一种消除串联太阳能电池热岛效应的柔性智能控制器制造技术

本发明专利技术公开了一种消除串联太阳能电池热岛效应的柔性智能控制器，该控制器由光伏电池组单元、执行单元、FPGA单元、上位监控机和信号调理单元组成。光伏电池组单元由温度传感器、光照传感器及数控双向开关组成；执行单元由DC-DC电路和太阳能应用模块组成，主要完成太阳能的应用；FPGA单元由FPGA模块、时钟模块和报警模块组成；上位监控机主要通过专家系统对控制器进行策略指令控制；信号调理单元主要应用FPAA技术设计各种需求的调理电路。本发明专利技术很好地克服的串联光伏电池的热岛效应，使光伏电池热岛内耗有效降低，提高了太阳能的利用率；同时充分利用可编程集成电路的特性提高系统的柔性和智能性，扩大了太阳能应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种太阳能光伏系统的MPPT控制器，属于太阳能电池

技术介绍
太阳能电池组件大多数由多片太阳能电池片串联而成，电池组件工作时不可避免地会遇到云层、鸟粪、树叶等遮挡物的遮挡造成阵列的输出性能不匹配，进而产生光伏阵列功率自身内耗，甚至引起热岛效应使得组件发生不可恢复的损坏，这严重影响了光伏电池的工作效率。目前的通常做法是在太阳能电池组件上并联多个旁路二极管，以减少遮蔽电池对系统能量的消耗。这种方法在一定程度上提高了光伏电池组件的发电功率，但不能从根本上排除热岛效应的产生。目前MPPT控制电路存在升级难、电路柔性和智能性差的问题，阻碍了太阳能应用的推广。
技术实现思路
本专利技术目的是通过双向数控开关电路合理布置，对被遮挡光伏电池进行开路处理，使电路始终保持稳定并排除热岛效应，从根本上解决热岛效应的产生；同时通过应用具有可重构特性的集成芯片，提高MPPT控制模块的柔性和智能性，有利于太阳能更加广泛地应用到日常生活中，缓解了能源紧缺问题。本专利技术的技术方案是 一种消除串联太阳能电池热岛效应的柔性智能控制器，包括光伏电池组单元、执行单元、FPGA单元、上位监控机和信号调理单元。其中光伏电池组单元用于完成调控信息参数的采集；执行单元用于完成太阳能的应用；FPGA单元用于完成整个电路的控制、各种策略的执行以及上位监控机通信；上位监控机用于通过软件里面的专家系统对控制器进行策略指令控制；信号调理单元用于对各种传感器信号根据不同器件的需求进行相应的调理。进一步，光伏电池组单元包括温度传感器、光照传感器、电池功率测量传感器和数控双向开关。其中数控双向开关与光伏电池串联并由FPGA单元控制；温度传感器的数量比光伏电池多一个，其中一个温度传感器用于测定周围环境的温度，其他温度传感器分别测量各个光伏电池的温度，通过温度的明显差异来定位出现热岛效应的电池，然后通过控制相应数控双向开关断路出现热岛效应的光伏电池，并通过上位监控机专家系统智能判断热岛效应的原因，并决策出相应的排除操作。进一步，FPGA单元包括FPGA核心模块、时钟模块和报警模块。其中FPGA核心丰吴块由JTAG下载电路、存储电路、晶振电路和复位电路组成；时钟I吴块提供当时的时间，为MPPT决策提供时间参考；报警模块在光伏电池热岛问题需要人工操作时，提醒工作人员进行相应的排除操作。进一步，上位监控机用于为电路提供MPPT策略控制，上位机软件安有MPPT决策专家系统，为MPPT控制模块智能提供策略指令，同时对热岛效应原因进行分析，例如云朵遮挡、漂浮物遮挡、粘固物遮挡等。进一步，信号调理单元应用FPAA技术实现，FPAA技术具有在线重构特性，能更好的满足电路的柔性，同时利于硬件电路不变情况下的系统升级。进一步，FPGA核心模块包括编码器、译码器、控制器、PWM信号发生器模块、MPPT算法模块、信号保存模块，应用FPGA高频特性对传感器的采集及执行单元的控制实行分时控制。本专利技术的有益效果是通过引入数控双向开关并合理的与光伏电池串联连接，使热岛效应得到及时控制并且保持光伏电池电路的平衡使得太阳能利用率最大化；充分利用FPGA和FPAA技术的可重构特性实现控制柔性，同时加入上位监控机专家系统的协助实现控制的智能性；将本专利技术与不同的执行器相结合，可以使太阳能应用面积更加广泛。附图说明图1是太阳能柔性智能控制器整体结构 图2是双向数控开关连接图。图中1、光伏电池组单元；2、执行单元；3、FPGA单元；4、上位监控机；5、信号调理单元。具体实现方式 下面结合附图，对本专利技术进行进一步说明。如图1所示，一种消除串联太阳能电池热岛效应的柔性智能控制器，包括光伏电池组单元1、执行单元2、FPGA单元3、上位监控机4和信号调理单元5。光伏电池组单元I由温度传感器、光照传感器及数控双向开关组成，主要完成调控信息参数的采集；执行单元2由DC-DC电路和太阳能应用模块组成，主要完成太阳能的应用；FPGA单元3由FPGA模块、时钟模块和报警模块组成，主要完成整个电路的控制和各种策略的执行以及和上位监控机通信；上位监控机4主要通过软件里面的专家系统对控制器进行策略指令控制；信号调理单元5主要应用FPAA技术设计各种需求的调理电路。光伏电池组单元I将采集的温度、光照强度、电池功率参数传输给FPGA单元2，FPGA单元2芯片内部的编码电路对输入的信号进行编码，然后传输给信号调理电路5在FPGA单元2内部控制电路的控制下对传感器信号进行分时调理，调理后的信号返回到FPGA单元2内部的控制模块为后边热岛效应和MPPT控制判断做参考；当某一个温度传感器的温度明显高于其他温度传感器时，可以判定此光伏电池被遮挡，FPGA单元控制模块发出控制信号给译码模块控制数控双向开关多热岛电池进行处理。如图2所示，数控双向开关默认状态接通1，将数控双控打到2将被遮挡的电池从光伏电池阵列中断路开进行保护。FPGA单元2接收到调理后的功率信号后发送给MPPT算法模块并结合上位监控机4和时钟模块发来的时间参考信息对MPPT算法进行选择并运算，运算好的的参数传输个PWM模块对脉冲参数进行调制，然后传输到信号保持模块对执行单元进而实现集中控制，减少电路面积和器件能量消耗；通过上位监控机单元4专家系统判断遮挡情况，如果遮挡是恒久时警报模块发出警报信号提醒管理员进行遮挡处理，以保持光伏电池稳定、持久工作。控制器主要通过超大规模集成芯片FPGA实现的，FPGA芯片内部主要设计编码器、译码器、控制器、PWM信号发生器模块、MPPT算法模块、信号保存模块，应用FPGA高频特性对传感器的采集及执行单元的控制实行分时控制以减少电子器件的应用；同时信号调理电路应用新颖的超大规模的FPAA芯片来设计；这很好的减少电路面积和降低电路电能消耗。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消除串联太阳能电池热岛效应的柔性智能控制器，包括光伏电池组单元（1）、执行单元（2）、FPGA单元（3）、上位监控机（4）和信号调理单元（5），其中：光伏电池组单元（1）用于完成调控信息参数的采集；执行单元（2）用于完成太阳能的应用；FPGA单元（3）用于完成整个电路的控制、各种策略的执行以及上位监控机通信；上位监控机（4）用于通过软件里面的专家系统对控制器进行策略指令控制；信号调理单元（5）用于对各种传感器信号根据不同器件的需求进行相应的调理。

【技术特征摘要】
1.一种消除串联太阳能电池热岛效应的柔性智能控制器，包括光伏电池组单元(I)、执行单元(2 )、FPGA单元(3 )、上位监控机(4)和信号调理单元(5 )，其中光伏电池组单元(I)用于完成调控信息参数的采集；执行单元(2)用于完成太阳能的应用；FPGA单元(3)用于完成整个电路的控制、各种策略的执行以及上位监控机通信；上位监控机(4)用于通过软件里面的专家系统对控制器进行策略指令控制；信号调理单元(5)用于对各种传感器信号根据不同器件的需求进行相应的调理。2.根据权利要求1所述的一种消除串联太阳能电池热岛效应的柔性智能控制器，其特征在于所述光伏电池组单元(I)包括温度传感器、光照传感器、电池功率测量传感器和数控双向开关；所述数控双向开关与光伏电池串联并由FPGA单元控制；所述温度传感器的数量比光伏电池多一个，其中一个温度传感器用于测定周围环境的温度，其他温度传感器分别测量各个光伏电池的温度，通过温度的明显差异来定位出现热岛效应的电池，然后通过控制相应数控双向开关断路出现热岛效应的光伏电池，并通过上位监控机(5)智能判断热岛效应的原因做相应的排除操作。3.根据权利要求1所述的一种消除串联太阳能电池热岛效应的柔性智能控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱正伟，孙广辉，冯瑞如，毛生，张丹，鲍海虹，
申请(专利权)人：常州大学，常熟市森源电气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：