探究太阳能逆变器控制系统的RTOS软件开发

2013 NO.23SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯探究太阳能逆变器控制系统的RTOS软件开发

韩国强

(国电太阳能系统科技(上海)有限公司 上海 200062)

摘 要:RTOS即实时操作系统,以嵌入式系统软件特点为切入点,进行的对太阳能逆变器控制系统的软件开发。该种软件开发需要遵循相关标准的流程规定,并且对系统的需求进行全面的分析,使其能够建立在TI-BIOS实时操作系统的基础上。经过实验证明,该种软件具有周期短、可靠性高、移植性强的特点,是太阳能逆变器控制系统的突破创新。本文以其需求作为出发点,将TI-BIOS系统平台作为基础,进行的对太阳能逆变器控制系统软件开发的分析。关键词:太阳能逆变器 控制系统 RTOS软件中图分类号:TP31文献标识码:A文章编号:1672-3791(2013)08(b)-0001-02

随着时代的发展和科技的创新,软件系统的设计成为电力电子领域实现数字化的制约因素,对太阳能控制系统的开发造成了很大的影响。在太阳能逆变器领域中,数字化控制成为该行业的新标准,但是这其中大多数系统都属于后台控制系统,因此在设计上需要花费过长的时间,而且移植性效果较差。除此之外,由于维护工作很难全面落实,因此目前不适合大规模进行开发。为了解决以上的问题,嵌入式系统和实时操作系统逐渐融入到该领域之中。

1 太阳能逆变器的整体控制系统

太阳能并网逆变器是光伏发电的核心部分,太阳能组件输出直流,通过智能汇流箱,直流汇集到逆变器是的直流输入端,逆变器的目的就是通过不同的激励方式实现不同的振荡逆变,把直流变成交流,再通过升压隔离变压器,交流控制柜,送电到电网。

为了提高太阳能的系统工作时间和能量产出,需要通过快速并准确的MPPT控制功能,通过扩展多个阵列来提升光伏电站千瓦产量,使这些阵列在最佳电压和电流级别下运行时间更长,这就需要对太阳能逆变器整体控制,通过对系统软件的开发,实现高效率的发电效率,并且还能降低成本。

太阳能逆变器的整体控制系统由DSP以及外围电路构成,主要形成控制系统、接触器、液晶显示电路、直流交流变换器。该系统能够在电网正常的情况下,将太阳能电池的直流电压进行转换,并且输送至电网中。该控制器能够对电网和电池板的电压和电流信号进行采集,并且转变成DSP的标准电压,一般在0～3V范围内。DSP能够对采集来的电力信号进行处理,并且根据状态的不同发出相应的操作指令,通过通讯接口与上位机的连接进行数据交换,从而通过远程监控实现对系统的管理。核心控制芯片控制器能够具有150MHz的处理速度以及32位浮点处理单元,除此之外还具备周期32位累加运算性能。此种高性能能够推动代码的开发,并且提高集成高级

控制器的浮点处理性能。3.1开发步骤

软件在设计之前要先对需求进行分2 控制系统软件的开发需求

析,在对系统需要实现的功能取得了解以控制器的开发需要遵从CMMI软件开后确定开发需要选定的硬件平台和软件平发的要求,采用瀑布开发模型进行具体的台。在选用软件平台时,要对操作系统进行设计。该软件的开发需要经过多个环节,主全面的考虑,操作系统需要具备实时性并要为分析需求、设计架构、安排细节、测试且要具有较高的支持程度,任务管理能力编码、测试集成、测试系统六个步骤。太阳需要满足微处理器运作的要求,网络功能能逆变器控制系统需要对直流电压以及电需要能够支持系统的应用,除此之外还需流进行实时检测,还要对电网的电压、频率要具有完备的开发环境。为了使设计开发以及输出电流进行控制。在实时系统中,一能够更加便利,可是利用TI-BIOS实时操作般通过状态变迁图对系统进行描述。并且系统。

在状态图设计的过程中,要全面考虑系统程序开发过程中要经历七个环节:要运行的过程,在状态图中要将系统状态全通过配置工具的应用来建立程序需要用到部罗列出来,其中非必须了解的内部状态的对象;对配置文件要进行保存,还要生成以及各种异常情况也需要包括在内。嵌入链接以及编译应用程序时所包含的文件;式系统软件的核心是状态转换,该软件需编写一个应用程序适用的框架,其编写序要满足并网型太阳能逆变器的要求。整个言可以是C语言或汇编语言,也可以是以上系统能够分为四个状态,分别为准备状态、语言的任意组合;编译和链接程序需要在检查状态、并网状态、故障状态。其中准备ccs环境下进行;应用程序的测试需要借助状态是指太阳能逆变器的电池电压在小于仿真器以及dsp/bios分析工具来进行;要对最低运行电压的状态下运作,并且运行过上述内容进行重复操作,直到程序运行正程要安全、无故障。处于检查状态时太阳能确为止;正式产品硬件开发后,要对配置文逆变器的电池电压需要在低于运行电压的件进行修改,直到能够支持产品的硬件运情况下运作,也需要确保运行无故障,并且行为止。还要检查接触器是否正常、对低阻抗是否3.2功能裁减

合乎标准。并网状态指的是接触器处于闭TI-BIOS实时操作系统能够通过图形合状态,该状态下太阳能逆变器能够向电化的配置工作对系统功能进行裁减,从而网传输能量。故障状态即在系统内部存在将软件内容尽可能的完善。在裁减过程中,硬件的损坏,或者存在操作故障。

要先新建以BIOS为基础的开发程序,并且在选择开发平台时对功能进行适当的裁3 基于TI-BIOS的软件构架设计

减,从而减少代码量。在调试阶段,real-太阳能逆变器的控制部分能够实现对timeanalysis以及RTDX能够对执行的程序软件系统的调式,还能控制并网发电对电进行分析,但是在产品代码中,以上两种功流波形的影响,能够按照电网的要求,实现能没有大的作用,因此可以对其进行裁减。低电压穿越功能。除此之外还可以对输出在配置文件建立以后,只要点击右键,则可功率和能量进行测量,从而实现对系统的以完成裁减操作。在配置操作中,能够将程保护、控制器与上位机之间的通信、液晶屏序进行分配,并且调整数据空间,打开硬中的显示等功能的运作。太阳能逆变器控制断、建立软中断、改变信号量等任务都可以系统的软件开发需要以TI-BIOS作为基通过简单的操作来完成。础,从而进行程序的设计以及软件的开发。3.3任务划分

其中需要将TI-BIOS的开发步骤、功能裁根据需求的不同,功能程序也有差别,减、任务分配作为参考,从而推动软件的开一般设计出的程序有A/D采样转换程序、

发和利用。

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式,当在键盘上按下键时,相关的键码将通过键盘编码集成电路传递给控制系统。

(3)显示模块:由两位七段数码管显示译码器组成。它将温度转换的数字量,即温度值并分别送入两位七段数码管显示。

(4)控制系统模块:系统采用MCS—51系列单片机。由时钟电路、复位电路等组成。接收键盘输入指令,与温度采集信号比

定位 2013 NO.23SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯较,做出升温、降温判断,发出控制指令。

(5)升温模块:由继电器接收控制系统指令,控制加热器加热。

(6)降温模块:分别采用自然通风、机械通风、辅助降温三种形式。自然通风,在室内设有侧窗和天窗故可以采用自然通风的方式来降温;机械通风,在室内顶部装有10台工业电扇,机械通风的方式来降温;辅助

降温,如在采用前两种方式无效时,在风扇下放置冰块,采用物理与机械结合的方式降温。

4 软件设计

4.1主程序流程图

温度控制系统的主程序流程图,温度控制系统采用温度传感器采集温度数据,再由模数转换器将温度转化为单片机可以处理的数据。本系统将温度总体控制在20℃～60℃之间,并且可以通过键盘输入要设定的温度值,并通过7段数码管显示出来。在整个系统的运行期间,有一个定时器T0中断每隔20ms扫描一次,用于当前温度与设定温度的比较,然后发出加温或降温的命令。

4.2升温、降温控制流程图(如图3)

装入初值 Y 比较的十位相同？ N 设定温度>测定温度？ N比较的个位相同？ Y 加热器停止工作 N 5 经费预算

系统采用简键盘输入、七段码显示、单片机控制、电阻加热、风扇及冰块降温,故硬件成本在3000元以内。

Y参考文献

[1]康华光.电子技术基础-模拟部分[M].4

开启降温风扇 版.北京:高等教育出版社,1999.[2]康华光.电子技术基础-数字部分[M].4

运送冰块降温 .com.cn. All Rights Reserved.Y设定温度>测定温度？ N 版.北京:高等教育出版社,1999.[3]谢自美.电子线路设计实验测试[M].武

汉:华中科技大学出版社,2000.[4]徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设

计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.

返回 加热器工作 图3 升温、降温控制流程图

(上接1页)

判断和保护程序、有效值计算程序、保护程序四种,以上程序能够实现状态的切换、算法的控制,还能够进行CAN通信和SCI485通信,完成信号的发送和接受。除此之外还能将各个功能程序进行合并和区分,从而创建多个任务。每一个任务都需要赋予不同的优先级,例如敏感的判断保护就具有实时性较高的要求特点,因此需要赋予较高的优先权,一般通过硬中断来实现优先权的赋予。控制算法虽然也具有较高的要求,但是优先级次于敏感的判断保护,因此通过软中断来实现。有效值的计算一般要在一个电网周期内完成,因此选用优先级最高的任务来实现。判断及保护程序的运作需要在有效值计算完成的基础上进行,因此其赋予的优先权要次于有效值计算。

状态切换需要建立在判断及保护程序信息改变系统的基础上,因此其优先权要再次之。众多程序中,优先级最低的是通信程序。合理划分任务能够使任务的耦合较少,从而实现软件的并行开发。

总之,太阳能逆变器控制以TI-BIOS为基础形成的实时操作系统,能够实现对并网太阳能逆变器的检测和控制,不仅能够使基础工程得以实现,还能够将任务有的优先级进行转变。借助BIOS实时操作系统能够将任务进行灵活的改变,使得各个任务之间的耦合程度降低。程序模块化以后,能够提高DSP的运行效率,并且使得控制器更具可靠性。该软件能够支持多人同时设计,并且能够推动太阳能逆变器控制系统软件的开发进程,缩短软件开发的周期,还能够降低后期维护的难度,从而保证软件

操作实施的简易性。

参考文献

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中的应用[J].电源世界,2009(6).[4]王德清,李洪媛.PLC在油气计量控制

系统中的应用[J].胜利油田职工大学学报,2007(5).

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