【正文】 e(t)被控量與設(shè)定值之間的偏差； u(t)控制量如果在上式中用和式代替積分，用差分代替微分，即式中：T采樣周期。（2） 當(dāng)陣列輸出的能量超過(guò)蓄電池在當(dāng)前充電情況下充電所需的能量時(shí)，陣列就不運(yùn)行在MPPT方式，而采用恒流和恒壓結(jié)合的充電方式。即，采用智能控制的方法，讓蓄電池的充電電流始終保持在可接受電流的附近。圖27 恒流充電曲線恒壓充電，即一恒定電壓對(duì)蓄電池充電，在充電初期，由于蓄電池電壓低，充電電流很大，隨著蓄電池電壓的逐漸升高，電流逐漸減小，在充電末期，只有很小的電流通過(guò)。此后在充電，僅是水的電解，如果在D點(diǎn)停止充電，此后，極板內(nèi)外電解液濃度趨于相同。蓄電池充電電壓曲線如圖26所示 圖26 充電端電壓的變化曲線充電初期，oa段，蓄電池端電壓升高很快。假設(shè)太陽(yáng)能電池的輸出功率為：P=UI對(duì)U求導(dǎo)：==I+U由PV曲線假設(shè)最大功率點(diǎn)電壓為Umax,當(dāng)0時(shí)，UUmax。寄存器存放每一周期Uref 的值。如圖 24所示，擾動(dòng)觀察法的原理是先擾動(dòng)光伏陣列的輸出電壓值（Upv +ΔU ）,再測(cè)量功率變化，設(shè)測(cè)得當(dāng)前陣列輸出功率為Pd ，與擾動(dòng)之前功率值Pi 相比，若PdPi ，即功率值增加，則表示擾動(dòng)方向正確，可朝同一（+ΔU ）方向擾動(dòng)；反之，若PdPi ，即擾動(dòng)后的功率值小于擾動(dòng)前，則往相反（－ΔU ）方向擾動(dòng)。固定電壓跟蹤法（constant voltage tracking .CVT）是較早產(chǎn)生的一種 MPPT控制方法，從圖 23太陽(yáng)能電池的伏安特性曲線可以看出，各曲線的最大功率點(diǎn)幾乎分布于一條垂直線的兩側(cè)（日照強(qiáng)比較高時(shí)），這說(shuō)明光伏陣列的最大功率輸出點(diǎn)大致對(duì)應(yīng)于某個(gè)電壓值。即將光伏電池組件產(chǎn)生的最大功率及時(shí)的提供給負(fù)載，使太陽(yáng)能系統(tǒng)的能量利用效率盡可能提高。第六章總結(jié)了本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的得失，為以后的設(shè)計(jì)提供參考。第二章詳細(xì)介紹了光伏電源的總體設(shè)計(jì)方案和本系統(tǒng)采用的MPPT最大功率跟蹤方案、蓄電池充電方案、基于數(shù)字PID的控制方案。通過(guò)對(duì)SPI的分析，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單可靠的協(xié)議實(shí)現(xiàn)了DSP16位數(shù)據(jù)和單片機(jī)8位數(shù)據(jù)通信。設(shè)計(jì)了一個(gè)“三階段充電法”對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，保證了蓄電池壽命的最大化。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)了數(shù)字控制在高性能領(lǐng)域的應(yīng)用，與通用單片機(jī)相比，由于通用單片機(jī)由于處理速度低，為了能實(shí)時(shí)的處理復(fù)雜的算法只能采用查表的方法，而且為了保證速度，數(shù)據(jù)表還不能設(shè)置的很細(xì)，因而控制精度低，隨著DSP的價(jià)格降低，性價(jià)比逐漸提高，本系統(tǒng)采用的TMS320F28035 DSP[12]芯片，不用查表的方法就能高精度地滿足實(shí)時(shí)控制的要求。 在取得許多成果的同時(shí)，由于科技的進(jìn)步，過(guò)去常用的設(shè)計(jì)和控制方案捉襟見(jiàn)肘，主要體現(xiàn)以下方面：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，使得模擬控制設(shè)計(jì)略顯成本高，設(shè)計(jì)復(fù)雜，曾經(jīng)用于BUCK電路的模擬控制方案[10]如電壓型控制，電流型控制，V2 控制，V2C 控制，等模擬控制方案已經(jīng)不能適應(yīng)數(shù)字化時(shí)代的發(fā)展要求，與模擬控制相比，數(shù)字控制具有以下優(yōu)點(diǎn)[11]：（1）、數(shù)字信號(hào)處理器的濾波處理能力可以使輸出平滑，噪聲降低。這些對(duì)降低光伏發(fā)電成本起到了決定性的作用。光伏發(fā)電機(jī)可以采用并網(wǎng)發(fā)電[5]和離網(wǎng)發(fā)電[6]兩種主要形式，伴隨著分布式發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展，光伏可再生能源已經(jīng)成為一種能源的主要來(lái)源。太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)開(kāi)發(fā)之初是20世紀(jì)70年代，那時(shí)由于太陽(yáng)能電池的價(jià)格特別高（1500美元/瓦），只能用于人造衛(wèi)星，海島燈塔電源等不計(jì)成本必須用的場(chǎng)所。理論上講，可以得到太陽(yáng)光的地方都可以利用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電，光伏發(fā)電幾乎不受地域的限制。太陽(yáng)能光伏發(fā)電和傳統(tǒng)能源相比具有以下優(yōu)點(diǎn)[3]：（1）資源豐富、分布廣泛、取之不盡、用之不竭，可以說(shuō)是一種無(wú)限的資源。Measurement ,Control andInformation Transmission1. 緒論 課題的背景與意義能源是推動(dòng)世界向前發(fā)展的重要?jiǎng)恿?，目前，能源有下面幾種：火力（煤、石油），火力（LNG天燃?xì)猓?，核電，太?yáng)能和風(fēng)能。在電源管理方面，該系統(tǒng)提供了有線的RS485和無(wú)線的GSM兩種方案供用戶選擇。2KW光伏電源監(jiān)控與信息傳輸摘要：該設(shè)計(jì)為一無(wú)人值守光伏控制電源，將光伏輸入為70V110V電壓轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的48V電源供移動(dòng)通信基站使用。該系統(tǒng)較好的實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能的高效利用，經(jīng)MATLAB仿真后證明該電路在各電壓點(diǎn)都能穩(wěn)定工作，通過(guò)實(shí)踐證明，該控制方案簡(jiǎn)單可行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，性能良好。其中，前四種被稱為常規(guī)能源，后兩種為新能源。（2）清潔、無(wú)污染。（4）建設(shè)周期短，建造靈活方便，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。20世紀(jì)80年代～20世紀(jì)90年代，太陽(yáng)能電池的價(jià)格稍有下降，這一時(shí)期，太陽(yáng)能電池多用于手表，計(jì)算器，路燈等小功率用電器上面。從各種能源的儲(chǔ)量預(yù)測(cè)[7]（如圖11）看，太陽(yáng)能必將成為未來(lái)可再生能源中的重要組成部分。在國(guó)家科技部和北京市的支持下，國(guó)家新能源工程中心和北京市太陽(yáng)能光電中心，取得一些可喜的研究成果。（2）、系統(tǒng)使用的器件少，使得可靠性增加，可以滿足越來(lái)越小型化的要求。IGBT的崛起，使得GTR淡出。本系統(tǒng)采用MPPT最大功率跟蹤方案，提高了太陽(yáng)能的利用效率。通過(guò)對(duì)GSM模塊的分析，實(shí)現(xiàn)了模塊外圍電路的硬件設(shè)計(jì)并使用單片機(jī)的串口2控制GSM模塊和上位機(jī)通信。第三章介紹了基于DSP的精密測(cè)控部分的軟硬件設(shè)計(jì)，包括傳感器的選擇與檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)，BUCK斬波電路中器件的選擇與硬件電路的設(shè)計(jì)方案，最后給出了基于DSP的控制方案和程序流程圖：包括采樣頻率的確定，最大功率點(diǎn)跟蹤，蓄電池充放電的控制和數(shù)字PID的控制參數(shù)的選取。2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與工作原理該系統(tǒng)是一個(gè)有效的控制太陽(yáng)能向蓄電池充放電和向負(fù)載供電的設(shè)備，為了提高了提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和適用性，采用DSP來(lái)完成核心算法與控制，而使用MCU來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制功能。對(duì)于內(nèi)阻不變的系統(tǒng)，電路可等效為如圖22所示的形式圖22 內(nèi)阻不變系統(tǒng)內(nèi)阻等效圖Ui為電源電壓，Ri為電壓源的內(nèi)阻，Ro為負(fù)載電阻，則負(fù)載上消耗的功率為=I2Ro=上式中UI和RI均是常數(shù)，對(duì)RO求導(dǎo)，可得=令=0；則Ri=Ro時(shí)，取得最大值。固定電壓跟蹤法就是根據(jù)太陽(yáng)能電池陣列的最大輸出功率對(duì)應(yīng)的工作電壓變化不大這一特性而提出的。如此可以實(shí)現(xiàn)搜索到陣列的最大功率輸出功率點(diǎn)并動(dòng)態(tài)的保持它。首先計(jì)算太陽(yáng)能電池的輸出功率Ppv(k)，并與上一周期的輸出功率Ppv(k1) 比較，從而調(diào)整Uref 的大小。此時(shí)，當(dāng)0時(shí)，UUmax。充電中期，ab段，電勢(shì)增高漸慢。目前，蓄電池的充電方法分為兩類(lèi)：①常規(guī)充電法。這樣在充電過(guò)程中就不必調(diào)整電流，如圖28所示，相對(duì)恒流充電來(lái)說(shuō)，此法充電電流自動(dòng)減小，充電過(guò)程中析氣量小，充電時(shí)間短，能耗低。由于在光伏系統(tǒng)中，對(duì)蓄電池充電的同時(shí)還必須考慮電源電流的源頭是否足夠，太陽(yáng)能光伏陣列并非真正意義的“無(wú)限電源”，他提供給蓄電池的最大充電電流是有限的。（3） 適當(dāng)過(guò)充有利于蓄電池容量的恢復(fù)，特別是在蓄電池深度放電后，分組蓄電池增大放電電流，減少蓄電池酸分層和結(jié)晶大小。則式①演變?yōu)棰谟胟1代替 k，則②式變化為： =：控制參數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響對(duì)穩(wěn)態(tài)性能的影響比例系數(shù)加大，系統(tǒng)的動(dòng)作更靈敏速度加快。但若太大，積分作用不明顯，消除靜差的作用有限微分時(shí)間常數(shù)微分控制環(huán)節(jié)的加入可使超調(diào)量減少，系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間縮短。 工作頻率60MHZ,保證了控制和信號(hào)處理的快速性和實(shí)時(shí)性216。 45個(gè)PIE擴(kuò)展中斷216。 它綜合了互感器和分流器的所有優(yōu)點(diǎn)。其中兩個(gè)為原邊端子：被測(cè)電壓輸入端+，被測(cè)電壓輸入端，分別接被測(cè)電壓輸入端的正極和負(fù)極，另外三個(gè)為副邊端子：+端：電源+15V。端：電源15V。如果輸出電流經(jīng)過(guò)測(cè)量電阻RM，則可以得到一個(gè)與原邊電流成正比的大小為幾伏的電壓輸出信號(hào)。 圖35 續(xù)流二極管D本電路功率器件選擇IGBT,IGBT是用雙極型晶體管與MOSFET組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于一個(gè)由MOSFET驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)PNP晶體管。根據(jù)IGBT柵極與發(fā)射極之間的電壓、IGBT 集電極與發(fā)射極之間的電壓、IGBT 集電極發(fā)射極的電流Ic、IGBT 的結(jié)溫以及IGBT的工作頻率等參數(shù)，本文設(shè)計(jì)的Buck斬波電路中的IGBT選用英飛凌FF150R12KT3G模塊，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖37。所選擇的IGBT模塊滿足設(shè)計(jì)要求?？紤]到和，可得 因此，Buck電路輸出電壓平均值與占空比δ成正比，δ從0變到1，輸出電壓從0變到,且輸出電壓最大值不超過(guò)輸入電壓。即：③Lc即為臨界電感值在本電路中，選擇開(kāi)關(guān)管工作頻率，常選擇工作頻率20KHZ左右，以避開(kāi)音頻噪聲，同時(shí)防止開(kāi)關(guān)頻率過(guò)大，開(kāi)關(guān)損耗加大，效率減小。在輸出測(cè)濾波電容C3選擇時(shí)需參考圖38示，當(dāng)iLI0時(shí)，C3沿負(fù)載放電，協(xié)助L1向負(fù)載提供能量；當(dāng)iLI0時(shí)，C3被充電，設(shè)電感L1的諧波電流完全流過(guò)C3,負(fù)載電流的脈動(dòng)很小，即，由于電容電流在一個(gè)周期的平均值為零，則在半個(gè)周期內(nèi)電容放電或充電的電荷量為：相應(yīng)的電壓脈動(dòng)量為：又結(jié)合則則本系統(tǒng)中設(shè)考慮一定的余量，這里選擇epcos的10000uF/100V電解電容。通過(guò)此驅(qū)動(dòng)電路保證IGBT的可靠開(kāi)通與關(guān)閉在實(shí)時(shí)檢測(cè)部分當(dāng)中，控制器設(shè)置為定時(shí)器觸發(fā)A/D采集方式，其程序流程圖如圖316所示：開(kāi)始