CN209327843U - 一种太阳能无人机的模块化控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型特别涉及一种模块化控制系统。一种太阳能无人机的模块化控制系统，包括若干个并联的控制模块，控制模块包括TPC模块，TPC模块输入源端与输入电压母线相连，TPC模块储能端与储能电压母线相连，TPC模块负载端与光伏阵列单元相连，TPC模块输入源端与负载端之间并联第一电压电流采样电路，TPC模块输入源端与输入电压母线之间连接功率控制电路，TPC模块储能端与储能电压母线之间连接第二电压电流采样电路、蓄电池充电均流控制电路、TPC模块输出电流保护电路，还包括连接于TPC模块负载端和光伏阵列单元之间的MPPT模块。本实用新型提出的技术方案可以有效降低现有方案中多级功率变换所带来的能量损失，提高系统的整体效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力技术领域，特别涉及一种模块化控制系统。
背景技术
太阳能飞机的能源系统主要包括：太阳能电池组、可充电电池组和控制器。其中控制器用来执行相关控制策略，主要作用是根据各部分的能量需求进行合理的能量调配，最大限度的利用可获得的太阳能。
目前，在新能源发电领域面临的最大的困难就是由于太阳能、风能等新能源发电系统存在电力供应不稳定、不连续和随环境变化等缺点，使得得到的电能很难直接被使用，这就促使了三端口变换器的诞生，独立运行的新能源发电系统需要配备一个具有一定容量的储能装置，从而使得供电电压能够稳定连续的输出，起到能量平衡和支撑作用。一个完整的三端口变换器包括主电源、储能装备、负载以及三端口功率调节系统。为了方便功率管理和控制，仅仅通过一个变换器就能够同时实现光伏源、蓄电池以及负载三者的统一控制，三端口变换器就是由此而来。三端口变换器具有很多优点，比如体积小成本低、可靠性高、功率密度高和效率高等，因此，在具有以上优点的前提下，研究出一种有所提高的、新型的三端口变换器不仅是如今业界讨论的热点，而且对实际应用也有很大的意义。
实用新型内容
本实用新型提供一种可以有效降低现有方案中多级功率变换所带来的能量损失，提高系统的整体效率，为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种太阳能无人机的模块化控制系统，包括若干个并联的控制模块，所述控制模块包括TPC模块，所述TPC模块输入源端与输入电压母线相连，所述TPC模块储能端与储能电压母线相连，所述TPC模块负载端与光伏阵列单元相连，所述TPC模块输入源端与负载端之间并联第一电压电流采样电路，所述TPC模块输入源端与输入电压母线之间连接功率控制电路，所述TPC模块储能端与储能电压母线之间连接第二电压电流采样电路，所述TPC模块储能端与储能电压母线之间连接蓄电池充电均流控制电路，所述TPC模块储能端与储能电压母线之间连接TPC模块输出电流保护电路，其特征在于还包括连接于TPC模块负载端和光伏阵列单元之间的MPPT模块，所述MPPT模块包括与所述光伏阵列单元相连的MPPT模块内第一电压采样电路和MPPT模块内第一电流采样电路，与所述MPPT模块内第一电流采样电路相连的BUCK电路，与所述buck电路输出端相连的MPPT模块内第二电压采样电路和MPPT模块内第二电流采样电路，所述MPPT模块内第一电压采样电路、MPPT模块内第一电流采样电路、MPPT模块内第二电压采样电路、MPPT模块内第二电流采样电路输出端均与TPC模块内控制器相连，所述TPC模块内控制器与驱动电路相连，所述驱动电路输出端与BUCK电路相连。
优选的是，还包括与所述储能电压母线相连的蓄电池，与输入电压母线相连的负载。
进一步优选的是，所述TPC模块内控制器采用DSP+CPLD的组合控制。其中，DSP是主控制器，主要负责运算和控制，并与各方进行数据通信。CPLD作为辅助逻辑控制器，主要负责过流保护和PWM输出的逻辑控制。
所述控制模块有多个，分别并联于所述储能电压母线和所述输入电压母线之间。
所述负载为无人机。
综上所述，本实用新型除了具有传统模块化结构设计的优点之外，不仅可以有效降低现有方案中多级功率变换所带来的能量损失，提高系统的整体效率，而且每个输入源段独立的MPPT模块可适应无人机在穿越阴影、多云天气等复杂飞机环境中的独立最大功率寻优。
附图说明
图1为本实用新型分布式模块化结构框图；
图2：本实用新型光伏MPPT模块结构框图；
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型提供一种可以有效降低现有方案中多级功率变换所带来的能量损失，提高系统的整体效率，为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种太阳能无人机的模块化控制系统，包括若干个并联的控制模块24，所述控制模块24包括TPC模块5，所述TPC模块5输入源端与输入电压母线10相连，所述TPC模块5储能端与储能电压母线9相连，所述TPC模块5负载端与光伏阵列单元1相连，所述TPC模块5输入源端与负载端之间并联第一电压电流采样电路22，所述TPC模块5输入源端与输入电压母线10之间连接功率控制电路7，所述TPC模块5储能端与储能电压母线9之间连接第二电压电流采样电路23，所述TPC模块5储能端与储能电压母线9之间连接蓄电池充电均流控制电路6，所述TPC模块5储能端与储能电压母线9之间连接TPC模块输出电流保护电路8，其特征在于还包括连接于TPC模块5负载端和光伏阵列单元1之间的MPPT模块11，所述MPPT模块11包括与所述光伏阵列单元1相连的MPPT模块11内第一电压采样电路25和MPPT模块内第一电流采样电路27，与所述MPPT模块内第一电流采样电路27相连的BUCK电路13，与所述buck电路13输出端相连的MPPT模块内第二电压采样电路26和MPPT模块内第二电流采样电路28，所述MPPT模块内第一电压采样电路25、MPPT模块内第一电流采样电路27、MPPT模块内第二电压采样电路26、MPPT模块内第二电流采样电路28输出端均与TPC模块内控制器16相连，所述TPC模块内控制器16与驱动电路12相连，所述驱动电路12输出端与BUCK电路13相连。
优选的是，还包括与所述储能电压母线9相连的蓄电池2，与输入电压母线10相连的负载3。
进一步优选的是，所述TPC模块内控制器采用DSP+CPLD的组合控制。其中，DSP是主控制器，主要负责运算和控制，并与各方进行数据通信。CPLD作为辅助逻辑控制器，主要负责过流保护和PWM输出的逻辑控制。采用TI公司的TMS320F28335作为电路的核心控制芯片，Altera EPM7128S(PLCC84)作为辅助逻辑控制器芯片。外界所有的电压信号和电流信号，都由DSP自身的AD口采集进DSP，作为DSP运算的依据。
MPPT模块主要通过Buck拓扑电路来实现对光伏阵列单元的最大功率寻优。光伏阵列单元的输出进入MPPT模块，电压采样电路和电流采样电路将其电压电流值传送给TPC模块的数字控制器，控制器输出PWM波，PWM波通过驱动电路驱动Buck电路中的开关管，通过控制Buck电路开关管的占空比，以达到阻抗匹配，实现每个光伏阵列单元最大功率点跟踪。
系统内每个TPC储能端包含蓄电池充电均流控制电路。当蓄电池处于放电状态时，对蓄电池端采取均流措施，每个TPC模块以相同功率对蓄电池放电。蓄电池端实现均流时，可以保证每个TPC模块储能端的电流方向始终一致，即储能端不会出现环流。
系统内每个TPC输入源端与输入电压母线之间包含功率控制电路7。通过MPPT模块11最大功率寻优后，分布式输入源端每个单独的输入功率实现对负载的输出功率控制。
所述控制模块24有多个，分别并联与所述储能电压母线9和所述输入电压母线10之间。
综上所述，本实用新型除了具有传统模块化结构设计的优点之外，不仅可以有效降低现有方案中多级功率变换所带来的能量损失，提高系统的整体效率，而且每个输入源段独立的MPPT模块可适应无人机在穿越阴影、多云天气等复杂飞机环境中的独立最大功率寻优。
Claims (4)
1.一种太阳能无人机的模块化控制系统，所述控制系统包括TPC模块，所述TPC模块输入源端与输入电压母线相连，所述TPC模块储能端与储能电压母线相连，所述TPC模块负载端与光伏阵列单元相连，所述TPC模块输入源端与负载端之间并联第一电压电流采样电路，所述TPC模块输入源端与输入电压母线之间连接功率控制电路，所述TPC模块储能端与储能电压母线之间连接第二电压电流采样电路，所述TPC模块储能端与储能电压母线之间连接蓄电池充电均流控制电路，所述TPC模块储能端与储能电压母线之间连接TPC模块输出电流保护电路，其特征在于还包括连接于TPC模块负载端和光伏阵列单元之间的MPPT模块，所述MPPT模块包括与所述光伏阵列单元相连的MPPT模块内第一电压采样电路和MPPT模块内第一电流采样电路，与所述MPPT模块内第一电流采样电路相连的BUCK电路，与所述buck电路输出端相连的MPPT模块内第二电压采样电路和MPPT模块内第二电流采样电路，所述MPPT模块内第一电压采样电路、MPPT模块内第一电流采样电路、MPPT模块内第二电压采样电路、MPPT模块内第二电流采样电路输出端均与TPC模块内控制器相连，所述TPC模块内控制器与驱动电路相连，所述驱动电路输出端与BUCK电路相连。
2.如权利要求1所述的一种太阳能无人机的模块化控制系统，其特征在于还包括与所述储能电压母线相连的蓄电池，与输入电压母线相连的负载。
3.如权利要求1所述的一种太阳能无人机的模块化控制系统，其特征在于所述TPC模块内控制器采用DSP+CPLD的组合控制，DSP是主控制器，主要负责运算和控制，并与各方进行数据通信，CPLD作为辅助逻辑控制器，主要负责过流保护和PWM输出的逻辑控制。
4.如权利要求1-3任意一一种太阳能无人机的模块化控制系统，其特征在于所述控制模块有多个，分别并联与所述储能电压母线和所述输入电压母线之间。
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