談分布式光伏電站充電樁設(shè)計(jì)

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摘要：分布式光伏發(fā)電站有效擺脫了地理位置的限制，有效的將分散的太陽能轉(zhuǎn)換成為電能。本文主要圍繞分布式光伏電站充電樁的設(shè)計(jì)分析而展開。

關(guān)鍵詞：分布式光伏電站；充電樁；設(shè)計(jì)分析

1光伏電站概述

光伏電站雖在上個(gè)世紀(jì)就已被應(yīng)用，但受制造成本昂貴等因素限制并沒有在大范圍程度上投入生產(chǎn)使用，主要在航空領(lǐng)域中發(fā)揮作用。在科技發(fā)展的背景下，光伏電站也逐漸被應(yīng)用到了通信和建筑等多個(gè)領(lǐng)域中，并達(dá)到了良好的社會(huì)效果。理論上可將光伏系統(tǒng)分為兩種層次：一是離網(wǎng)形式，即與電網(wǎng)無電氣連接的系統(tǒng)，這種應(yīng)用系統(tǒng)因成本較低、電能質(zhì)量不高等問題，主要應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)條件發(fā)展較為落后的偏遠(yuǎn)地區(qū)山村等，或是一些電力網(wǎng)狀系統(tǒng)普及不全面的地點(diǎn)；二是并網(wǎng)形式，即與電網(wǎng)直接相連的光伏系統(tǒng)，在這種運(yùn)行模式下，供電部門根據(jù)光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)運(yùn)行情況對集中和分布式管理進(jìn)行精確預(yù)調(diào)節(jié)，進(jìn)而保證工作效率和產(chǎn)品的質(zhì)量安全保障系數(shù)[1]。

2明確工作環(huán)節(jié)，強(qiáng)化光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是由采集電路、光伏電池及驅(qū)動(dòng)電池等多個(gè)零件工作組成的，不同零件的工作屬性和工作性能存在一定差異，受設(shè)計(jì)人員對零件功能掌握程度不高等多種因素影響，導(dǎo)致光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難以在最大限度上保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全可靠性，因此需從明確設(shè)計(jì)工作步驟和流程的角度切實(shí)提高工作效率，保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正確，進(jìn)而才能保證在投運(yùn)后獲得穩(wěn)定的電源供應(yīng)。例如保證設(shè)計(jì)工作流程的科學(xué)合理性，首先需設(shè)計(jì)人員掌握相關(guān)設(shè)備原理，合理設(shè)計(jì)相關(guān)主接線，保證在光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)對光伏發(fā)電設(shè)備在正常穩(wěn)定的工作狀態(tài)下產(chǎn)生的電壓和電流情況進(jìn)行收集和數(shù)據(jù)反饋，將運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和保存。對光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心是控制邏輯。在正式開展設(shè)計(jì)工作前需就主控芯片的工作性能和設(shè)備等進(jìn)行評測，在評測過程中如發(fā)現(xiàn)主控芯片在長期工作運(yùn)行狀態(tài)下性能與標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)存在差異，需將情況及時(shí)反饋并重新選型進(jìn)而保證主控芯片的工作效率和精準(zhǔn)度[2]。在光伏發(fā)電過程中，主控芯片將采集的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行計(jì)算，確定出PWM的脈沖比例，從而控制輸出電壓。在這過程中如脈沖比例與正常情況下脈沖比例存在較大出入，首先需對主控系統(tǒng)進(jìn)行檢查，在最大限度上降低計(jì)算問題對整體流程的影響程度。

3提高設(shè)備管理，保證控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)直接影響著光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全運(yùn)行，如圖1控制芯片作為整體控制系統(tǒng)的核心，需設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)對控制芯片的重視程度，保證質(zhì)量，防止因?yàn)橹菩酒|(zhì)量問題影響到整個(gè)控制系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)的工作過程中包含多個(gè)設(shè)備的設(shè)置，需切實(shí)根據(jù)不同設(shè)備工作屬性對工作流程進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。例如Cortex-M3型號(hào)控制芯片，不僅包括兩個(gè)ADC，同時(shí)每一個(gè)ADC與16個(gè)模擬器相連產(chǎn)生對應(yīng)效應(yīng)，該種控制芯片同時(shí)具有兩個(gè)高級(jí)階段的定時(shí)器、兩個(gè)基礎(chǔ)性質(zhì)的定時(shí)器及九個(gè)通信通口，這些組件通過彼此間的有機(jī)配合和組裝可有效提高控制芯片的延展性和實(shí)時(shí)應(yīng)用性?？刂破髟诳刂葡到y(tǒng)中大多是指STM32型號(hào)的系統(tǒng)，其總體結(jié)構(gòu)框架由電源和電路共同構(gòu)成，就電路屬性和性能的差異可將其分復(fù)位電路和震蕩電路，這種控制器的電壓接口在最大限度上可承受較低電壓，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中需提高對接口電壓測量的重視程度，避免電壓過高導(dǎo)致控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞。在控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)之中，VDD和VSS間一般還可再加入一個(gè)電容器，起到緩沖的效果[3]。考慮到控制芯片彼此間的距離較近，因此在特殊情況下補(bǔ)充的電容器也可起到臨時(shí)電源的作用為缺乏電量的芯片進(jìn)行充電，保證設(shè)備的正常穩(wěn)定工作狀態(tài)，雖然電容器可起到臨時(shí)電源作用，但受到續(xù)航能力較低的影響，需及時(shí)調(diào)整進(jìn)而保證芯片的電源供應(yīng)。一般情況下，控制系統(tǒng)的顯示屏幕大多數(shù)采用的接口引線都是16位的數(shù)據(jù)線，作為獲取外源信息的主要途徑和方式，有著高效的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，可以明顯提高工作效率。

4提高監(jiān)控防范力度，保證穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)

穩(wěn)壓電路即直流母線對應(yīng)的穩(wěn)壓電路，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中需對設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析判斷，以此來尋求出更加高效、耗能更低的設(shè)計(jì)方案。穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)效果會(huì)直接影響到充電樁在運(yùn)行狀態(tài)下的安全操作系數(shù)，需充分提高對穩(wěn)壓電路進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)的重視程度。因此需要提高監(jiān)控力度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電源電壓出現(xiàn)問題時(shí)及時(shí)解決，以此來盡量降低影響。例如合理設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換器，進(jìn)而增強(qiáng)對電路運(yùn)行過程中穩(wěn)定性的控制程度，然后將穩(wěn)壓電路的主要電力來源選定為交流電，在實(shí)際操作過程中根據(jù)電路的工作情況靈活選用設(shè)備，如全橋電路、CSR整流器等。但在正式選用設(shè)備前需對設(shè)備進(jìn)行測評，可將設(shè)計(jì)人員進(jìn)行分組，分別對不同型號(hào)的設(shè)備就壽命時(shí)間、電壓的最大承受程度、穩(wěn)壓效果等多種方面進(jìn)行測評，并將測評中獲得的數(shù)據(jù)信息歸納和統(tǒng)一反饋，通過折線圖的方式將多種設(shè)備的數(shù)據(jù)反集中到一起，進(jìn)而可更加形象具體地分析出不同設(shè)備間存在的相似點(diǎn)和差異性，可更加有效地針對實(shí)際工作環(huán)境選擇出適宜的設(shè)備。結(jié)果數(shù)據(jù)表明應(yīng)用效果最好的是VIENNA整流器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中相比其他設(shè)備更加簡易，綜合性質(zhì)高，可在很大程度上降低電源無效損耗的影響程度，在應(yīng)用這種整流器的背景下電路設(shè)計(jì)相對簡單，可應(yīng)用性強(qiáng)。此外電源電壓的穩(wěn)定對設(shè)備的使用有著直接影響，可在穩(wěn)壓電路中的輸出口端增加傳感器的設(shè)備，應(yīng)用傳感器可在今后的運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)對直流電壓的監(jiān)控。在監(jiān)控過程中如果直流電壓出現(xiàn)異常情況，需及時(shí)對電源電壓進(jìn)行控制，降低電源損耗。

5技術(shù)培訓(xùn)，跟蹤軟件設(shè)計(jì)

充電樁在工作中采集的主要參數(shù)是充電樁承受的最大功率，對最大功率的監(jiān)控能起到有效提高充電樁運(yùn)行過程中的安全系數(shù)。跟蹤軟件設(shè)計(jì)也顯得尤為重要。一般情況，充電樁在正常運(yùn)行工作狀態(tài)下會(huì)發(fā)生不同程度的震蕩，會(huì)對充電樁的使用和維護(hù)造成影響，安全得不到保證。在這種情況下需增設(shè)算法，在最大限度上發(fā)揮跟蹤軟件的安裝和應(yīng)用效果。例如可在跟蹤軟件中增加一個(gè)MPPT算法，將對充電樁發(fā)生震蕩過程中的強(qiáng)烈程度進(jìn)行判定作為算法的核心內(nèi)容，然后將數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行匯總和分析。如發(fā)現(xiàn)震蕩程度較大，需聯(lián)系廠家及時(shí)采取補(bǔ)救措施，但如果程度較小、在可控范圍之內(nèi)則可忽略不計(jì)。

6結(jié)語

目前使用的大部分分布式光伏電站充電樁仍處在初級(jí)發(fā)展階段，其設(shè)計(jì)工作和運(yùn)行維護(hù)在實(shí)際應(yīng)用過程中仍存在不少問題，但通過細(xì)化設(shè)計(jì)流程、提高設(shè)計(jì)人員的技術(shù)水平，可有效提高分布式光伏電站充電樁利用效率。

參考文獻(xiàn)

[1]王夢珂,劉峰,等.基于區(qū)塊鏈充電樁的分布式能源解決方案[J].智能電網(wǎng),2019,5.

[2]楊曉宇.基于區(qū)塊鏈的分布式能源調(diào)度與多元用戶交易方法研究[D].鄭州大學(xué),2019.

[3]平健,嚴(yán)正,等.基于區(qū)塊鏈的分布式能源交易市場信用風(fēng)險(xiǎn)管理方法[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2019,24.

作者：楊超 張武焱 單位：湖北省電力勘測設(shè)計(jì)院有限公司