[发明专利]一种光伏阵列智能电压补偿器

权利要求书

1.一种光伏阵列智能电压补偿器，包括组串电压取样电路、PWM控制电压补偿电路、开关量输出控制电路、键盘电路、LCD显示屏电路和主控CPU电路，其特征在于组串电压取样电路的取样信号输出端口与主控CPU电路的取样信号输入端口相连，主控CPU电路的控制信号输出端口分别与PWM控制电压补偿电路的控制信号输入端口、开关量输出控制电路的控制信号输入端口相连，键盘电路的控制信号输出端口与主控CPU电路的控制信号输入端口相连，LCD显示屏电路的信号传输端口分别与主控CPU电路的信号传输端口、LCD液晶显示屏的信号传输端口相连；所述键盘电路的控制信号输入端口与键盘的控制信号输出端口相连；

所述组串电压取样电路将各组串支路的输入和输出电压按比例取样，取样得到的模拟信号经过电压跟随电路后通过主控CPU内部的AD转换模块变为数字信号；

所述PWM控制电压补偿电路为升压斩波电路，根据PWM波形的占空比调节输出电压，PWM信号由主控CPU内部的PWM模块输出；

所述开关量输出控制电路为由主控CPU的IO口输出开关量控制信号，经过光耦隔离后控制中间继电器，从而控制组串支路的工作模式；

所述升压斩波电路包括电感L1～L3、二极管D1～D3、电阻R1～R6、场效应管Q1～Q3、电容C1～C3、TLP250F芯片U3～U5；

所述主控CPU采用PIC18F6520芯片U1；

U1的3脚通过电阻R1与U3的2脚相连，U3的3脚接地，U3的8脚接电源V，U3的6脚分别与U3的7脚、电阻R2一端相连，电阻R2另一端与场效应管Q1的栅极相连，场效应管Q1的源极分别与AGND端、电容C1一端相连，电容C1另一端分别与Uo1端、二极管D1的阴极、继电器K1的常开开关一端相连，继电器K1的常开开关另一端分别与Ui1端、电感L1一端相连，电感L1另一端分别与二极管D1的阳极、场效应管Q1的漏极相连；

U1的6脚通过电阻R3与U4的2脚相连，U4的3脚接地，U4的8脚接电源V，U4的6脚分别与U4的7脚、电阻R4一端相连，电阻R4另一端与场效应管Q2的栅极相连，场效应管Q2的源极分别与AGND端、电容C2一端相连，电容C2另一端分别与Uo2端、二极管D2的阴极、继电器K2的常开开关一端相连，继电器K2的常开开关另一端分别与Ui2端、电感L2一端相连，电感L2另一端分别与二极管D2的阳极、场效应管Q2的漏极相连；

U1的8脚通过电阻R5与U5的2脚相连，U5的3脚接地，U5的8脚接电源V，U5的6脚分别与U5的7脚、电阻R6一端相连，电阻R6另一端与场效应管Q3的栅极相连，场效应管Q3的源极分别与AGND端、电容C3一端相连，电容C3另一端分别与Uo3端、二极管D3的阴极、继电器K3的常开开关一端相连，继电器K3的常开开关另一端分别与Ui3端、电感L3一端相连，电感L3另一端分别与二极管D3的阳极、场效应管Q3的漏极相连；

所述开关量输出控制电路包括TLP521-4芯片U2、继电器K1～K3、电阻R7～R9，U1的46、47、48脚分别与U2的6、4、2脚对应相连，U2的1脚通过电阻R7与电源VCC相连，U2的3脚通过电阻R8与电源VCC相连，U2的5脚通过电阻R9与电源VCC相连；

U2的16、14、12脚均与电源V相连，U2的15、13、11脚分别与继电器K1控制端一端、继电器K2控制端一端、继电器K3控制端一端相连，继电器K1控制端另一端、继电器K2控制端另一端、继电器K3控制端另一端接AGND端；

所述组串电压取样电路包括电阻R10～R21、AD8541芯片CA1～CA6，电阻R10一端与Ui1端相连，电阻R10另一端分别与电阻R11一端、CA1的3脚相连，电阻R11另一端接AGND端相连，CA1的2脚分别与CA1的6脚、U1的24脚相连；

电阻R14一端与Ui2端相连，电阻R14另一端分别与电阻R15一端、CA3的3脚相连，电阻R15另一端接AGND端相连，CA3的2脚分别与CA3的6脚、U1的22脚相连；

电阻R18一端与Ui3端相连，电阻R18另一端分别与电阻R19一端、CA5的3脚相连，电阻R19另一端接AGND端相连，CA5的2脚分别与CA5的6脚、U1的18脚相连；

电阻R12一端与Uo1端相连，电阻R12另一端分别与电阻R13一端、CA2的3脚相连，电阻R13另一端接AGND端相连，CA2的2脚分别与CA2的6脚、U1的23脚相连；

电阻R16一端与Uo2端相连，电阻R16另一端分别与电阻R17一端、CA4的3脚相连，电阻R17另一端接AGND端相连，CA4的2脚分别与CA4的6脚、U1的21脚相连；

电阻R20一端与Uo3端相连，电阻R20另一端分别与电阻R21一端、CA6的3脚相连，电阻R21另一端接AGND端相连，CA6的2脚分别与CA6的6脚、U1的17脚相连；

该电压补偿器的工作原理为：

步骤1）开始工作时，先用键盘设定系统初始参数，包括巡检间隔时间、PI调节参数、电压补偿阈值U_th1、U_th2；

步骤2）闭合K1，打开K2～Kn，这时只有第一路光伏组串输出功率，采集第一路组串的电压值U_i1；

步骤3）按照步骤2）依次采集各支路单独工作时的电压值U_i1～U_in，选取其中最大值作为参照值U_pref；

步骤4）将各组串支路的电压值U_i与U_pref进行比较，对于符合（U_pref—U_i）U_th1的支路闭合对应的中间继电器Ki，使电压补偿电路不工作，减少功率损耗；

步骤5）对于不符合（U_pref—U_i）U_th1的支路打开对应的中间继电器Ki，启动电压补偿功能，将该组串支路的电压U_i与U_pref进行比较，以U_pref为控制目标进行PI调节，比较后得到的调节量转变为占空比为α的PWM方波信号驱动场效应管Qi，使U_o提升至U_pref；U_o为经过电压补偿电路后的输出电压；

步骤6）采集U_out，计算U_pref与U_out的差值；U_out为与U_i1～U_in对应的输出端的并联输出电压；

步骤7）如果差值大于U_th2，则表示仍有支路需要补偿电压，回到步骤2）重新执行；步骤8）如果差值小于U_th2，则表示阵列的各支路电压已恢复到正常状态，进入定时巡检状态，每隔巡检间隔时间检测U_pref与U_out的差值是否大于阈值U_th2，如果大于阈值U_th2回到步骤2）重新执行；如果小于阈值U_th2重复执行步骤8）；

使用时，将补偿器串接到光伏组串与下一级设备之间即可，各组串的输出端接入补偿器Ui1端、Ui2端、Ui3端；补偿器的输出端Uout端为汇流后的光伏阵列输出端，对各组串进行电压补偿后并汇流得到的光伏阵列的总输出功率，连接光伏并网逆变器、离网逆变器、充放电控制器；

所述键盘电路和LCD显示屏电路的功能是设置补偿器的控制参数，包括巡检间隔时间、PI调节参数和电压补偿阈值，并通过LCD屏在线查看各组串的工作状态和各参数的历史数据；

主控CPU电路诊断各组串的工作状态、进行电压补偿值的计算、进行实时闭环控制。