談分布式光伏電站充電樁設計
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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換成為電能。本文主要圍繞分布式光伏電站充電樁的設計分析而展開。
關鍵詞：分布式光伏電站；充電樁；設計分析
1光伏電站概述
光伏電站雖在上個世紀就已被應用，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使用，主要在航空領域中發(fā)揮作用。在科技發(fā)展的背景下，光伏電站也逐漸被應用到了通信和建筑等多個領域中，并達到了良好的社會效果。理論上可將光伏系統(tǒng)分為兩種層次：一是離網形式，即與電網無電氣連接的系統(tǒng)，這種應用系統(tǒng)因成本較低、電能質量不高等問題，主要應用在經濟條件發(fā)展較為落后的偏遠地區(qū)山村等，或是一些電力網狀系統(tǒng)普及不全面的地點；二是并網形式，即與電網直接相連的光伏系統(tǒng)，在這種運行模式下，供電部門根據(jù)光伏系統(tǒng)與電網運行情況對集中和分布式管理進行精確預調節(jié)，進而保證工作效率和產品的質量安全保障系數(shù)[1]。
2明確工作環(huán)節(jié)，強化光伏發(fā)電系統(tǒng)設計
光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是由采集電路、光伏電池及驅動電池等多個零件工作組成的，不同零件的工作屬性和工作性能存在一定差異，受設計人員對零件功能掌握程度不高等多種因素影響，導致光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計難以在最大限度上保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全可靠性，因此需從明確設計工作步驟和流程的角度切實提高工作效率，保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計正確，進而才能保證在投運后獲得穩(wěn)定的電源供應。例如保證設計工作流程的科學合理性，首先需設計人員掌握相關設備原理，合理設計相關主接線，保證在光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運行時對光伏發(fā)電設備在正常穩(wěn)定的工作狀態(tài)下產生的電壓和電流情況進行收集和數(shù)據(jù)反饋，將運行數(shù)據(jù)進行記錄和保存。對光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計的核心是控制邏輯。在正式開展設計工作前需就主控芯片的工作性能和設備等進行評測，在評測過程中如發(fā)現(xiàn)主控芯片在長期工作運行狀態(tài)下性能與標準指標存在差異，需將情況及時反饋并重新選型進而保證主控芯片的工作效率和精準度[2]。在光伏發(fā)電過程中，主控芯片將采集的相關數(shù)據(jù)信息進行計算，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)進行檢查，在最大限度上降低計算問題對整體流程的影響程度。
3提高設備管理，保證控制系統(tǒng)設計
控制系統(tǒng)直接影響著光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全運行，如圖1控制芯片作為整體控制系統(tǒng)的核心，需設計人員加強對控制芯片的重視程度，保證質量，防止因為制芯片質量問題影響到整個控制系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)的工作過程中包含多個設備的設置，需切實根據(jù)不同設備工作屬性對工作流程進行合理設計。例如Cortex-M3型號控制芯片，不僅包括兩個ADC，同時每一個ADC與16個模擬器相連產生對應效應，該種控制芯片同時具有兩個高級階段的定時器、兩個基礎性質的定時器及九個通信通口，這些組件通過彼此間的有機配合和組裝可有效提高控制芯片的延展性和實時應用性?？刂破髟诳刂葡到y(tǒng)中大多是指STM32型號的系統(tǒng)，其總體結構框架由電源和電路共同構成，就電路屬性和性能的差異可將其分復位電路和震蕩電路，這種控制器的電壓接口在最大限度上可承受較低電壓，在設計環(huán)節(jié)中需提高對接口電壓測量的重視程度，避免電壓過高導致控制器的內部結構遭到破壞。在控制器的內部結構之中，VDD和VSS間一般還可再加入一個電容器，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充的電容器也可起到臨時電源的作用為缺乏電量的芯片進行充電，保證設備的正常穩(wěn)定工作狀態(tài)，雖然電容器可起到臨時電源作用，但受到續(xù)航能力較低的影響，需及時調整進而保證芯片的電源供應。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)壓電路設計
穩(wěn)壓電路即直流母線對應的穩(wěn)壓電路，在設計環(huán)節(jié)中需對設備的內部結構進行分析判斷，以此來尋求出更加高效、耗能更低的設計方案。穩(wěn)壓電路的設計效果會直接影響到充電樁在運行狀態(tài)下的安全操作系數(shù)，需充分提高對穩(wěn)壓電路進行合理化設計的重視程度。因此需要提高監(jiān)控力度，當發(fā)現(xiàn)電源電壓出現(xiàn)問題時及時解決，以此來盡量降低影響。例如合理設計轉換器，進而增強對電路運行過程中穩(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，在實際操作過程中根據(jù)電路的工作情況靈活選用設備，如全橋電路、CSR整流器等。但在正式選用設備前需對設備進行測評，可將設計人員進行分組，分別對不同型號的設備就壽命時間、電壓的最大承受程度、穩(wěn)壓效果等多種方面進行測評，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備的數(shù)據(jù)反集中到一起，進而可更加形象具體地分析出不同設備間存在的相似點和差異性，可更加有效地針對實際工作環(huán)境選擇出適宜的設備。結果數(shù)據(jù)表明應用效果最好的是VIENNA整流器，其內部結構中相比其他設備更加簡易，綜合性質高，可在很大程度上降低電源無效損耗的影響程度，在應用這種整流器的背景下電路設計相對簡單，可應用性強。此外電源電壓的穩(wěn)定對設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備，應用傳感器可在今后的運行中實現(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，需及時對電源電壓進行控制，降低電源損耗。
5技術培訓，跟蹤軟件設計
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行過程中的安全系數(shù)。跟蹤軟件設計也顯得尤為重要。一般情況，充電樁在正常運行工作狀態(tài)下會發(fā)生不同程度的震蕩，會對充電樁的使用和維護造成影響，安全得不到保證。在這種情況下需增設算法，在最大限度上發(fā)揮跟蹤軟件的安裝和應用效果。例如可在跟蹤軟件中增加一個MPPT算法，將對充電樁發(fā)生震蕩過程中的強烈程度進行判定作為算法的核心內容，然后將數(shù)據(jù)內容進行匯總和分析。如發(fā)現(xiàn)震蕩程度較大，需聯(lián)系廠家及時采取補救措施，但如果程度較小、在可控范圍之內則可忽略不計。
6結語
目前使用的大部分分布式光伏電站充電樁仍處在初級發(fā)展階段，其設計工作和運行維護在實際應用過程中仍存在不少問題，但通過細化設計流程、提高設計人員的技術水平，可有效提高分布式光伏電站充電樁利用效率。
參考文獻
[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,2019,5.
[2]楊曉宇.基于區(qū)塊鏈的分布式能源調度與多元用戶交易方法研究[D].鄭州大學,2019.
[3]平健,嚴正,等.基于區(qū)塊鏈的分布式能源交易市場信用風險管理方法[J].中國電機工程學報,2019,24.
作者：楊超 張武焱 單位：湖北省電力勘測設計院有限公司
