伏电站双向转换器控制策略设计与仿真

可在www.sciencedirect.com上在线ScienceDirect电气系统与信息技术学报5（2018）745基于单片机的光伏电站双向V是WAnathaV。a，Venkata Siv a Reddy R.Ba电气和电子工程系，REVA大学，卡纳塔克邦560064，印度b印度卡纳塔克邦REVA大学电子与通信工程系，邮编：560064接收日期：2016年5月6日;接收日期：2016年12月16日;接受日期：2017年4月4日2017年6月27日在线发布摘要独立PV电力系统的常见配置可由三个转换器组成：用于PV板对电池充电的降压转换器、用于电池对负载放电的升压转换器以及用于负载电压调节的升压转换器。这样的系统需要用于三个转换器的协调控制方案，这可能是复杂的。独立光伏电站的简单结构由光伏阵列、电池单元及其相关的双向转换器组成，双向转换器是降压和升压转换器的组合当控制得当时，系统可以为负载提供不间断的电力，尽管阳光的间歇性可用性在本文中，完整的转换器的设计进行了仿真已经使用Psim。通过仿真，给出了变换器工作在降压模式和升压模式下的曲线图控制器的设计，以照顾模式转换，降压到升压和升压到降压模式的基础上，电源电压自动。硬件实现采用微控制器（8051）。© 2017 电 子 研 究 所 （ ERI ） 。 Elsevier B. V. 制 作 和 托 管 这 是 CC BY-NC-ND 许 可 证 下 的 开 放 获 取 文 章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。关键词：蓄电池;微控制器; DC-DC变换器;太阳能电池板;蓄电池控制策略1. 介绍特别是，双向转换器作为主和辅助能量存储元件之间的功率接口的开发是光伏发电厂和先进电动汽车（例如混合动力电动汽车（HEV）和燃料电池电动汽车（FCEV））商业化的关键方面不仅在汽车工业领域，它还具有如此多的应用，例如用于在自主电力系统（如可再生能源发电系统）中对接能量存储设备，用于发电机组的基于超级电容器的能量缓冲器，用于负载*通讯作者。电子邮件地址：vishwanathv@revainstitution.org，viswas779@gmail.com（五）五），vsreddy@revainstitution.org（V.S.R. R.）。电子研究所（ERI）负责同行评审。https://doi.org/10.1016/j.jesit.2017.04.0022314-7172/© 2017电子研究所（ERI）。Elsevier B. V.制作和托管这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。746诉五、V.S.R. R. /电气系统与信息技术杂志5（2018）745水平系统、DC不间断电源、电池充电器、电信电源、计算机电源系统和航空电子空间系统等。独立的光伏（PV）发电机在电网连接不可用的偏远或山区位置独立PV电力系统的常见配置可由三个转换器组成：用于PV板对电池充电的降压转换器、用于电池对负载放电的升压转换器以及用于负载电压调节的升压转换器这样的系统需要用于三个转换器的协调控制方案，这可能是复杂的。此外，转换器的成本可能主导整个系统的成本独立光伏电站的简单结构由光伏阵列、电池单元及其相关的双向转换器组成，双向转换器高效运行的关键器件是使用微控制器的双向 图图1示出了双向转换器的框图。2. 双向Buck-Boost变换器的分析2.1. 电路描述所提出的双向转换器（BDC）的电路图如图所示。 1提出的BDC由直流母线电容Cbus、两个功率MOSFETS1和S2、滤波电感Lp、输出电容Co和电池组组成。二极管D1和D2是功率MOSFET S1和S2的反并联体二极管。如果从电源提供的能量足够，则电路将在充电模式下操作以将多余的能量存储到电池组中。否则，电路将在放电模式下操作以向负载提供所需的能量因此，无论电源是否工作良好，所提出的RBC都可以向负载提供稳定可靠的电力。下面依次介绍充电、放电和涓流充电模式下的详细工作过程2.2. 充电模式在充电模式下，建议的BDC的等效电路图如图所示。 2（a）和（b）。在充电模式下，所提出的BDC作为降压转换器工作因此，所提出的RBC的功率流动方向是从DC总线到电池组，以利用电流IBatt对电池充电。该模式的波形也如下图所示这种操作模式分为两种状态，描述如下：(a) 状态1：在状态1中，功率MOSFET S1导通，功率MOSFET S2关断，体二极管D2反转，如图所示二、在这种状态下，滤波电感器Lp被电压线性充电VL= Vbus− Vbatt（1）Fig. 1.双向转换器电路图。诉五、V.S.R. R. /电气系统与信息技术杂志5（2018）745747图二.充电模式转换器。使得滤波电感Lp中的电流开始随斜率IL=（Vbus−Vbatt）/Lp（2）(b) 状态2：在状态2中，功率MOSFET S1和S2关断，体二极管D2开始导通，如图2（b）所示。在这种状态下，滤波电感器Lp两端的电压约为VL= −Vbatt（3）748诉五、V.S.R. R. /电气系统与信息技术杂志5（2018）745使滤波电感Lp中的电流开始随斜率IL=−Vbatt/Lp（4）滤波电感器电流ILp（即，电池电流Ibatt）可以表示为：ILp 我打=Ipp1±2μ l 脂蛋白1（五）其中，I*pp是波形所示的期望充电电流，而ΔLp1是纹波电流。纹波电流p1可以表示为：I= V电池（1−D）=（Vbus−Vbatt）.D（六）、Lp1LpLpLp2.3. 放电模式在这种模式下，所提出的BDC作为具有电流控制功能的升压转换器工作。因此，所提出的BDC的功率流动方向是从电池组到DC总线，以用电流Ibatt对电池放电。特别地，电池组的放电能量被回收到直流母线容量C母线，以避免不必要的耗散。这种模式的波形也显示在图中。3.第三章。这种操作模式分为两种状态，描述如下：(a) 状态1：在这种状态下，功率MOSFET S2导通，功率MOSFET S1关断，滤波电感Lp中的电流减小到零，然后充电极性，如图3（c）所示。在这种状态下，滤波电感器Lp两端的电压约为VL=−Vbatt（7）从而使滤波电感Lp中的电流开始随斜率IL=−Vbatt/Lp（8）(b) 状态2：在该状态下，功率MOSFET S1和S2关断，并且体二极管D1开始导通，如图3（d）所示。在这种状态下，滤波电感器Lp两端的电压约为VL=Vbus− Vbatt（9）使滤波电感Lp中的电流开始随斜率IL=（Vbus− Vbatt）/Lp（10）滤波电感Lp现在放电。直流母线电容器C母线开始由电池组放电电流充电。该状态下的滤波电感电流ILp（即电池电流Ibatt）可以表示为：ILp 我打=Inp1±2μ l 脂蛋白2（十一）其中，I*np是在如图3（d）所示的状态下的期望充电电流，并且I* Lp2是纹波电流。纹波电流I/Lp 2可以被描绘为：I= V batt.D=（V bus− V batt）。（1−D）（十二）Lp2LpLpLp2.4. 涓流充电模式诉五、V.S.R. R. /电气系统与信息技术杂志5（2018）745749这种模式也被称为休息期。 在这种模式下，功率MOSFET S1和S2被关断以断开DC总线和电池组，如图4所示。该模式用于扩散和分布电解质离子以中和电解质密度并增加电池充电效率和寿命周期。750诉五、V.S.R. R. /电气系统与信息技术杂志5（2018）745图3.放电模式转换器。3. 转换器设计3.1. 质量标准PV阵列电压（VP）= 24V。PV阵列电流（IP）= 3A。蓄电池电压（VB）=12 V。开关频率（Fs）= 20 kHz。负载电压（VL）= 24 V。负载电流（IL）= 2.4 A。诉五、V.S.R. R. /电气系统与信息技术杂志5（2018）745751见图4。涓流充电模式转换器。752诉五、V.S.R. R. /电气系统与信息技术杂志5（2018）7454. 双向变流器的控制技术4.1. 电压模式控制在该技术中，检测负载两端的电压以调节输出电压。使用电压传感器感测电压，其中负载电压首先被采样，然后它将被电压传感器感测，然后它的输出被提供给比较器电路，比较器电路比较负载电压，然后它将采取适当的动作以基于输出电压触发S1或S2。如果负载电压小于固定电压或待调节电压，则电池将通过双向转换器向负载供电。也使用该电压模式，调节电池5. 仿真及结果采用PSIM8.0.4对变流器-蓄电池系统进行了仿真。对变换器的双向特性进行了仿真。输入电压为24 VDC。DC-DC转换器本质上是双向的（图 5）。诉五、V.S.R. R. /电气系统与信息技术杂志5（2018）745753图五.双向变换器的仿真。双向转换器以两种模式工作：I. 降压模式：在此模式下，电池通过双向充电器充电蓄电池采用恒压、恒流充电方式。该过程和模拟结果如图所示。 六、754诉五、V.S.R. R. /电气系统与信息技术杂志5（2018）745见图6。降压模式下的波形。II. 升压模式：在此模式下，电池通过双向充电器放电蓄电池采用恒压、恒流放电方式。该过程和模拟结果如图所示。7.第一次会议。诉五、V.S.R. R. /电气系统与信息技术杂志5（2018）745755见图7。升压模式下的波形。6. 硬件实现6.1. 完整电路图见图8.第八条。756诉五、V.S.R. R. /电气系统与信息技术杂志5（2018）745见图8。基于微控制器的双向DC-DC降压-升压转换器的完整电路图6.2. 流程图见图9.第九条。诉五、V.S.R. R. /电气系统与信息技术杂志5（2018）745757见图9。流程图。6.3. 硬件见图 10-12号。758诉五、V.S.R. R. /电气系统与信息技术杂志5（2018）745=见图10。负载两端的输出电压见图11。开关s1的触发脉冲。见图12。开关s2的触发脉冲。6.4. 读数(I) 线路调节：请参见表1。线路调整率100% ×100%陈文0的情况。003 ×100%5=0。06%=诉五、V.S.R. R. /电气系统与信息技术杂志5（2018）745759=表1线路调节。输入电压输出电压输出电流线路调节10 V15 V20 V25 V39伏23.902伏23.905伏23.908伏23.997伏24.000伏+2.3902安培+2.3905安培+2.3908 A+2.3997 A+2.4000安培0.06%(II) 负载调节：参见表2。负载调整率[电压（满载）-电压（最小负载）]× 100%电压（标称负载）[24.001 - 23.951] ×100%24=0。百分之二百零八表2负载调节。负载电阻输出电压输出电流负载调节6▲23.951伏3.991 A0.208%8▲23.952伏2.994 A9▲23.955伏2.661 A10▲23.957伏2.395安培11▲23.959伏2.178 A12▲24.001伏2.000 A7. 结论充电控制器已被设计为电池充电和车辆到电网的概念已被证明在仿真结果和硬件使用微控制器以及。它必须使用微控制器来管理电池的充电和放电，并且因此必须提供若干灵活的调节功能（例如，负载电压、充电电流），并且通过这种布置，来自电池的功率被传输到电网。=