本系统采用风光互补的形式给蓄电池充电,即利用风能和太阳能同时给蓄电池充电,太阳能电池的正负极分别接于图示中的SP和SN,给蓄电池充电:风电机组三相输出接U、V、W,经整流后给蓄电池充电,通过对开关管的PWM斩波控制,实现对太阳能电池充电的控制。系统的控制单位包括以下主要模块:
(1)主控模块
主控模块是整个通用型新能源智能控制系统的大脑,其主要完成对系统各子模块状态的信息采集、监测(如风电机组、光伏输入电压、电流信号,蓄电池端电压、充放电电流信号,IGBT温度信号等),并根据软件控制算法,发出执行指令以保证系统在各工况下正常工作。本系统开发的控制模块运行频率为4MHz,可实现对8路信号的实时监测,并同时输出3路PWM驱动信号,5路开关量信号(可扩展到20路),具有RS232串口通讯接口,可实现采集数据对PC端的实时传输。
(2)电源模块
通用型新能源智能控制系统的电源模块主要完成对系统其它子模块硬件电路供电的功能,考虑到新能源如风电、太阳能的能量具有波动性,所以电源模块在保证供电稳定的前提下,必须具有较宽的输入电压范围,以适应新能源的特性。本系统研制的电源模块可适应电压范围:输入交流85V-265V、直流70V-360V;输出直流电压:+5V、+15V、±12V。电源模块经测试工作稳定,可实现对控制板、驱动板、各传感器等的可靠供电。本系统设计将电压检测部分功能集成在电源模块上。
(3)驱动模块
驱动模块主要功能是驱动IGBT并对IGBT具有保护功能,当发生故障时及时关闭IGBT,并输出故障信号。本驱动模块采用DC+15V供电,可同时驱动两个300A/1700V以下的IGBT,驱动频率最大60kHz;还具有输入电源极性保护、IGBT过流保护功能,同时保护报警输出与其它部分是电隔离的,每路均有故障指示灯。
(4)卸载模块
卸载电路是当风力很大,但没有到过速保护限定值,风电机组仍需要对蓄电池或负载进行供电时使用,这是由于风电机组输出功率比较大,会对控制器造成很大的冲击,可以利用卸载电路,卸载一部分功率,从而减小由于风大对控制器造成的冲击。卸荷控制采用PWM无级卸荷与完全接通卸荷相结合的方式,可以避免过度卸荷,通过这两种卸荷方式的结合,既可以有效保护风电机组、防止风车,又保证了尽可能多的利用电能,提高了系统效率。
软件程序设计
以单片机为核心的控制软件具有实时性、灵活性、通用性及运行可靠性的特点。风光互补发电系统控制是实时控制系统,这就对软件的执行速度有一定的要求,在软件程序设计中,为节约内存和保证较强的适应能力,通常要求程序要有一定的灵活性和通用性。因此,软件开发一般采用结构化程序设计方法,尽量将共用的程序编写成子程序(如系统参数设置程序、A/D转换计算程序、MPPT运算程序、减小功率子程序等),然后把子程序按一定的规则进行组合就得到完成特定任务的应用程序。本系统软件主程序流程图,见图3。