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摘要：本文介绍了新型光伏发电系统设计，以及市电补偿方式与DSP的控制系统设计的优越性，并对控制系统工作流程作为介绍。
关键词：光伏发电；系统设计；优化比较
0.引言
光伏发电系统是一种常用语家庭和办公楼的供电系统，它一般是同建筑物相结合构建成节能环保建筑或者组建成大型的光伏阵列进行并网发电。光伏发电系统技术原理主要是通过对建筑物表面铺设光伏电池，或者直接替换掉玻璃幕墙，利用太阳能进行发电，从而能够降低建筑物的自身的电能消耗。我们常见的光伏电集成系统主要有光伏屋顶、光伏幕墙、光伏天窗以及光伏遮阳板等，但是最为常见的还是光伏屋顶系统。在我国，最为著名的光伏节能系统当属国家体育馆（鸟巢）和上海世博会主题馆。
1.新型光伏发电系统设计
1.1 新型光伏发电系统的结构
光伏电的能源主要是取自于太阳光照，但是太阳光照会受到很多不确定因素的影响，如云层和地球自转产生的影响等。为了能够保证在光照受到影响的情况下不影响负载，就需要采取一些措施来稳定光伏电池的输出功率。本文设计了一种以电网电能平衡光伏电池输出功率的新型光伏发电系统。系统主要包含两部分电路：调节光伏电池输出电压的光伏电池侧 ZVS-ZCS-Buck 变换器和实现市电补偿功能的市电侧 ZVS 全桥变换器，以及整个光伏发电系统的控制核心—DSP 控制系统。系统的主要功能是：控制直流母线电压不超出限定范围，使挂在直流母线上的负载能够正常工作；在光伏电池输出功率不足时，通过全桥变换器的补偿平衡光伏发电系统的输出功率；在限定的电压范围内实现光伏电池输出功率最大化，充分利用太阳能。
2.市电补偿方式的优越性
为了能够应对光伏电池的功率波动，现在主要指采取储能技术来对光伏电池的输出功率进行平衡，在光伏电池能量充足的时候吸收一部分能量并在光照不足时提供给负载。储能方式主要有三大类：化学储能、电磁储能、机械储能。应用比较广泛的储能方式主要有：铅酸蓄电池储能，超导储能，超级电容储能，飞轮储能等。考虑到本文中光伏发电系统的使用场所及储能方式的价格，适用的储能方式只有铅酸蓄电池。这也是目前光伏系统的普遍选择。
2.1 蓄电池储能方式
光伏发电系统是不提供不间断电源的（Uninterrupted Power Supply，UPS），其配置的蓄电池是为了保证在非阴雨天气的时候，一天的光伏供电的时间。配备蓄电池可以吸收光照强度大时光伏电池过剩的功率，并在光伏电池功率不足时提供给负载。蓄电池的存在平衡了一天中的光照条件，提高了太阳能的利用率，好处是显而易见的。当光伏发电系统配备蓄电池时，光伏电池产生的多余能量存入蓄电池中，并在光照不足时与光伏电池一起供电。作如下假设：蓄电池能量的存储、释放不存在消耗；蓄电池将光伏电池充入的能量释放完毕即结束放电；光照不足时光伏电池、蓄电池共同向负载供电直至两者功率不足。
2.2 市电补偿方式
我们可以考虑用市电来平衡光伏电系统蓄电池的输出功率.按市电最高补偿50%的功率计算，配备的光伏电池功率和光伏发电系统带动 2.5kW 负载的起始时刻和一天中总的带载时间的关系如图 3-5 所示。也以光伏发电系统一天满负荷供电 6 小时计算，需
要配备 2.5kW 的光伏电池，光伏发电系统的一次性投入为 5 万元，与蓄电池储能方式相比成本降低了三分之一。市电补偿方式与蓄电池储能方式相比较有如下优势：（1）光伏电系统由于装配有蓄电池，所以其工作时间可以得到延长，但是蓄电池的能量不是随时都能用的，只能在光伏电池产生的功率超过负载时进行，因此并不能影响光伏系统的起始供电时刻，而市电补偿方式可以提前系统的起始供电时刻，大大延长光伏发电系统的供电时间；（2）蓄电池是为了补充光伏电系统运行过程中，功率过剩的那部分，所以蓄电池蓄能的效果还是要决于光照条件，而市电补偿的能量来自于电网，能够充分利用处于补偿范围的太阳能。（3）为了能够在光照条件下让光伏电系统的蓄电池能够得到充足的能量，所以电池的功率配置必须要大于额定的负载功率，而市电补偿不需要高配光伏电池，在减少供电时间或提高市电补偿百分比的前提下甚至可以降低光伏电池的功率等级，而光伏发电系统成本基本取决于光伏电池的功率；（4）用市电补偿的方式，就可以很好的解决电池占用空间的问题，也能够减少电池对环境造成的污染。
3.基于DSP的控制系统设计
3.1 DSP 控制系统功能简介
DSP控制系统是整个光伏电系统的核心部分，它主要是为了得到变换器的运行数据，根据光伏发电系统的整体效率决定是否继续供电；判断系统是否因故障导致输出电压失去控制；处理保护电路的告警信息；通过输出受限的 MPPT 控制算法给出目标电压指令，提高太阳能利用率、减小市电补偿的功率；通过人机界面显示系统当前运行状况并接受用户命令；通过串口实现远程监控。控制系统整体功能如图 1 所示。
虽然控制系统只需给出目标电压的指令，直流母线电压的控制由光伏电池侧变换器和市电侧变换器各自的控制核心完成，但控制系统的任务依然不会轻松，并且后续的逆变部分功能需要完全由 DSP 控制实现。
3.2 光伏电池输出功率最大化控制
根据上文提到的运用市电补偿的方案，可以让光伏电系统自动的补偿电池不足的功率，同时让两者的功率平衡，因此，只需控制输出电压就能使光伏电池功率输出最大化，并提高太阳能利用率和整机效率。光伏电池输出功率的最大化控制类似于 MPPT 控制，但最大化控制的目标是找寻给定输出电压范围内的最大功率点而不是 MPPT 控制的全局最大功率点。从光伏电池不同光照下的 P-V 曲线可以看出，在光照大范围变化时，最大功率点的电压变化不大，这也是恒定电压法的理论基础。
4.控制系统工作流程
控制系统主要是通过对数据的分析，来判断出光伏点发电系统的工作状况，决定系统是否继续运行并将状态信息反馈给用户，给出输出电压的控制指令，使光伏电池输出功率最大化。控制系统的工作流程如下：（1）控制系统启动，DSP 首先给出最小输出電压的控制指令，同时完成定时器、串口、液晶屏等初始化工作，复位告警装置；（2）通过模数转换获取光伏发电系统的电压、电流信息，根据光伏发电系统输出电压和给出的控制电压值判断光伏发电系统是否因故障导致输出电压不可控；（3）刷新液晶屏以更新光伏发电系统运行参数及控制系统当前状态；（4）处理中断事件，液晶屏触摸事件，即时更新液晶屏的显示内容，执行选择的操作，通过声光发出警报，将过流警报发送到远程的终端，让系统自动进入待机的状态；串口通讯中断，通过远程终端的指令将当前的信息返回或执行操作。
参考文献：
[1]梁双，胡学浩，张东霞等.光伏发电置信容量的研究现状与发展趋势[J].电力系统自动化，2011，35（19）：101-107.
[2]王继东，张小静，杜旭浩等.光伏发电与风力发电的并网技术标准[J].电力自动化设备，2011，31（11）：1-7.
[3]张犁，孙凯，吴田进等.基于光伏发电的直流微电网能量变换与管理[J].电工技术学报，2013，28（2）：248-254.
[4]苏剑，周莉梅，李蕊等.分布式光伏发电并网的成本/效益分析[J].中国电机工程学报 ，2013，（34）：50-56.
关键词：光伏发电；系统设计；优化比较
0.引言
光伏发电系统是一种常用语家庭和办公楼的供电系统，它一般是同建筑物相结合构建成节能环保建筑或者组建成大型的光伏阵列进行并网发电。光伏发电系统技术原理主要是通过对建筑物表面铺设光伏电池，或者直接替换掉玻璃幕墙，利用太阳能进行发电，从而能够降低建筑物的自身的电能消耗。我们常见的光伏电集成系统主要有光伏屋顶、光伏幕墙、光伏天窗以及光伏遮阳板等，但是最为常见的还是光伏屋顶系统。在我国，最为著名的光伏节能系统当属国家体育馆（鸟巢）和上海世博会主题馆。
1.新型光伏发电系统设计
1.1 新型光伏发电系统的结构
光伏电的能源主要是取自于太阳光照，但是太阳光照会受到很多不确定因素的影响，如云层和地球自转产生的影响等。为了能够保证在光照受到影响的情况下不影响负载，就需要采取一些措施来稳定光伏电池的输出功率。本文设计了一种以电网电能平衡光伏电池输出功率的新型光伏发电系统。系统主要包含两部分电路：调节光伏电池输出电压的光伏电池侧 ZVS-ZCS-Buck 变换器和实现市电补偿功能的市电侧 ZVS 全桥变换器，以及整个光伏发电系统的控制核心—DSP 控制系统。系统的主要功能是：控制直流母线电压不超出限定范围，使挂在直流母线上的负载能够正常工作；在光伏电池输出功率不足时，通过全桥变换器的补偿平衡光伏发电系统的输出功率；在限定的电压范围内实现光伏电池输出功率最大化，充分利用太阳能。
2.市电补偿方式的优越性
为了能够应对光伏电池的功率波动，现在主要指采取储能技术来对光伏电池的输出功率进行平衡，在光伏电池能量充足的时候吸收一部分能量并在光照不足时提供给负载。储能方式主要有三大类：化学储能、电磁储能、机械储能。应用比较广泛的储能方式主要有：铅酸蓄电池储能，超导储能，超级电容储能，飞轮储能等。考虑到本文中光伏发电系统的使用场所及储能方式的价格，适用的储能方式只有铅酸蓄电池。这也是目前光伏系统的普遍选择。
2.1 蓄电池储能方式
光伏发电系统是不提供不间断电源的（Uninterrupted Power Supply，UPS），其配置的蓄电池是为了保证在非阴雨天气的时候，一天的光伏供电的时间。配备蓄电池可以吸收光照强度大时光伏电池过剩的功率，并在光伏电池功率不足时提供给负载。蓄电池的存在平衡了一天中的光照条件，提高了太阳能的利用率，好处是显而易见的。当光伏发电系统配备蓄电池时，光伏电池产生的多余能量存入蓄电池中，并在光照不足时与光伏电池一起供电。作如下假设：蓄电池能量的存储、释放不存在消耗；蓄电池将光伏电池充入的能量释放完毕即结束放电；光照不足时光伏电池、蓄电池共同向负载供电直至两者功率不足。
2.2 市电补偿方式
我们可以考虑用市电来平衡光伏电系统蓄电池的输出功率.按市电最高补偿50%的功率计算，配备的光伏电池功率和光伏发电系统带动 2.5kW 负载的起始时刻和一天中总的带载时间的关系如图 3-5 所示。也以光伏发电系统一天满负荷供电 6 小时计算，需
要配备 2.5kW 的光伏电池，光伏发电系统的一次性投入为 5 万元，与蓄电池储能方式相比成本降低了三分之一。市电补偿方式与蓄电池储能方式相比较有如下优势：（1）光伏电系统由于装配有蓄电池，所以其工作时间可以得到延长，但是蓄电池的能量不是随时都能用的，只能在光伏电池产生的功率超过负载时进行，因此并不能影响光伏系统的起始供电时刻，而市电补偿方式可以提前系统的起始供电时刻，大大延长光伏发电系统的供电时间；（2）蓄电池是为了补充光伏电系统运行过程中，功率过剩的那部分，所以蓄电池蓄能的效果还是要决于光照条件，而市电补偿的能量来自于电网，能够充分利用处于补偿范围的太阳能。（3）为了能够在光照条件下让光伏电系统的蓄电池能够得到充足的能量，所以电池的功率配置必须要大于额定的负载功率，而市电补偿不需要高配光伏电池，在减少供电时间或提高市电补偿百分比的前提下甚至可以降低光伏电池的功率等级，而光伏发电系统成本基本取决于光伏电池的功率；（4）用市电补偿的方式，就可以很好的解决电池占用空间的问题，也能够减少电池对环境造成的污染。
3.基于DSP的控制系统设计
3.1 DSP 控制系统功能简介
DSP控制系统是整个光伏电系统的核心部分，它主要是为了得到变换器的运行数据，根据光伏发电系统的整体效率决定是否继续供电；判断系统是否因故障导致输出电压失去控制；处理保护电路的告警信息；通过输出受限的 MPPT 控制算法给出目标电压指令，提高太阳能利用率、减小市电补偿的功率；通过人机界面显示系统当前运行状况并接受用户命令；通过串口实现远程监控。控制系统整体功能如图 1 所示。
虽然控制系统只需给出目标电压的指令，直流母线电压的控制由光伏电池侧变换器和市电侧变换器各自的控制核心完成，但控制系统的任务依然不会轻松，并且后续的逆变部分功能需要完全由 DSP 控制实现。
3.2 光伏电池输出功率最大化控制
根据上文提到的运用市电补偿的方案，可以让光伏电系统自动的补偿电池不足的功率，同时让两者的功率平衡，因此，只需控制输出电压就能使光伏电池功率输出最大化，并提高太阳能利用率和整机效率。光伏电池输出功率的最大化控制类似于 MPPT 控制，但最大化控制的目标是找寻给定输出电压范围内的最大功率点而不是 MPPT 控制的全局最大功率点。从光伏电池不同光照下的 P-V 曲线可以看出，在光照大范围变化时，最大功率点的电压变化不大，这也是恒定电压法的理论基础。
4.控制系统工作流程
控制系统主要是通过对数据的分析，来判断出光伏点发电系统的工作状况，决定系统是否继续运行并将状态信息反馈给用户，给出输出电压的控制指令，使光伏电池输出功率最大化。控制系统的工作流程如下：（1）控制系统启动，DSP 首先给出最小输出電压的控制指令，同时完成定时器、串口、液晶屏等初始化工作，复位告警装置；（2）通过模数转换获取光伏发电系统的电压、电流信息，根据光伏发电系统输出电压和给出的控制电压值判断光伏发电系统是否因故障导致输出电压不可控；（3）刷新液晶屏以更新光伏发电系统运行参数及控制系统当前状态；（4）处理中断事件，液晶屏触摸事件，即时更新液晶屏的显示内容，执行选择的操作，通过声光发出警报，将过流警报发送到远程的终端，让系统自动进入待机的状态；串口通讯中断，通过远程终端的指令将当前的信息返回或执行操作。
参考文献：
[1]梁双，胡学浩，张东霞等.光伏发电置信容量的研究现状与发展趋势[J].电力系统自动化，2011，35（19）：101-107.
[2]王继东，张小静，杜旭浩等.光伏发电与风力发电的并网技术标准[J].电力自动化设备，2011，31（11）：1-7.
[3]张犁，孙凯，吴田进等.基于光伏发电的直流微电网能量变换与管理[J].电工技术学报，2013，28（2）：248-254.
[4]苏剑，周莉梅，李蕊等.分布式光伏发电并网的成本/效益分析[J].中国电机工程学报 ，2013，（34）：50-56.