【成功案例】基于国产32bit定点DSP的功率优化器设计方案, 提高发电量5~25%

时间： 2019-02-21 来源：进芯电子

技术问答

在光伏系统中，一般是多个组件串并联的方式构成光伏阵列。由于串并联的各个组件的电性参数不一致，组串发生部分遮挡，或者损伤等因素，导致系统输出功率减少，专业术语称之为“失配损失”，它将不同程度影响电站的发电量。

目前在组件端消除失配影响的解决方案之一为使用功率优化器，每一块光伏组件连接一个具有最大功率点跟踪功能的功率优化器，且每个光伏组件的输出接入至功率优化器模块的输入端。光伏优化器可根据串联电路需要，将低电流转化为高电流，最后将各功率优化器的输出端串联并接入汇流箱或逆变器。优化器监控并优化每块光伏电池板的电能，即使阵列中任意一块电池板出现失配问题时，其他电池板仍然能输出最大功率，因而能够补偿因失配问题而产生的发电量损失。

功率优化器原理

由电力电子技术原理可知，DC-DC变换器等效为匝比受占空比控制的直流变压器，为了获得光伏电池的最大功率，根据条件实时调整占空比，使DC-DC变换器的等效输入电阻等于最大功率点处的等效内阻，从而达到对最大功率点跟踪的目的，即实现光伏电池功率优化，如下图。

功率优化器系统框架

系统各部分电路设计

主电路拓扑为高效率四开关Buck-Boost结构，理论增益范围为0~+∞，能充分利用器件耐压极限，更宽范围实现最大功率点跟踪，拓扑原理图设计如下。

搭载进芯电子32bit定点DSP ADP32F03，丰富的外设资源使得系统设计更加精简，内部集成可编程LDO能直接对内核供电，明显减小原理图设计复杂度，PCB布板难度，且非常有利于降低系统成本。DSP强大的数据处理能力特别有助于完成复杂的MPPT算法，这将使本公司功率优化器最大功率点跟踪性能明显优于其他同类产品。120MHz超高主频进一步提升数据处理速度，因此DSP有更多时间上传大量的运行状态信息，并且储存异常，主控原理图设计如下。

本模块使用LM5101A半桥驱动芯片实现对4个MOSFET的驱动。根据芯片手册，VDD与VSS之间接10uf的X5R介质陶瓷电容，尽量靠近集成芯片，Boost桥臂部分的驱动原理图如下，Buck桥臂与Boost桥臂相同。

贴片后的实物PCB

连接方式：

串联模式

并联模式

串并混联模式

主要功能特点

采用ADP32F03 DSP主控芯片，数字PWM控制；组件级最大功率点跟踪, 转换效率最高可达99.5%, 提高发电量5~25%；直流电力载波通信，实时监控每块光伏组件运行状况，及时预警、报警；提升光伏系统的安全性，远程关断、消除高压危险；可以安装在新建或已建设的光伏电站系统上，支持多种安装方式；可根据需要增减组串中的组件数量，充分利用屋顶或地面。

主要参数指标：

额定输入功率300W；

最大输入电压55V，最大输入电流15A；

MPPT电压范围8-50V；

最大转换效率99.5% ；

最大功率点跟踪效率99.6%；

最大输出电压75V，最大输出电流15A；

过电压等级II级，防护等级IP65；

在10KVA光伏发电系统上改造，将光伏板分开为两组，一组连接组件级MPPT，另一组直接连接集中式逆变器，对比两组瞬时发电功率如下。

PV2为连接功率优化器之后的光伏组串功率，虽然当天光照较弱，总功率低，但除了在早晚光照强度特别地的时候，PV2功率均大于PV1功率，由此可见，功率优化器方案能很好解决光伏板失配问题。

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全部评论（18）

毛绒绒 Lv5. 技术专家 2019-11-20

学习
好运常伴吾 Lv8. 研究员 2019-04-01

都很好，学习。
康波周期 Lv7. 资深专家 2019-03-29

好好的
gshen Lv8. 研究员 2019-03-19

nice
古月工 Lv8. 研究员 2019-03-16

赞

每天学习一点点儿 Lv9. 科学家 2019-03-14

不错
Timm Lv9. 科学家 2019-03-14

学习了
康波周期 Lv7. 资深专家 2019-03-14

国产32位DSP
119 Lv7. 资深专家 2019-03-14

学习
ZHANGKK Lv7. 资深专家 2019-03-14

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