CN201974514U

CN201974514U - 基于tms320f2812的光伏阵列测试装置

Info

Publication number: CN201974514U
Application number: CN2010205928998U
Authority: CN
Inventors: 付青; 陈淑华; 马桂龙; 程光蕾; 刘凤杰; 吕文昭
Original assignee: National Sun Yat Sen University
Current assignee: Sun Yat Sen University; National Sun Yat Sen University
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2020-11-02

Abstract

本实用新型公开了一种基于TMS320F2812的光伏阵列测试装置。它采用高速的DSP控制芯片TMS320F2812对光伏阵列性能参数进行测试，运用预估算法根据现场测量数据确定光伏阵列在任意温度和照度条件下的光伏阵列性能参数，通过曲线拟合的方法得到光伏阵列的特征曲线，更确切地反映光伏阵列的实际工作状况，达到理想的设计效果。装置采用的DSP控制芯片TMS320F2812具有精度高、速度快、集成度高等特点，大大地提高了光伏阵列区域特性测试与预估的精度，提供高速的数据采样分析，完成复杂的数值运算，使装置小型化、轻便化，适用于广大地区光伏阵列的就地测量。该装置可以有效地评估光伏阵列的性能，便于光伏系统的研发、维护和利用。

Description

基于TMS320F2812的光伏阵列测试装置

技术领域

[0001] 本实用新型涉及一种基于TMS320F2812的光伏阵列区域特性测试装置，对光伏阵列区域特性或整个阵列的参数进行测定，属于光伏阵列测试技术领域。

背景技术

[0002] 随着经济持续高速增长，全球能源问题日益严峻，开发利用新绿色能源走可持续发展道路刻不容缓。太阳能这种优质的可再生新能源受到越来越多的关注，光伏阵列区域特性的测试、研究和开发也随之成为一个焦点问题。

[0003] 在太阳能光伏发电系统中，光伏阵列作为将太阳能转换成电能的装置无论从成本上还是功能上都占有重要的地位。因此合理配置光伏电池阵列，提高光伏阵列的利用效率，降低发电生产成本一直是光伏系统设计的重中之重。从理论上来说，光伏阵列是由若干光伏电池组件经过串、并联联接组合而成，因此其发电量应该是光伏电池组件发电量的总和。但在实际中光伏电池阵列的实际发电量却往往难以满足理论设计要求。这主要是由于影响光伏发电的因素相当多。就其内部原因来说，其影响因素包括光伏电池单体连接引起的联结损耗，以及随着光伏电池使用时间的延长电池损坏造成的电压不均衡等；而外界环境因素则包括阵列的高度、倾角、电池板的洁净程度等。就是对于同一块光伏阵列来说，外界环境温度、日照强度、风速等外界条件的变化，也均会引起光伏系统的发电量、系统效率等的变化。这一系列不确定的影响因素会导致理论设计合理的光伏系统，在实际运行时发电量与设计要求误差较大。因而对于任何的光伏系统都只能在具体实践中根据安装的实际环境条件确定真正的发电量和系统效率。如果对光伏阵列进行现场测量，获得光伏阵列在特定环境下的特性及其参数，结合安装环境的特点来分析和评价光伏阵列的设计，可达到更理想的设计效果。光伏阵列的现场测试结果是分析和评价光伏阵列发电效率的重要依据之一。换而言之，一个精确可靠实用的光伏阵列测试装置在光伏发电系统中是必不可少的。

[0004] 传统的光伏阵列测试方法多采用电阻现场测试法，一般采用可变功率电阻器，通过不断改变电阻，使光伏阵列的工作点随之改变，测量光伏阵列在一系列不同工作点下的输出电压和电流，获得光伏阵列的输出特性曲线。电阻现场测试方法虽然能够简单稳定地获得所测光伏阵列区域特性，但是在现场测量和分析光伏系统的阵列工作特性时，一般不会采用这种方式，因为它存在很多不足包括：测试大功率光伏阵列的功率电阻体积和重量都很大，不便现场测试；手动调节过程繁琐，而且仅能取有限点数使得测试过程不连续，加之外界环境条件的不稳定性，很难得到所需条件下的准确数据，导致特性曲线出现很大的误差；再者这种现场测试方式只能测量光伏系统在当前温度和照度条件下的光伏系统的特性曲线，无法预估光伏区域特性，不满足光伏发电系统设计的要求。

[0005] DSP芯片TMS320F2812是公司最近推出系列的新产品，是目前国际市场上较为先进、功能强大的位定点芯片。它具有数据信号处理能力，又具有强大的事件管理能力和嵌入式控制功能，特别适用于大批量数据处理的测控场合。实用新型内容

[0006] 本实用新型要解决的技术问题是采用电容快速充电测试法通过基于高速DSP芯片TMS320F2812来测试光伏阵列在特定环境下的局部特性和参数，提供一种计合理的光伏系统，在实际运行时发电量与设计要求误差较大。因而对于任何的光伏系统都只能在具体实践中根据安装的实际环境条件确定真正的发电量和系统效率。如果对光伏阵列进行现场测量，获得光伏阵列在特定环境下的特性及其参数，结合安装环境的特点来分析和评价光伏阵列的设计，可达到更理想的设计效果。光伏阵列的现场测试结果是分析和评价光伏阵列发电效率的重要依据之一。换而言之，一个精确可靠实用的光伏阵列测试装置在光伏发电系统中是必不可少的。

[0007] 传统的光伏阵列测试方法多采用电阻现场测试法，一般采用可变功率电阻器，通过不断改变电阻，使光伏阵列的工作点随之改变，测量光伏阵列在一系列不同工作点下的输出电压和电流，获得光伏阵列的输出特性曲线。电阻现场测试方法虽然能够简单稳定地获得所测光伏阵列区域特性，但是在现场测量和分析光伏系统的阵列工作特性时，一般不会采用这种方式，因为它存在很多不足包括：测试大功率光伏阵列的功率电阻体积和重量都很大，不便现场测试；手动调节过程繁琐，而且仅能取有限点数使得测试过程不连续，加之外界环境条件的不稳定性，很难得到所需条件下的准确数据，导致特性曲线出现很大的误差；再者这种现场测试方式只能测量光伏系统在当前温度和照度条件下的光伏系统的特性曲线，无法预估光伏区域特性，不满足光伏发电系统设计的要求。

[0008] DSP芯片TMS320F2812是公司最近推出系列的新产品，是目前国际市场上较为先进、功能强大的位定点芯片。它具有数据信号处理能力，又具有强大的事件管理能力和嵌入式控制功能，特别适用于大批量数据处理的测控场合。

实用新型内容

[0009] 本实用新型要解决的技术问题是采用电容快速充电测试法通过基于高速DSP芯片TMS320F2812来测试光伏阵列在特定环境下的局部特性和参数，提供一种种新的数据通信接口方式，它使得外围没备到计算机的连接更加高效、便利。USB接口不仅具有快速、即插即用、支持热插拔的特点，而且能同时连接多达127个外部设备，可以有效地解决PC机外围接口不足的问题。目前USB这一接口形式在微电子控制系统的设计中得到了广泛应用。在近期参与开发的数控系统中，应客户要求需要将USB接口引入到数控系统中。由于该USB数据通信接口设计仅是系统设计的一个很小的部分，如果仍采用传统的设计方法实现，那么将耗费较多的时间和精力，而且最终也未必能获得理想的效果。为了摆脱常规USB 数据接口设计的难度，加快系统开发进程，我们引入了基于FTM5BM的快速USB接口设计，使系统开发节奏加快，保证整套系统设计周期的缩短。FT245BM芯片的主要功能是在内部硬件逻辑的作用下实现USB串行数据格式与并行数据格式的双向转换。上位机（PC机）通过 USB接口与FTM5BM进行数据交换，FT245BM则通过并行方式与下位微控制器TMS320F2812

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[0010] 本实用新型所采用的技术方案如下：

[0011] 基于TMS320F2812的光伏阵列测试装置，主要包括电容快速充电主电路、数据采集控制单元（TMS320F2812)和数据显示模块、温度传感器[10]和用于实时测量当前日照强度的标准太阳能电池[11]，其特征在于：将光伏阵列[1]连接到由压敏电阻[2]、缓慢放电电阻[3]、充放电电容W]、快速放电电阻W]、功率开关[5]和[7]、电流传感器[8]和电压传感器[9]组成的电容快速充电主电路，所述电流传感器[8]和电压传感器[9]分别将电流和电压采样信号通过A/D转换送进数据采集单元TMS320F2812控制芯片[12]完成数据采集、分析和处理。

[0012] 本实用新型的大功率光伏阵列区域特性测试装置由电容快速充放电测试方法的主电路，数据采集控制处理单元（TMS320F28U)和数据显示模块上位机三部分组成。所述的主电路是主要由功率开关、充放电电容、电流传感器、电压传感器、快速充电电阻、慢速充电电阻、压敏电阻、标准太阳能电池模块、温度传感器等组成。光伏阵列通过电容快速充放电方法测试所得到的电流、电压的数据分别经过电流、电压传感器进入高速数据采集单元DSP(TMS320C28U)，在TMS320C2812内部通过计算机软件（C语言编程）控制完成A/D 模一数、数据存储和数据处理的工作，实时反映光伏阵列的特性。系统还配置温度传感器 AD590和标准太阳电池模块，实时测量当前日照强度和环境温度，这些数据也一并送入数据采集处理单元TMS320C2812进行处理，根据光伏阵列物理数学模型进行区域特性的推算预估，实现对任意环境下光伏阵列区域特性曲线的准确预估并在上位机或液晶显示模块以图形方式显示。数据采集单元与上位机是通过通用串行接口或USB通信模块连接的。

[0013] 本实用新型的技术效果在于：

[0014] 1.选用电容快速充电的光伏阵列测试方法，精确地反映光伏阵列的伏安特性；

[0015] 2.高速低损大容量的TMS320F2812作为数据采集控制单元，很好地满足测试系统对采样转换速度、数据存储容量和通讯功能等的要求；

[0016] 3.确定了实用合理的预估算法，根据实测的光伏阵列参数推算出任意环境下的性能参数，结合曲线拟合计算得出任意环境下的光伏阵列区域特性，并以适合的形式显示。

[0017] 4. DSP芯片运用FT245BM外扩USB接口与上位机通讯，提高系统通用性，并利用 USB为测试系统提供电源，系统更加轻巧。

附图说明

[0018] 图1是本实用新型的系统结构简图。

[0019] 图2是DSP软件程序的人机接口流程图。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图和实施例对本实用新型系统作进一步说明。

[0021] 如图1所示是本实用新型系统的一个实施例，光伏阵列[1]、压敏电阻[2]、缓慢放电电阻[3]、充放电电容W]、功率开关[5]、快速放电电阻W]、功率开关[7]、电流传感器 [8]、电压传感器[9]、温度传感器[10]、标准太阳能电池[11]、TMS320F2812控制芯片[12]、 USB通信模块[13]、标准键盘[14]、液晶显示模块[15]、上位机（PC机）[16]。其中标准太阳能电池[11]用来测定日照强度，结合温度传感器[10]可以将当前日照测定的光伏阵列特性曲线和参数转换至1000W/m2、25°C标准环境下的特性曲线和参数。在功率开关[7]断开后闭合功率开关[5]使充放电电容[4]提供的能量快速释放以便于下次测量。测试系统采用电容快速充电法。电容动态充电测量方式是设计光伏阵列对电容的充电控制主电路，通过测量充电过程中变化的电压电流来实现阵列伏安特性曲线。充电开始时，在功率开关 [7]闭合的瞬间，充电回路的电流为阵列的短路电流Is。。当充放电电容W]的充电电流I。最终为零时，此时电容电压V。等于阵列的开路电压V。。。测试系统通过电流传感器[8]和电压传感器[9]对电容的整个充电过程进行全程电压电流采样，这些采样点的组合就构成了当前环境条件下的光伏阵列伏安特性曲线。高速DSP(TMS320C2812)控制芯片[12]根据A/ D采样结果描绘出当前光伏阵列的特性曲线，并计算出标准状态下的特性曲线和参数，同时实时监测当前光照强度。计算机程序采用C语言编程，主要完成光伏阵列的特性参数存储和查询、光照强度的实时监测和统计等功能。

[0022] 在图2中显示了光伏阵列测试仪的功能。通过TMS320F2812芯片控制实现，可以灵活选择在上位机[16]或者液晶显示模块[15]显示。

Claims

1.基于TMS320F2812的光伏阵列测试装置，主要包括电容快速充电主电路、数据采集控制单元（TMS320F2812)和数据显示模块、温度传感器[10]和用于实时测量当前日照强度的标准太阳能电池[11]，其特征在于：将光伏阵列[1]连接到由压敏电阻[2]、缓慢放电电阻[3]、充放电电容W]、快速放电电阻W]、功率开关[5]和[7]、电流传感器[8]和电压传感器[9]组成的电容快速充电主电路，所述电流传感器[8]和电压传感器[9]分别将电流和电压采样信号通过A/D转换送进数据采集单元TMS320F2812控制芯片[12]完成数据采集、分析和处理。