CN108695896A - 太阳能并网发电系统结构智能优化装置 - Google Patents

太阳能并网发电系统结构智能优化装置 Download PDF

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CN108695896A CN201810666981.1A CN201810666981A CN108695896A CN 108695896 A CN108695896 A CN 108695896A CN 201810666981 A CN201810666981 A CN 201810666981A CN 108695896 A CN108695896 A CN 108695896A
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李潇潇
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Abstract

太阳能并网发电系统结构智能优化装置属于太阳能光伏发电技术领域，尤其涉及一种太阳能并网发电系统结构智能优化装置。本发明提供一种太阳能并网发电系统结构智能优化装置。本发明包括开关量输出控制电路、485通信电路、辐照强度检测电路、键盘电路、LCD显示屏电路和主控CPU电路，其结构要点主控CPU电路的控制信号输出端口与开关量输出控制电路的控制信号输入端口相连，485通信电路的信号传输端口分别与主控CPU电路的信号传输端口、并网逆变器的信号传输端口相连，辐照强度检测电路的信号输出端口与主控CPU电路的信号输入端口相连，键盘电路的控制信号输出端口与主控CPU电路的控制信号输入端口相连。

Description

太阳能并网发电系统结构智能优化装置
技术领域
本发明属于太阳能光伏发电技术领域，尤其涉及一种太阳能并网发电系统结构智能优化装置。
背景技术
光伏并网电站通常由多个子发电单元构成，每个子发电单元都包含独立的光伏阵列和并网逆变器，除了有共同的电网接入点外各子发电单元相互之间没有关联。为简化系统并节省投资成本，这些子发电单元的电气设备配置往往相同，包括光伏阵列的容量和电压等级、并网逆变器的容量和型号等。光伏并网电站在运行中存在以下问题，包括：（1）在光照强度很差的条件下（例如早晨和傍晚时间段内），各子发电单元的光伏阵列直流输出功率小于并网逆变器的启动功率，并网逆变器处于待机状态，光伏阵列发出的微弱电能只能浪费掉；（2）在光照强度较差的条件下（例如阴天、沙尘、雾霾、雨雪等气象条件下），并网逆变器虽然开始工作，但由于并网逆变器在低功率区间运行时的逆变效率比在高功率区间低很多，导致整个光伏发电系统的光电转换效率降低，相当于损失了许多电能；（3）由于光伏阵列周围障碍物的阴影遮挡、各种杂物的覆盖、光伏电池板内部的隐裂等问题，导致某路子发电单元中的光伏阵列直流输出功率大幅降低，使该路中的并网逆变器工作在低功率区间，降低了该路的光电转换效率。上述各种问题都会导致光伏并网电站发电量的降低，而目前对于这些问题的研究较少，缺乏行之有效的技术来解决这些问题。
发明内容
本发明就是针对上述问题，提供一种太阳能并网发电系统结构智能优化装置。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括开关量输出控制电路、485通信电路、辐照强度检测电路、键盘电路、LCD显示屏电路、主控CPU电路，其结构要点主控CPU电路的控制信号输出端口与开关量输出控制电路的控制信号输入端口相连，485通信电路的信号传输端口分别与主控CPU电路的信号传输端口、并网逆变器的信号传输端口相连，辐照强度检测电路的信号输出端口与主控CPU电路的信号输入端口相连，键盘电路的控制信号输出端口与主控CPU电路的控制信号输入端口相连，LCD显示屏电路的信号传输端口分别与主控CPU电路的信号传输端口、LCD液晶显示屏的信号传输端口相连；所述键盘电路的控制信号输入端口与键盘的控制信号输出端口相连。
作为一种优选方案，本发明所述开关量输出控制电路为由主控CPU的IO口输出开关量控制信号，经过光耦隔离后控制主电气回路中的继电器，从而改变光伏并网发电系统的拓扑结构；
所述485通信电路为由主控CPU通过收发器芯片读取并网逆变器的逆变功率值；
所述辐照强度检测电路为由辐照强度检测芯片内部的光强度传感器检测环境辐照强度模拟信号，并将辐照强度模拟信号通过检测芯片内部的模数转换器变为数字信号。
作为另一种优选方案，本发明所述键盘电路和LCD显示屏电路的功能是设置结构智能优化装置的控制参数，包括巡检间隔时间、辐照强度阈值、逆变功率阈值、逆变器额定功率值，并通过LCD屏在线查看系统的工作状态和各参数的历史数据。
作为另一种优选方案，本发明所述主控CPU电路包括系统时钟电路、程序下载与在线仿真电路、主控CPU和电源转换电路，主控CPU端口分别与系统时钟电路端口、程序下载与在线仿真电路端口相连，电源转换电路为主控CPU和电路中其它需要3.3V电源供电的芯片供电。
作为另一种优选方案，本发明所述主控CPU采集环境辐照强度信号，读取并网逆变器的逆变功率值，实时改变光伏并网发电系统的拓扑结构。
作为另一种优选方案，本发明所述主控CPU采用PIC18F6620芯片U1。
作为另一种优选方案，本发明所述系统时钟电路包括电容C1、电容C2、晶振X1，晶振X1一端分别与电容C1一端、U1的39脚相连，电容C1另一端分别与地线、电容C2一端相连，电容C2另一端分别与晶振X1另一端、U1的40脚相连。
作为另一种优选方案，本发明所述电容C1、C2采用18pF电容，晶振X1采用10MHz晶振。
作为另一种优选方案，本发明所述程序下载与在线仿真电路包括电阻R1、电阻R2、二极管D1、电容C3、接插口J1，电阻R1一端分别与电源VCC3.3V、二极管D1阴极相连，电阻R1另一端分别与电容C3一端、二极管D1阳极、电阻R2一端相连，电容C3另一端接地，电阻R2另一端分别与接插口J1的1脚相连、U1的7脚相连，接插口J1的2脚分别与电源VCC3.3V、J1的6脚相连，接插口J1的3脚接地，接插口J1的4脚与U1的37脚相连，接插口J1的5脚与U1的42脚相连。
作为另一种优选方案，本发明所述电阻R1采用10K欧姆电阻，电阻R2采用1K欧姆电阻，二极管D1采用1N4148型二极管，电容C3采用0.1μF电容。
作为另一种优选方案，本发明所述电源转换电路包括电解电容C4和C7、电容C5和C6、电源转换芯片U2、接插口J2，电解电容C4的正极分别与电源VCC5V、电容C5一端、U2的3脚、接插口J2的1脚相连，电解电容C4的负极分别与电容C5另一端、U2的1脚、电容C6一端、电解电容C7的负极、接插口J2的2脚相连，U2的1脚接地，电解电容C7的正极分别与电容C6另一端、U2的2脚、电源VCC3.3V相连。
作为另一种优选方案，本发明所述电容C4、C7采用10μF电解电容，电容C5、C6采用0.1μF电容，电源转换芯片采用AMS1117-3.3。
作为一种优选方案，本发明所述辐照强度检测电路包括电容C8~C12、电阻R13~R27、辐照强度检测芯片U4~U8、接插口J4，电容C8一端分别与电源VCC3.3V、U4的1脚相连，电容C8另一端分别与U4的2脚、U4的3脚相连，U4的2脚接地，电阻R13一端分别与电源VCC3.3V、电阻R14一端、电阻R15一端相连，电阻R13另一端分别与U4的6脚、接插口J4的4脚、U1的35脚相连，电阻R14另一端分别与U4的5脚、接插口J4的3脚、U1的34脚相连，电阻R15另一端与U4的4脚相连，接插口J4的1脚与电源VCC3.3V相连，接插口J4的2脚接地；
电容C9一端分别与电源VCC3.3V、U5的1脚相连，电容C9另一端分别与U5的2脚、U5的3脚相连，U5的2脚接地，电阻R16一端分别与电源VCC3.3V、电阻R17一端、电阻R18一端相连，电阻R16另一端分别与U5的6脚、接插口J4的4脚、U1的35脚相连，电阻R17另一端分别与U5的5脚、接插口J4的3脚、U1的34脚相连，电阻R18另一端与U5的4脚相连；
电容C10一端分别与电源VCC3.3V、U6的1脚相连，电容C10另一端分别与U6的2脚、U6的3脚相连，U6的2脚接地，电阻R19一端分别与电源VCC3.3V、电阻R20一端、电阻R21一端相连，电阻R19另一端分别与U6的6脚、接插口J4的4脚、U1的35脚相连，电阻R20另一端分别与U6的5脚、接插口J4的3脚、U1的34脚相连，电阻R21另一端与U6的4脚相连；
电容C11一端分别与电源VCC3.3V、U7的1脚相连，电容C11另一端分别与U7的2脚、U7的3脚相连，U7的2脚接地，电阻R22一端分别与电源VCC3.3V、电阻R23一端、电阻R24一端相连，电阻R22另一端分别与U7的6脚、接插口J4的4脚、U1的35脚相连，电阻R23另一端分别与U7的5脚、接插口J4的3脚、U1的34脚相连，电阻R24另一端与U7的4脚相连；
电容C12一端分别与电源VCC3.3V、U8的1脚相连，电容C12另一端分别与U8的2脚、U8的3脚相连，U8的2脚接地，电阻R25一端分别与电源VCC3.3V、电阻R26一端、电阻R27一端相连，电阻R25另一端分别与U8的6脚、接插口J4的4脚、U1的35脚相连，电阻R26另一端分别与U8的5脚、接插口J4的3脚、U1的34脚相连，电阻R27另一端与U8的4脚相连。
作为另一种优选方案，本发明所述电容C8~C12采用0.1μF电容，电阻R13~R27采用10K欧姆电阻，辐照强度检测芯片采用MAX44009。
作为另一种优选方案，本发明所述键盘电路包括电阻R3～R8、排阻RA1、接插口J3，接插口J3的1～6脚分别与排阻RA1的2～7脚、U1的59～64脚对应连接，接插口J3的7脚通过电阻R3与U1的11脚相连，接插口J3的8脚通过电阻R4与U1的12脚相连，接插口J3的9脚通过电阻R5与U1的13脚相连，接插口J3的10脚通过电阻R6与U1的14脚相连，接插口J3的11脚通过电阻R7与U1的15脚相连，接插口J3的12脚通过电阻R8与U1的16脚相连，排阻RA1的1脚与电源VCC3.3V相连。
作为另一种优选方案，本发明所述电阻R3～R8采用20欧姆电阻，排阻RA1采用1K*6排阻。
作为另一种优选方案，本发明所述LCD显示屏电路包括电阻R9～R12、NPN三极管Q1、液晶显示屏U3，U3的12～18脚分别与U1的49～55脚对应相连，U3的19脚与U1的36脚相连，U3的20脚通过电阻R12分别与电阻R11一端、U3的4脚相连，电阻R11另一端分别与电源VCC3.3V、U3的3脚相连；
U3的21脚与NPN三极管Q1的发射极相连，NPN三极管Q1的集电极分别与电源VCC3.3V、电阻R9一端相连，电阻9另一端分别与电阻R10一端、U1的47脚相连，电阻R10另一端与NPN三极管Q1的基极相连；
U3的22、1、2脚接地，U3的11脚与U1的48脚相连，U3的10脚与U1的33脚相连，U3的5～8脚分别与U1的43～46脚对应连接。
作为另一种优选方案，本发明所述电阻R9、R10采用820欧姆电阻，电阻R11采用51K欧姆电阻，电阻R12采用6K欧姆电阻，NPN三极管Q1采用9014型三极管。
作为另一种优选方案，本发明所述键盘采用6×6的键盘。
作为另一种优选方案，本发明所述LCD液晶显示屏采用240×64像素的LCD液晶显示屏JM24064A。
作为另一种优选方案，本发明所述485通信电路包括SP3485芯片U9、电阻R28～R31、接插口J5，U9的1脚与U1的32脚相连，U9的2脚分别与U9的3脚、U1的30脚相连，U9的4脚与U1的31脚相连，电阻R28一端分别与电源VCC3.3V、U9的8脚相连，电阻R28另一端分别与电阻R31一端、U9的6脚相连，电阻R31另一端与接插口J5的1脚相连，电阻R29一端分别与U9的5脚、地线相连，电阻R29另一端分别与电阻R30一端、U9的7脚相连，电阻R30另一端与接插口J5的2脚相连。
作为另一种优选方案，本发明所述电阻R28～R29采用360欧姆电阻，电阻R30～R31采用20欧姆电阻。
作为另一种优选方案，本发明所述开关量输出控制电路包括TLP521-4芯片U10～U11、电阻R32～R38、接插口J6，U10的2、4、6、8脚分别与U1的1、2、3、4脚对应相连，U10的1脚通过电阻R32与电源VCC3.3V相连，U10的3脚通过电阻R33与电源VCC3.3V相连，U10的5脚通过电阻R34与电源VCC3.3V相连，U10的7脚通过电阻R35与电源VCC3.3V相连，U10的16、14、12、10脚均与接插口J6的1脚相连，U10的15、13、11、9脚分别与接插口J6的2～5脚对应相连，接插口J6的1脚与电源VOUT相连；
U11的2、4、6脚分别与U1的5、6、8脚对应相连，U11的1脚通过电阻R36与电源VCC3.3V相连，U11的3脚通过电阻R37与电源VCC3.3V相连，U11的5脚通过电阻R38与电源VCC3.3V相连，U11的16、14、12脚均与接插口J6的1脚相连，U11的15、13、11脚分别与接插口J6的6、7、8脚对应相连。
其次，本发明所述电阻R32～R38采用300欧姆电阻。
另外，本发明开始工作时，先用键盘设定系统初始参数，包括巡检间隔时间、辐照强度阈值Rth1和Rth2、逆变功率阈值Pth、逆变器额定功率值Pinv，然后进入循环程序执行步骤中。首先分别采集5路辐照强度值，采用去极值取平均的硬件滤波方法以得到更加准确的环境辐照强度值，即删除5路辐照强度值中的最大值和最小值，对剩余3路值取平均数作为环境辐照强度值R；如果R≦Rth1，表示环境辐照强度过低，各子发电单元的光伏阵列直流输出功率小于并网逆变器的启动功率，则闭合K1、K2、K3、K4，断开K5、K6、K7，将所有子单元光伏阵列汇流，由一台并网逆变器逆变发电；如果Rth1<R< Rth2，表示环境辐照强度较低，虽然各子发电单元的光伏阵列直流输出功率大于并网逆变器的启动功率，但并网逆变器工作在低功率区间，则闭合K1、K3、K4、K6，断开K2、K5、K7，将每两个子单元的光伏阵列汇流，由一台并网逆变器逆变发电；如果R≧Rth2，表示环境辐照强度较高，则闭合K4、K5、K6、K7，断开K1、K2、K3，各子单元光伏阵列解除关联，由各路并网逆变器分别发电；然后分别读取各并网逆变器的逆变功率Pi，对每路分别判断（Pelse-Pi）的绝对值是否大于Pth（其中Pelse代表除第i路以外其它各路逆变器逆变功率的平均值），如果大于Pth表示第i路子发电单元的光伏阵列故障；进一步判断(Pi+Pi+1)或(Pi+Pi-1)是否小于Pinv，如果小于Pinv表示第i路与相邻路的光伏阵列功率之和小于逆变器的额定功率，符合改变拓扑结构条件，则将第i路与相邻路的光伏阵列汇流，由一台并网逆变器逆变发电，例如第1路出现故障时，如果符合改变拓扑结构的条件，则第1路与第2路光伏阵列汇流后由第2路的逆变器执行并网逆变发电，闭合K1、K5、K6、K7，断开K2、K3、K4，以此类推；然后进入巡检间隔时间等待，等待时间结束后重复上述循环程序执行步骤对光伏并网发电系统进行拓扑结构优化。
本发明有益效果。
本发明包括开关量输出控制电路、485通信电路、辐照强度检测电路、键盘电路、LCD显示屏电路、主控CPU电路，通过辐照强度检测电路可实时检测环境辐照强度，通过485通信电路读取发电系统中的并网逆变器的逆变功率值，通过开关量输出控制电路控制电力回路中的继电器，从而改变光伏并网发电系统的拓扑结构，实现增加发电量、减少逆变器功率损耗、提高光伏发电系统的光电转换效率等作用。
本发明安装简便、低成本、安全可靠。
本发明使用时，将5个辐照强度检测电路固定在室外与光伏组件相同安装角度的平面上，不能受到遮挡，并分散布置；将并网逆变器的485通信口通过屏蔽双绞线与结构智能优化装置的485通信接口相连；将发电系统中并网逆变器前端和后端的继电器的输入控制端口通过线缆与结构智能优化装置的开关量输出控制端口相连。系统结构简单，对于光伏并网发电系统具有较好的适用性。结构智能优化装置成本低，对光伏并网发电系统的运行具有较大实用价值。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1为本发明的电路原理框图；
图2为本发明的具体电路原理图a；
图3为本发明的具体电路原理图b；
图4为本发明的具体电路原理图c；
图5为本发明的具体电路原理图d；
图6为本发明的控制程序流程框图。
具体实施方式
如图所示，本发明包括开关量输出控制电路、485通信电路、辐照强度检测电路、键盘电路、LCD显示屏电路和主控CPU电路，主控CPU电路的控制信号输出端口与开关量输出控制电路的控制信号输入端口相连，485通信电路的信号传输端口分别与主控CPU电路的信号传输端口和并网逆变器的信号传输端口相连，辐照强度检测电路的信号输出端口与主控CPU电路的信号输入端口相连，键盘电路的控制信号输出端口与主控CPU电路的控制信号输入端口相连，LCD显示屏电路的信号传输端口分别与主控CPU电路的信号传输端口、LCD液晶显示屏的信号传输端口相连；所述键盘电路的控制信号输入端口与键盘的控制信号输出端口相连。
所述开关量输出控制电路为由主控CPU输出开关量控制信号，经过光耦隔离后控制电力回路中的继电器，从而改变光伏并网发电系统的拓扑结构；
所述485通信电路为由主控CPU通过收发器芯片读取并网逆变器的逆变功率值；
所述辐照强度检测电路通过光强度传感器检测环境辐照强度，将辐照强度模拟信号通过芯片内部的模数转换器变为数字信号；
所述键盘电路和LCD显示屏电路的功能用于设置结构智能优化装置的控制参数，包括巡检间隔时间、辐照强度阈值、逆变功率阈值、逆变器额定功率值，并可以通过LCD屏在线查看系统的工作状态和各参数的历史数据。
本发明结构智能优化装置可在光照强度很差、光照强度较差、光伏阵列故障的情况下，改变光伏并网发电系统的拓扑结构，实现增加发电量、减少逆变器功率损耗、提高光伏发电系统的光电转换效率等作用。
采用定时巡检方法检测环境辐照强度和并网逆变器的逆变功率；通过判断辐照强度值所处的阈值区间范围及并网逆变器的逆变功率所处的阈值区间范围，从而对光伏并网发电系统的拓扑结构进行相应的改变。
所述主控CPU电路包括系统时钟电路、程序下载与在线仿真电路、主控CPU和电源转换电路，主控CPU端口分别与系统时钟电路端口、程序下载与在线仿真电路端口相连，电源转换电路为主控CPU和电路中其它需要3.3V电源供电的芯片供电。
所述主控CPU通过I2C通信接口采集环境辐照强度信号，通过串行通信接口读取并网逆变器的逆变功率值，通过IO口输出开关量控制信号。
所述主控CPU采用PIC18F6620芯片U1。PIC18F6620芯片通过I2C接口通信，通过串行接口通信，通过IO口输出开关量控制信号。本发明采用PIC18F6620作为CPU进行信号采集、数据处理与实时控制，该芯片的内部硬件资源最多可满足对9路光伏并网发电单元进行拓扑结构优化，如果需要同时对更多路光伏并网发电单元进行拓扑结构优化，可通过增加外围电路或选用内部硬件资源更多的芯片。
所述系统时钟电路包括电容C1、电容C2、晶振X1，晶振X1一端分别与电容C1一端、U1的39脚相连，电容C1另一端分别与地线、电容C2一端相连，电容C2另一端分别与晶振X1另一端、U1的40脚相连。
所述电容C1、C2采用18pF电容，晶振X1采用10MHz晶振。
所述程序下载与在线仿真电路包括电阻R1、电阻R2、二极管D1、电容C3、接插口J1，电阻R1一端分别与电源VCC3.3V、二极管D1阴极相连，电阻R1另一端分别与电容C3一端、二极管D1阳极、电阻R2一端相连，电容C3另一端接地，电阻R2另一端分别与接插口J1的1脚相连、U1的7脚相连，接插口J1的2脚分别与电源VCC3.3V、J1的6脚相连，接插口J1的3脚接地，接插口J1的4脚与U1的37脚相连，接插口J1的5脚与U1的42脚相连。
所述电阻R1采用10K欧姆电阻，电阻R2采用1K欧姆电阻，二极管D1采用1N4148型二极管，电容C3采用0.1μF电容。
所述电源转换电路包括电解电容C4和C7、电容C5和C6、电源转换芯片U2、接插口J2，电解电容C4的正极分别与电源VCC5V、电容C5一端、U2的3脚、接插口J2的1脚相连，电解电容C4的负极分别与电容C5另一端、U2的1脚、电容C6一端、电解电容C7的负极、接插口J2的2脚相连，U2的1脚接地，电解电容C7的正极分别与电容C6另一端、U2的2脚、电源VCC3.3V相连。
所述电容C4、C7采用10μF电解电容，电容C5、C6采用0.1μF电容，电源转换芯片采用AMS1117-3.3。
所述辐照强度检测电路包括电容C8~C12、电阻R13~R27、辐照强度检测芯片U4~U8、接插口J4，电容C8一端分别与电源VCC3.3V、U4的1脚相连，电容C8另一端分别与U4的2脚、U4的3脚相连，U4的2脚接地，电阻R13一端分别与电源VCC3.3V、电阻R14一端、电阻R15一端相连，电阻R13另一端分别与U4的6脚、接插口J4的4脚、U1的35脚相连，电阻R14另一端分别与U4的5脚、接插口J4的3脚、U1的34脚相连，电阻R15另一端与U4的4脚相连，接插口J4的1脚与电源VCC3.3V相连，接插口J4的2脚接地；
电容C9一端分别与电源VCC3.3V、U5的1脚相连，电容C9另一端分别与U5的2脚、U5的3脚相连，U5的2脚接地，电阻R16一端分别与电源VCC3.3V、电阻R17一端、电阻R18一端相连，电阻R16另一端分别与U5的6脚、接插口J4的4脚、U1的35脚相连，电阻R17另一端分别与U5的5脚、接插口J4的3脚、U1的34脚相连，电阻R18另一端与U5的4脚相连；
电容C10一端分别与电源VCC3.3V、U6的1脚相连，电容C10另一端分别与U6的2脚、U6的3脚相连，U6的2脚接地，电阻R19一端分别与电源VCC3.3V、电阻R20一端、电阻R21一端相连，电阻R19另一端分别与U6的6脚、接插口J4的4脚、U1的35脚相连，电阻R20另一端分别与U6的5脚、接插口J4的3脚、U1的34脚相连，电阻R21另一端与U6的4脚相连；
电容C11一端分别与电源VCC3.3V、U7的1脚相连，电容C11另一端分别与U7的2脚、U7的3脚相连，U7的2脚接地，电阻R22一端分别与电源VCC3.3V、电阻R23一端、电阻R24一端相连，电阻R22另一端分别与U7的6脚、接插口J4的4脚、U1的35脚相连，电阻R23另一端分别与U7的5脚、接插口J4的3脚、U1的34脚相连，电阻R24另一端与U7的4脚相连；
电容C12一端分别与电源VCC3.3V、U8的1脚相连，电容C12另一端分别与U8的2脚、U8的3脚相连，U8的2脚接地，电阻R25一端分别与电源VCC3.3V、电阻R26一端、电阻R27一端相连，电阻R25另一端分别与U8的6脚、接插口J4的4脚、U1的35脚相连，电阻R26另一端分别与U8的5脚、接插口J4的3脚、U1的34脚相连，电阻R27另一端与U8的4脚相连。
所述电容C8~C12采用0.1μF电容，电阻R13~R27采用10K欧姆电阻，辐照强度检测芯片采用MAX44009。
所述键盘电路包括电阻R3～R8、排阻RA1、接插口J3，接插口J3的1～6脚分别与排阻RA1的2～7脚、U1的59～64脚对应连接，接插口J3的7脚通过电阻R3与U1的11脚相连，接插口J3的8脚通过电阻R4与U1的12脚相连，接插口J3的9脚通过电阻R5与U1的13脚相连，接插口J3的10脚通过电阻R6与U1的14脚相连，接插口J3的11脚通过电阻R7与U1的15脚相连，接插口J3的12脚通过电阻R8与U1的16脚相连，排阻RA1的1脚与电源VCC3.3V相连。键盘电路通过接插口J3连接6×6的键盘。电阻R3～R8起到按键防抖功能。
所述电阻R3～R8采用20欧姆电阻，排阻RA1采用1K*6排阻。
所述LCD显示屏电路包括电阻R9～R12、NPN三极管Q1、液晶显示屏U3，U3的12～18脚分别与U1的49～55脚对应相连，U3的19脚与U1的36脚相连，U3的20脚通过电阻R12分别与电阻R11一端、U3的4脚相连，电阻R11另一端分别与电源VCC3.3V、U3的3脚相连；
U3的21脚与NPN三极管Q1的发射极相连，NPN三极管Q1的集电极分别与电源VCC3.3V、电阻R9一端相连，电阻9另一端分别与电阻R10一端、U1的47脚相连，电阻R10另一端与NPN三极管Q1的基极相连；
U3的22、1、2脚接地，U3的11脚与U1的48脚相连，U3的10脚与U1的33脚相连，U3的5～8脚分别与U1的43～46脚对应连接。
所述电阻R9、R10采用820欧姆电阻，电阻R11采用51K欧姆电阻，电阻R12采用6K欧姆电阻，NPN三极管Q1采用9014型三极管。
所述键盘采用6×6的键盘。
所述LCD液晶显示屏采用240×64像素的LCD液晶显示屏JM24064A。
所述485通信电路包括SP3485芯片U9、电阻R28～R31、接插口J5，U9的1脚与U1的32脚相连，U9的2脚分别与U9的3脚、U1的30脚相连，U9的4脚与U1的31脚相连，电阻R28一端分别与电源VCC3.3V、U9的8脚相连，电阻R28另一端分别与电阻R31一端、U9的6脚相连，电阻R31另一端与接插口J5的1脚相连，电阻R29一端分别与U9的5脚、地线相连，电阻R29另一端分别与电阻R30一端、U9的7脚相连，电阻R30另一端与接插口J5的2脚相连。
所述电阻R28～R29采用360欧姆电阻，电阻R30～R31采用20欧姆电阻。
所述开关量输出控制电路包括TLP521-4芯片U10～U11、电阻R32～R38、接插口J6，U10的2、4、6、8脚分别与U1的1、2、3、4脚对应相连，U10的1脚通过电阻R32与电源VCC3.3V相连，U10的3脚通过电阻R33与电源VCC3.3V相连，U10的5脚通过电阻R34与电源VCC3.3V相连，U10的7脚通过电阻R35与电源VCC3.3V相连，U10的16、14、12、10脚均与接插口J6的1脚相连，U10的15、13、11、9脚分别与接插口J6的2～5脚对应相连，接插口J6的1脚与电源VOUT相连；
U11的2、4、6脚分别与U1的5、6、8脚对应相连，U11的1脚通过电阻R36与电源VCC3.3V相连，U11的3脚通过电阻R37与电源VCC3.3V相连，U11的5脚通过电阻R38与电源VCC3.3V相连，U11的16、14、12脚均与接插口J6的1脚相连，U11的15、13、11脚分别与接插口J6的6、7、8脚对应相连。
由PIC18F6620的1～6、8七个引脚输出的开关量驱动光耦，从而控制光伏并网发电系统电气回路中的七个继电器。
所述电阻R32～R38采用300欧姆电阻。
如图6所示，本发明开始工作时，先用键盘设定系统初始参数，包括巡检间隔时间、辐照强度阈值Rth1和Rth2、逆变功率阈值Pth、逆变器额定功率值Pinv，然后进入循环程序执行步骤中。首先分别采集5路辐照强度值，采用去极值取平均的硬件滤波方法以得到更加准确的环境辐照强度值，即删除5路辐照强度值中的最大值和最小值，对剩余3路值取平均数作为环境辐照强度值R；如果R≦Rth1，表示环境辐照强度过低，各子发电单元的光伏阵列直流输出功率小于并网逆变器的启动功率，则闭合K1、K2、K3、K4，断开K5、K6、K7，将所有子单元光伏阵列汇流，由一台并网逆变器逆变发电；如果Rth1<R< Rth2，表示环境辐照强度较低，虽然各子发电单元的光伏阵列直流输出功率大于并网逆变器的启动功率，但并网逆变器工作在低功率区间，则闭合K1、K3、K4、K6，断开K2、K5、K7，将每两个子单元的光伏阵列汇流，由一台并网逆变器逆变发电；如果R≧Rth2，表示环境辐照强度较高，则闭合K4、K5、K6、K7，断开K1、K2、K3，各子单元光伏阵列解除关联，由各路并网逆变器分别发电；然后分别读取各并网逆变器的逆变功率Pi，对每路分别判断（Pelse-Pi）的绝对值是否大于Pth（其中Pelse代表除第i路以外其它各路逆变器逆变功率的平均值），如果大于Pth表示第i路子发电单元的光伏阵列故障；进一步判断(Pi+Pi+1)或(Pi+Pi-1)是否小于Pinv，如果小于Pinv表示第i路与相邻路的光伏阵列功率之和小于逆变器的额定功率，符合改变拓扑结构条件，则将第i路与相邻路的光伏阵列汇流，由一台并网逆变器逆变发电，例如第1路出现故障时，如果符合改变拓扑结构的条件，则第1路与第2路光伏阵列汇流后由第2路的逆变器执行并网逆变发电，闭合K1、K5、K6、K7，断开K2、K3、K4，以此类推；然后进入巡检间隔时间等待，等待时间结束后重复上述循环程序执行步骤对光伏并网发电系统进行拓扑结构优化。
本发明使用时，将5个辐照强度检测电路固定在室外与光伏组件相同安装角度的平面上，不能受到遮挡，并分散布置；将并网逆变器的485通信口通过屏蔽双绞线与结构智能优化装置的485通信接口相连；将发电系统中并网逆变器前端和后端的继电器的输入控制端口通过线缆与结构智能优化装置的开关量输出控制端口相连。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.太阳能并网发电系统结构智能优化装置，包括开关量输出控制电路、485通信电路、辐照强度检测电路、键盘电路、LCD显示屏电路和主控CPU电路，其特征在于主控CPU电路的控制信号输出端口与开关量输出控制电路的控制信号输入端口相连，485通信电路的信号传输端口分别与主控CPU电路的信号传输端口、并网逆变器的信号传输端口相连，辐照强度检测电路的信号输出端口与主控CPU电路的信号输入端口相连，键盘电路的控制信号输出端口与主控CPU电路的控制信号输入端口相连，LCD显示屏电路的信号传输端口分别与主控CPU电路的信号传输端口、LCD液晶显示屏的信号传输端口相连；所述键盘电路的控制信号输入端口与键盘的控制信号输出端口相连；
所述主控CPU电路包括系统时钟电路、程序下载与在线仿真电路、主控CPU和电源转换电路，主控CPU端口分别与系统时钟电路端口、程序下载与在线仿真电路端口相连，电源转换电路为主控CPU和电路中其它需要3.3V电源供电的芯片供电；
所述主控CPU采用PIC18F6620芯片U1；
所述系统时钟电路包括电容C1、电容C2、晶振X1，晶振X1一端分别与电容C1一端、U1的39脚相连，电容C1另一端分别与地线、电容C2一端相连，电容C2另一端分别与晶振X1另一端、U1的40脚相连；
所述程序下载与在线仿真电路包括电阻R1、电阻R2、二极管D1、电容C3、接插口J1，电阻R1一端分别与电源VCC3.3V、二极管D1阴极相连，电阻R1另一端分别与电容C3一端、二极管D1阳极、电阻R2一端相连，电容C3另一端接地，电阻R2另一端分别与接插口J1的1脚相连、U1的7脚相连，接插口J1的2脚分别与电源VCC3.3V、J1的6脚相连，接插口J1的3脚接地，接插口J1的4脚与U1的37脚相连，接插口J1的5脚与U1的42脚相连；
所述电源转换电路包括电解电容C4和C7、电容C5和C6、电源转换芯片U2、接插口J2，电解电容C4的正极分别与电源VCC5V、电容C5一端、U2的3脚、接插口J2的1脚相连，电解电容C4的负极分别与电容C5另一端、U2的1脚、电容C6一端、电解电容C7的负极、接插口J2的2脚相连，U2的1脚接地，电解电容C7的正极分别与电容C6另一端、U2的2脚、电源VCC3.3V相连。
2.根据权利要求1所述太阳能并网发电系统结构智能优化装置，其特征在于所述辐照强度检测电路为由辐照强度检测芯片内部的光强度传感器检测环境辐照强度模拟信号，并将辐照强度模拟信号通过检测芯片内部的模数转换器变为数字信号；
所述485通信电路为由主控CPU通过收发器芯片读取并网逆变器的逆变功率值；
所述开关量输出控制电路为由主控CPU的IO口输出开关量控制信号，经过光耦隔离后控制主电气回路中的继电器，从而改变光伏并网发电系统的拓扑结构。
3.根据权利要求1所述太阳能并网发电系统结构智能优化装置，其特征在于所述所述键盘电路和LCD显示屏电路的功能是设置结构智能优化装置的控制参数，包括巡检间隔时间、辐照强度阈值、逆变功率阈值、逆变器额定功率值，并通过LCD屏在线查看系统的工作状态和各参数的历史数据。
4.根据权利要求1所述太阳能并网发电系统结构智能优化装置，其特征在于所述主控CPU采集环境辐照强度值，读取并网逆变器工作状态参数值和输出开关量控制信号。
5.根据权利要求1所述太阳能并网发电系统结构智能优化装置，其特征在于所述电容C1、C2采用18pF电容，晶振X1采用10MHz晶振。
6.根据权利要求1所述太阳能并网发电系统结构智能优化装置，其特征在于所述电阻R1采用10K欧姆电阻，电阻R2采用1K欧姆电阻，二极管D1采用1N4148型二极管，电容C3采用0.1μF电容。
7.根据权利要求1所述太阳能并网发电系统结构智能优化装置，其特征在于所述所述辐照强度检测电路包括电容C8~C12、电阻R13~R27、辐照强度检测芯片U4~U8、接插口J4，电容C8一端分别与电源VCC3.3V、U4的1脚相连，电容C8另一端分别与U4的2脚、U4的3脚相连，U4的2脚接地，电阻R13一端分别与电源VCC3.3V、电阻R14一端、电阻R15一端相连，电阻R13另一端分别与U4的6脚、接插口J4的4脚、U1的35脚相连，电阻R14另一端分别与U4的5脚、接插口J4的3脚、U1的34脚相连，电阻R15另一端与U4的4脚相连，接插口J4的1脚与电源VCC3.3V相连，接插口J4的2脚接地；
电容C9一端分别与电源VCC3.3V、U5的1脚相连，电容C9另一端分别与U5的2脚、U5的3脚相连，U5的2脚接地，电阻R16一端分别与电源VCC3.3V、电阻R17一端、电阻R18一端相连，电阻R16另一端分别与U5的6脚、接插口J4的4脚、U1的35脚相连，电阻R17另一端分别与U5的5脚、接插口J4的3脚、U1的34脚相连，电阻R18另一端与U5的4脚相连；
电容C10一端分别与电源VCC3.3V、U6的1脚相连，电容C10另一端分别与U6的2脚、U6的3脚相连，U6的2脚接地，电阻R19一端分别与电源VCC3.3V、电阻R20一端、电阻R21一端相连，电阻R19另一端分别与U6的6脚、接插口J4的4脚、U1的35脚相连，电阻R20另一端分别与U6的5脚、接插口J4的3脚、U1的34脚相连，电阻R21另一端与U6的4脚相连；
电容C11一端分别与电源VCC3.3V、U7的1脚相连，电容C11另一端分别与U7的2脚、U7的3脚相连，U7的2脚接地，电阻R22一端分别与电源VCC3.3V、电阻R23一端、电阻R24一端相连，电阻R22另一端分别与U7的6脚、接插口J4的4脚、U1的35脚相连，电阻R23另一端分别与U7的5脚、接插口J4的3脚、U1的34脚相连，电阻R24另一端与U7的4脚相连；
电容C12一端分别与电源VCC3.3V、U8的1脚相连，电容C12另一端分别与U8的2脚、U8的3脚相连，U8的2脚接地，电阻R25一端分别与电源VCC3.3V、电阻R26一端、电阻R27一端相连，电阻R25另一端分别与U8的6脚、接插口J4的4脚、U1的35脚相连，电阻R26另一端分别与U8的5脚、接插口J4的3脚、U1的34脚相连，电阻R27另一端与U8的4脚相连。
8.根据权利要求1所述太阳能并网发电系统结构智能优化装置，其特征在于所述所述电容C8~C12采用0.1μF电容，电阻R13~R27采用10K欧姆电阻，辐照强度检测芯片采用MAX44009。
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