《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 模擬設(shè)計(jì) > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 基于PIC24FJ64的智能光伏匯流采集裝置設(shè)計(jì)及應(yīng)用
基于PIC24FJ64的智能光伏匯流采集裝置設(shè)計(jì)及應(yīng)用
摘要: 本文介紹一種基于PIC24FJ64的智能光伏AGF系列匯流采集裝置,,本裝置使用霍爾傳感器隔離測量來自光伏電池陣列的電流,,同時(shí)可以測量其輸出電壓,監(jiān)測匯流箱內(nèi)部的防雷器和直流斷路器的工作狀態(tài),、配有溫度,、風(fēng)速,,輻照等傳感器輸入接口,帶有接點(diǎn)輸出,,用于驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行機(jī)構(gòu),。
Abstract:
Key words :

  0引言

 
     伴隨著世界人口的不斷增長和城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn),化石能源日趨枯竭,,燃燒化石燃料所導(dǎo)致的環(huán)境污染日趨嚴(yán)重,。從而使太陽能這種清潔能源備受關(guān)注,太陽能是一種低密度的平面能源,,需要數(shù)量巨大的太陽能電池板陣列進(jìn)行串并聯(lián)組合來達(dá)到所需功率,,為了減少電池組件與逆變器之間的連接線和方便日后維護(hù),同時(shí)減少投資成本,,需要在直流側(cè)配置光伏陣列防雷匯流箱,、直流柜、逆變器,、按分段連接,、逐級(jí)匯流的方式進(jìn)行一次和二次匯流。

  本文介紹一種基于PIC24FJ64智能光伏AGF系列匯流采集裝置,,本裝置使用霍爾傳感器隔離測量來自光伏電池陣列的電流,,同時(shí)可以測量其輸出電壓,,監(jiān)測匯流箱內(nèi)部的防雷器和直流斷路器的工作狀態(tài)、配有溫度,、風(fēng)速,,輻照等傳感器輸入接口,帶有接點(diǎn)輸出,,用于驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行機(jī)構(gòu),。本裝置通過RS485總線與上位機(jī)通訊,用于接收計(jì)算機(jī)指令,,上傳檢測到的光伏電池陣列,、匯流箱組件和外部環(huán)境狀態(tài)。本裝置最多可監(jiān)測16路光伏電池組輸出電流,,并可以根據(jù)輸入電壓計(jì)算分相和合相功率,。本裝置帶有LED數(shù)碼顯示器和設(shè)定撥碼,用于查看數(shù)據(jù)和設(shè)定本裝置的通訊地址,、數(shù)據(jù)格式,、波特率等參數(shù)。

  1 電路設(shè)計(jì)原理     

  PIC24FJ64是MicroChip公司的一種改進(jìn)的哈佛架構(gòu)的高速16位低功耗單片機(jī),,在32M時(shí)鐘頻率時(shí)系統(tǒng)性能可達(dá)16MIPS,,17 位 x 17 位單周期硬件乘法器,最大可內(nèi)帶64k的FlashROM,,8k系統(tǒng)SRAM,,2 個(gè) 模塊,,2 個(gè)UART 模塊,、允許對(duì)許多外部I/O口功能進(jìn)行重新定義,增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性,。電路框圖見圖1

  1.1 電流輸入模塊 
  
  電流輸入模塊分成兩個(gè)8路模塊,,最多可以輸入16路的電池串列,電流采樣使用霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電流的隔離型測量,,霍爾效應(yīng)是指的是當(dāng)有一半導(dǎo)體薄片,,假設(shè)以三維空間的視角來看,在其Y軸方向施加一個(gè)一定強(qiáng)度的磁場,,在X軸方向通以電流,,則在此半導(dǎo)體薄片的Z軸方向會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢,該電動(dòng)勢就是霍爾電勢,,見圖2,,本霍爾傳感器采用單電源5V供電方式,在輸入最大輸入電流為-15A~+15A對(duì)應(yīng)輸出電壓為0~5V,?;魻杺鞲衅鞯妮敵鼋?入到一個(gè)8選一的模擬開關(guān),,由程序控制對(duì)8個(gè)輸入通道逐個(gè)掃描,模擬開關(guān)的輸出經(jīng)過一個(gè)RC濾波電路然后接入到A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS1110,ADS1110是TI公司的16位精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器,,寬工作電源2.7~5.5V,芯片內(nèi)置有5ppm/°C溫度系數(shù)的2.048V高精度電壓參考,,芯片內(nèi)置PGA,可以對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大,,放大倍數(shù)為1,、 2、4,、8倍,。芯片使用 總線接口最快速度可以達(dá)到400kHz(圖3)。

 

    電流輸入模塊上還具有輸入通道狀態(tài)指示,,使用雙色LED燈指示電池串列的斷線或正常工作狀態(tài),,雙色LED驅(qū)動(dòng)使用串入并出移位寄存器74HC595兩顆級(jí)聯(lián)使用,其中U33驅(qū)動(dòng)綠色LED管芯,,U36驅(qū)動(dòng)紅色管芯,。(圖4)

  1.2 顯示部分
 
  顯示部分電路使用串入并出移位寄存器74HC595兩顆級(jí)聯(lián)使用,其中U100的輸出作為數(shù)碼管的段碼,,U101輸出作為數(shù)碼管的位選信號(hào),,使用動(dòng)態(tài)顯示方式,逐個(gè)點(diǎn)亮數(shù)碼管,,數(shù)碼管的位選信號(hào)還作為按鍵的檢測功能,,CPU在“KEY”線輸出電平,當(dāng)某一位數(shù)碼管導(dǎo)通,,如果此時(shí)接在此數(shù)碼管選通線上的按鍵按下時(shí),,“KEY”線會(huì)被拉低,CPU就會(huì)檢測到一次按鍵事件,,再經(jīng)過按鍵消抖處理來防止多次觸發(fā)或誤判,。(圖5)

 

  1.3 外部開關(guān)量輸入電路

 

  外部開關(guān)量輸入電路帶有就地顯示LED燈D28,電路主要有U25,、R65,、Q3、R68形成一個(gè)恒流電路,,開關(guān)量輸入節(jié)點(diǎn)和檢測光耦的一次側(cè)串入到此恒流回路中,,此開關(guān)量檢測電路的優(yōu)點(diǎn)是可以接受接觸電阻達(dá)kΩ級(jí)的外部接點(diǎn)輸入或漏極開路方式的光耦輸入,以避免現(xiàn)場的環(huán)境因素導(dǎo)致的輸入接點(diǎn)氧化而造成采樣不到開關(guān)量輸入的情況(圖6),。

  1.4 撥碼開關(guān)輸入電路

  撥碼開關(guān)輸入電路用于設(shè)定本裝置的通訊地址,、通訊波特率、數(shù)據(jù)格式等參數(shù),使用一個(gè)八選一模擬開關(guān)U20,,對(duì)外部撥碼J12每一位進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描檢測,,撥碼開關(guān)輸入和開關(guān)量輸入的控制總線為共用結(jié)構(gòu),此方式的優(yōu)勢是節(jié)約CPU的IO口線,,缺點(diǎn)是程序處理稍復(fù)雜,,需要使用動(dòng)態(tài)掃描方式一路一路檢測(圖7)。

  1.5 外部模擬量輸入電路   

 

  外部模擬量輸入類型有DC 0~20mA,、DC 0~10V,、PT100、0~100mV,、DC 0~1000V,這些外部信號(hào)都先經(jīng)過外部分壓或分流處理調(diào)理成同一范圍的電壓信號(hào),,然后輸入到一個(gè)八選一的模擬開關(guān)U44,U44的輸出經(jīng)過運(yùn)放U45放大到A/D轉(zhuǎn)換器U46可接受的電壓范圍,,運(yùn)放U45使用5V單電源軌到軌運(yùn)放,,A/D轉(zhuǎn)換器使用ADS1110。電路工作時(shí)由程序控制將外部模擬信號(hào)逐路切換到輸出進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,,再由CPU讀取數(shù)據(jù)(圖8),。

  1.6 通訊方式

    通訊方式采用RS485方式,使用高速光耦實(shí)現(xiàn)電氣隔離,,由于 485接口芯片U20是半雙工結(jié)構(gòu),,本電路的特點(diǎn)是由發(fā)送數(shù)據(jù)控制485芯片的發(fā)送和接收,實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)數(shù)據(jù)流控制,,省略了一個(gè)流控制光耦,,簡化了軟硬件設(shè)計(jì)。降低了成本,。(圖9)

  1.7 電源部分
 
  電源模塊采用PI公司的TNY系列開關(guān)電源芯片,,輸入范圍為AC/DC 80-270V,電源共有3路輸出,,分別給光伏電池電壓采樣,,CPU,,通訊等部分電路提供電源,。

   2 產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)見表1 

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件流程見圖10

 

  4 安裝尺寸
 
  本裝置主要有核心板和匯流板組成,匯流板分為正極匯流板和負(fù)極匯流板具體尺寸見圖11,。

  5 應(yīng)用案例
 
  以一10MW光伏電站為例,,一只16路匯流箱需要采集16路電流、匯流后電池板電壓,、浪涌防雷器輔助接點(diǎn),。二次方案見圖12(a),一次方案見圖12(b),。

(a)                                                         (b)
圖12

6 結(jié)束語
 
  該產(chǎn)品已在西藏桑日光伏項(xiàng)目,、青海錫鐵山光伏項(xiàng)目,、南京某公司屋頂太陽能項(xiàng)目、上海某公司屋頂太陽能項(xiàng)目上得到應(yīng)用,,產(chǎn)生了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益,。
 

此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng),未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載,。