分布式光伏电站充电桩设计

分布式光伏电站充电桩设计

张涛

（深圳永联能源工程技术有限公司深圳518000）

摘要：光伏发电是国内新能源开发的重要趋势之一，将太阳能等自然资源转换为可以供人们使用的电能是研究人员的主要研究任务，而充电桩的设计工作与其他传统的充电设备相比其复杂程度非常高。接下来，笔者将以充电桩设计为主要内容，从光伏发电的基本概述、光伏电路设计、控制系统设计、稳压电路设计、充电电路设计、跟踪软件设计等方面对其展开详细的论述。

关键词：分布式；光伏电站；充电桩设计

引言：

能源匮乏一直以来都是国内非常严峻的问题，针对这种情况，一些发电站通过合理地利用光伏发电的原理，将太阳能转换成可以供人们日常生活和工作使用的电能，光伏电站每年所生产的电能不仅解决了国内很多地区的供电紧张问题，同时还有效地节约了不可再生能源，将生态环保的理念落实在实处。光伏电站的发展历程离不开充电桩所作出的卓越贡献，笔者接下来将以充电桩设计作为切入点与大家共同探究光伏电站的技术要点，希望可以对相关设计人员有所裨益。

一、光伏发电概述

光伏电池在上世纪末就有所应用，但是由于该类型电池的制作成本相对来说比较昂贵，因此光伏电池最早被应用与航空领域，随着时代的发展又逐渐应用到了通信、路灯等建设项目中，并且也取得了不错的成效。从理论上来说，光伏系统主要分为两种不同的形式，一种是离网形式，顾名思义主要是指不接入电网的光伏系统，该形式的光伏系统常常被应用于一些发展相对落后的偏远山区以及一些电网难以普及的部分区域，与之相对应的则是并网形式，主要是指与电网相连接的光伏系统，该形式的光伏系统还可以根据其与电网的连接方式进一步分为集中式和分布式，本文主要进行探讨的则是分布式光伏发电。

二、充电桩设计

（一）光伏电路设计

光伏电路主要是由DC/AC、驱动电池、光伏电池、采集电路等构件所组成，该光伏电路在实际应用中的具体流程如下：第一，控制器先对设备在正常工作状态下的电压以及电流进行收集；第二，主控芯片将控制器所获取和收集的数据信息通过计算确定PWM的脉冲比例；第三，将PWM的脉冲信号警告过电流处理后直接用于控制开关管。目前市场上比较常见的光伏电路所使用的充电电压通常为300V左右，因此工作人员可以将该光伏电路的母线电压设置为400V，以求更好地提高该电路在运行时的稳定性。

（二）控制系统设计

控制系统在充电桩中有着非常重要的影响和意义，其设计要点主要体现在以下几点：第一，控制芯片，从客观的角度上来说，控制芯片相当于整个控制系统中的管理核心，因此其质量水平将会直接影响到整个控制系统最终所呈现出的控制效果，以Cortex-M3型号的控制芯片为例，其总共包含80个I/O端口和2个ADC，每一个ADC又对应着16个模拟器，除此之外，该控制芯片还具备2个高级定时器、2个基础定时器、4个通用定时器以及9个通信端口，通过这些构件可以更好地提高该控制芯片的延展性和实时性；二，控制器，控制系统中的控制器通常是指型号为STM32的系统，其主要是由电源和电路所组成的，区总电路可以更加细致地划分为震荡电路和复位电路，该控制器的电压接口可以接受4V的电压，在其内部结构中的VDD和VSS之间还可以连接一个100nF的电容器由于该电容器距离上述我们所提到的控制芯片非常近，因此在某些特殊情况下该电容也可以作为临时电源向控制芯片进行电量供应，以确保控制芯片可以保持正常的运行状态[1]；第三，引脚，引脚在整个控制系统中也有着不可或缺的重要作用，其主要作用体现在其所具备的复用特性上，众所周知，很多控制系统的显示屏通常都需要由16位并口的数据线作为接口引线，而控制系统中的PWN则使用引脚作为获取电流信息的主要途径，其传输信息数据的效率非常高，因此也受到了设计人员的广泛认可。

（三）稳压电路设计

这里所提到的稳压电路主要是指直流母线所对应的稳压电路，该电路的设计要点如下：第一，工作人员需要先使用DC/DC的转换器对稳压电路运行的稳定性进行有效的控制；第二，选择交流电作为该稳压电路的主要电源，并且可以根据实际运行情况在该稳压电路中适当地增加一些其他的电路结构，如CSR整流器、VIENNA整流器、全桥电路等等，其中应用效果最好的是VIENNA整流器，该类型整流器的应用优势在于其内部去结构中的控制器数量相对来说较少，有利于避免电能过分损耗，其设计电路比较简单，操作便捷性较强，因此该整流器的适用范围也比较广泛；第三，工作人员还可以将稳压电路中的输出端口加设传感器，通过这种方式来对直流电压进行实时的测量，并且在第一时间内将所测得的电压与标准的设计电压进行对比分析，以确保稳压电路处于正常的运行状态。

（四）充电电路设计

充电电路的控制方式有很多不同的种类，其中比较常见的有以下几种：第一，双极性，该类型的控制方式主要是指工作人员需要同时开启或者同时关闭2个开关管，然后根据充电电路的实际运行状态对驱动脉冲频率进行适当的调整，以此来有效地控制充电电路的电压；第二，有限双极性，从字面上来看，该类型的控制与上述双极性控制方式之间有着非常紧密的联系，该类型控制方法主要是在双极性的基础上进行了相应的改善，可以做到无需在同一时间内实现开关管的开启或者关闭；第三，不对称性，该类型控制方式比较常适用于一些功率较大的设备仪器中，其主要特征表现为当充电电路内的开关发生中断时，工作人员可以通过该控制方式对其进行互补调整，但是该调整所持续的时间会根据实际情况而略有不同[2]；第四，移向性，该控制方式主要是指充电电路中的前臂和后臂之间都需要经过半个周期市场的互补调整，然后借助波形平移的开关控制方式对充电电路中的输出电压进行有效的控制，提高充电电路的运行效率。

（五）跟踪软件设计

跟踪软件所跟踪的主要对象是指充电桩在使用过程中的最大功率，其在实际应用于过程中所起到的主要作用是对充电桩的运行安全性进行实时的检测，确保充电桩的使用安全，该跟踪软件的应用优势主要体在它可应用在一定程度上降低MPP周围发生震荡的概率，充电桩在正常运行的状态下通常会不可避免地产生震荡，而震荡现象会对该充电桩的使用造成一定的负面影响，降低其运行的稳定性，针对这种情况，设计人员便可以在跟踪软件中设定一个MPPT的算法，当充电桩发生震荡现象时系统会自动对震荡的强烈程度进行判定，若程度较大则采取相应的补救措施，若振动较小则可以忽略不计[3]。

三、结束语

总而言之，虽然现阶段国内所使用的充电桩仍然处于发展的初期阶段，其在光伏发电站实际应用过程中还存在着一些技术缺陷有待改善，但是笔者相信该项技术在相关研究人员的不断优化下，在不久之后，以光伏发电为基础的充电桩一定会在技术上取得巨大的突破，提供更加优质的新能源，这也正是我们所期待看到的结果。

参考文献：

[1]王以笑，崔丽艳，雷振锋等.分布式光伏电站区域智能调控系统的研究[J].电力系统保护与控制，2016，44（04）：118-122.

[2]陈游.我国充电桩设计要求及相关概述[J].智能建筑电气技术，2017，11（03）：139-142.

[3]张光雷.光伏交流充电桩设计及控制策略研究[D].吉林：东北电力大学，2018：134-137.