第5章控制器

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1、第5章 光伏控制器,第5章 光伏控制器,光伏控制器,5.1 光伏控制器概述,5.1.1 光伏控制器的基本概念 光伏控制器是对光伏发电系统进行管理和控制的设备。 光伏控制器主要由电子元器件、仪表、继电器、开关等 组成。 基本原理：控制器通过检测蓄电池的电压或荷电状态，判 断蓄电池是否已经达到过充电点或过放电点，并根据检测结 果发出继续充、放电或终止充、放电的指令，实现控制作 用。 基本作用：保护蓄电池 ；平衡光伏系统能量 ；显示系统 工作状态 。,5.1 光伏控制器概述,5.1.2 光伏控制器的主要功能 在太阳能光伏发电系统中，控制器是整个系统的核心部 件。为了延长蓄电池的寿命，必须对它过放电、

2、过充电、 深度充电、负载过流和反充电等情况加以限制。在温差较 大的地区，性能良好的控制器应具备温度补偿功能，同时 能依照负载的电源需求来控制太阳能电池和蓄电池对负载 电能的输出。,5.2 光伏控制器的基本原理,5.2.1蓄电池充电控制基本原理 1.铅酸蓄电池充电特性 铅酸蓄电池充电特性如图5-1曲线所示。蓄电池充电过程有3个阶段： 初期(OA)，电压快速上升；中期(AC)，电压缓慢上升，延续较长时 间；C点为充电末期，电压开始快速上升，接近D点时， 标志着蓄电池 已充满电，应停止充电。,图5-1铅酸蓄电池充电特性曲线,5.2 光伏控制器的基本原理,2.常规过充电保护原理 依据D点的电压为蓄电池

3、已充满标志这一原理，在控制器 中设置电压测量和电压比较电路，通过对D点电压值的监 测，即可判断蓄电池是否应结束充电。 在控制器中比较器设置的D点电压，称为“门限电压”或 “电压阈值”。蓄电池的充满点一般设定在2.452.5V/单 体（固定式铅酸蓄电池）和2.32.35V/单体（阀控密封式 铅酸蓄电池）。,5.2 光伏控制器的基本原理,5.2.2 蓄电池过放电保护基本原理 1.铅酸蓄电池放电特性 铅酸蓄电池放电特性如图5-2曲线所示。蓄电池放电过程有3个阶段： 开始(OE)阶段，电压下降较快；中期(EG)，电压缓慢下降，延续较长 时间；放电电压降到G点后，电压急剧下降。 标志蓄电池已接近放电终

4、了，应立即停止放电。,图5-2铅酸蓄电池放电特性曲线,5.2 光伏控制器的基本原理,2.常规过放电保护原理 依据G点的电压标志放电终了这一原理，在控制器中设置 电压测量和电压比较电路，通过监测出G点电压值，即可判 断蓄电池是否应结束放电。 在控制器中比较器设置的G点电压，称为“门限电压”或 “电压阈值”。,5.4 光伏控制器的电路原理,5.4.1光伏控制器的分类 光伏控制器按电路方式的不同分为并联型、串联型、脉 宽调制型、多路控制型、两阶段双电压控制型和最大功率 跟踪型；按电池组件输入功率和负载功率的不同可分为小 功率型、中功率型、大功率型及专用控制器（如草坪灯控 制器）等；按放电过程控制方式

5、的不同，可分为常规过放 电控制型和剩余电量（SOC）放电全过程控制型。对于应 附带有自动数据采集、数据显示和远程通信功能的控制 器，称之为智能控制器。,5.4 光伏控制器的电路原理,5.4.2光伏控制器的电路原理 光伏控制器通过检测蓄电池在充放电过程中的电压或荷 电状态，判断蓄电池是否已经达到过充电点或过放电点， 并根据检测结果发出继续充、放电或终止充、放电的指 令，实现控制作用。,5.4 光伏控制器的电路原理,1.光伏控制器的基本电路 原理框图如图5-6所示。主要由太阳能电池组件、控制电 路及控制开关、蓄电池和负载组成。,图5-6 光伏控制器基本电路框图,5.4 光伏控制器的电路原理,2.并

6、联型控制器电路原理 图5-7是单路并联型充放电控制器电路原理图。VD1是防 反充电二极管，VD2是防反接二极管，T1和T2都是开关： T1是控制器充电回路中的开关； T2为蓄电池放电开关；Bx 是保险丝；R是泄荷负载。,图5-7 单路并联型充放电控制器电路原理图,5.4 光伏控制器的电路原理,3.串联型控制器电路原理 单路串联型充放电原理如图5-8所示。 串联型控制器T1是串联在充电回路中。当蓄电池电压大 于充满切断电压时，断开，太阳电池不会对蓄电池充电， 起到过充电保护作用。,图5-8 单路串联型控制器电路原理图,5.4 光伏控制器的电路原理,检测控制电路图： 对蓄电池的电压随时进行取样检测

7、，并根据检测结果利 用带回差控制的运算放大器与充电、过放基准电压比较， 向过充电、过放电开关器件发出接通或关断的控制信号。,图5-9 单路串联型控制器电路原理图,5.4 光伏控制器的电路原理,4.PWM控制器电路原理 以脉冲方式开关光伏组件的输入，当蓄电池逐渐趋向充 满时，随着其端电压的逐渐升高，PWM电路输出脉冲的频 率和时间都发生变化，使开关器件的导通时间延长、间隔 缩短，充电电流逐渐趋近于零。,图5-10 脉宽调制型(PWM)控制器电路原理图,5.4 光伏控制器的电路原理,5.多路控制器电路原理 多路控制器一般用于kW级以上的大功率光伏发电系统， 将太阳能电池方阵分成多个支路接入控制器按

8、顺序控制。,图5-11 多路控制器的电路原理图,5.4 光伏控制器的电路原理,6.智能控制器电路原理 智能型控制器采用CPU或MCU等微处理器对太阳能光伏 发电系统的运行参数进行高速实时采集，并按照一定的控 制规律由单片机内设计的程序对单路或多路光伏组件进行 切断与接通的智能控制。,图5-12 智能型控制器电路原理图,5.4 光伏控制器的电路原理,7.最大功率点跟踪型控制器 太阳能电池方阵的最大功率点会随着太阳辐照度和温度 的变化而变化，而太阳能电池方阵的工作点也会随着负载 电压的变化而变化，如图5-13所示,图5-13最大功率跟踪控制,5.4 光伏控制器的电路原理,最大功率点跟踪型控制器的原

9、理是将太阳能电池方阵的 电压和电流检测后相乘得到的功率，判断太阳能电池方阵 此时的输出功率是否达到最大，若不在最大功率点运行， 则调整脉冲宽度、调制输出占空比、改变充电电流，再次 进行实时采样，并做出是否改变占空比的判断。 最大功率跟踪型控制器的作用：通过直流变换电路和寻 优跟踪控制程序，无论太阳辐照度、温度和负载特性如何 变化，始终使太阳能电池方阵工作在最大功率点附近，充 分发挥太阳能电池方阵的效能，这种方法被称为“最大功 率点跟踪”，即MPPT (Maximum Power Point Tracking)。 同时，采用PWM调制方式，使充电电流成为脉冲电流，以 减少蓄电池的极化，提高充电效

10、率。,5.4 光伏控制器的电路原理,从图5-13所示太阳能电池阵列的P-U曲线可以看出，曲线 以最大功率点处为界，分为左右两侧。当太阳能电池工作 在最大功率点电压右边的D点时，因离最大功率点较远，可 以将电压值调小，即功率增加；当太阳能电池工作在最大 功率点电压左边时，若电压值较小，为了获得最大功率， 可以将电压值调大。,5.4 光伏控制器的电路原理,太阳能电池组件的光电流与辐照度（1001000W/m2） 成正比；在温度固定的条件下，当辐照度在4001000 W/m2范围内变化，太阳能电池组件的开路电压基本保持恒 定。因此，太阳能电池组件的功率与辐照度也基本成正 比，如图5-14所示。,图5-14 辐照度对光电流、光 电压和组件峰值功率的影响,