專利名稱：風(fēng)能、太陽能發(fā)電控制逆變方法及一體電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)能、太陽能發(fā)電控制逆變一體電源。
背景技術(shù)：
目前，我國的太陽能、風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的充電部分主要是直接卸載，即在蓄電池達(dá)到一定的過充電壓點(diǎn)后，就斷開充電電路。這樣，如果過充點(diǎn)設(shè)置得高，則高電壓會(huì)對(duì)蓄電池造成損傷。如果過充點(diǎn)設(shè)置得底，則風(fēng)能、太陽能得不到充分利用。另外，目前的低成本逆變器輸出波形是方波，有很大的諧波，帶負(fù)載能力很差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高性價(jià)比的風(fēng)能、太陽能發(fā)電控制逆變一體電源。具有純正弦逆變和限壓充電的功能。系統(tǒng)可根據(jù)蓄電池限壓充電的能量需要對(duì)充電卸載電路的功率管進(jìn)行智能脈寬調(diào)制控制，對(duì)蓄電池進(jìn)行限壓充電，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)能、太陽能的最大利用和有效保護(hù)蓄電池。同時(shí)，對(duì)于逆變部分，本發(fā)明采用單片機(jī)作為核心控制器件，采用兩片半橋驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)全橋主電路進(jìn)行非隔離直接驅(qū)動(dòng)，從而以很低的成本實(shí)現(xiàn)高性能的正弦波逆變。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下風(fēng)能、太陽能發(fā)電控制逆變方法，其特征在于將風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的交流電能通過整流電路變成直流電，然后與光伏電池的直流電共同接到蓄電池上進(jìn)行充電，蓄電池兩端接卸載電路。當(dāng)太陽能、風(fēng)能超過蓄電池和負(fù)載所需的電能時(shí)，采用脈寬調(diào)制卸載。以確保蓄電池良好的限壓充電特性，而不是把能量全部卸載。在逆變部分，通過單片機(jī)產(chǎn)生正弦波調(diào)制信號(hào)和完成各種控制功能，通過兩片半橋驅(qū)動(dòng)芯片非隔離驅(qū)動(dòng)全橋逆變主電路。
風(fēng)能、太陽能發(fā)電控制逆變一體電源，其特征在于由充電主電路、全橋逆變電路、控制電路、檢測(cè)電路和輔助電源組成；充電主電路包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出端接入風(fēng)力發(fā)電整流電路，蓄電池的正極經(jīng)防反二極管后與風(fēng)力發(fā)電整流電路的輸出的正極及太陽能電池板的正極相連，蓄電池的負(fù)極與風(fēng)力發(fā)電整流電路的輸出的負(fù)極及太陽能電池板的負(fù)極通過空氣開關(guān)相連；卸載功率管的源極通過空氣開關(guān)連接到蓄電池的負(fù)極，卸載功率管的漏極與卸載電阻相連，卸載電阻的另一端連接到風(fēng)力發(fā)電整流輸出的正極，在風(fēng)力發(fā)電整流的正極與蓄電池正極之間連接一個(gè)二極管；逆變主電路包括蓄電池的正極、負(fù)極接入全橋逆變電路，全橋逆變電路的交流輸出接入變壓器升壓和LC電路濾波后，接用戶負(fù)載；控制電路包括采用單片機(jī)作為核心控制芯片，單片機(jī)接入全橋逆變電路的驅(qū)動(dòng)芯片、卸載功率管的驅(qū)動(dòng)芯片；檢測(cè)電路包括在蓄電池直流電壓采樣點(diǎn)接分壓電阻后接入單片機(jī)的一個(gè)AD轉(zhuǎn)換口，在交流輸出電壓采樣點(diǎn)接入變壓器隔離降壓后，再接到單片機(jī)的一個(gè)AD轉(zhuǎn)換口，在直流母線上串聯(lián)電阻，電阻檢測(cè)到的電流經(jīng)過兩個(gè)運(yùn)算放大器，其中一個(gè)運(yùn)算放器輸出信號(hào)到單片機(jī)的一個(gè)AD轉(zhuǎn)換口，另一個(gè)運(yùn)算放大器輸出接到單片機(jī)的腳。
有熱敏電阻接入單片機(jī)的一個(gè)AD轉(zhuǎn)換口。
采用PIC18F2331單片機(jī)作為核心控制芯片，單片機(jī)接入IR2110芯片作為全橋逆變電路驅(qū)動(dòng)芯片，接入TLP250芯片作為卸載功率管的驅(qū)動(dòng)芯片，單片機(jī)PIC18F2331兩組互補(bǔ)的PWM口，分別接入兩塊驅(qū)動(dòng)芯片IR2110驅(qū)動(dòng)全橋整流電路的兩個(gè)逆變橋背。
本發(fā)明的內(nèi)容是采用新穎的充電主電路結(jié)構(gòu)，同時(shí)以PIC18F2331單片機(jī)作為控制核心，對(duì)于逆變部分，由單片機(jī)產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制信號(hào)，通過兩片IR2110驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)全橋主電路進(jìn)行正弦脈寬調(diào)制，然后經(jīng)過濾波電路生成純正的正弦波輸出。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的交流電能通過整流電路變成直流電，然后與光伏電池的直流電共同對(duì)蓄電池充電。當(dāng)太陽能、風(fēng)能超過蓄電池和負(fù)載所需的電能時(shí)，由卸載功率開關(guān)管和卸載電阻組成的卸載電路則會(huì)將多余的能量釋放掉，以保證蓄電池的限壓充電特性。蓄電池的直流電通過全橋電路逆變后變換成供用戶負(fù)載使用的220V純正弦波交流電。主電路中的雙聯(lián)空開可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行開關(guān)控制，同時(shí)，在蓄電池反接時(shí)，空氣開關(guān)會(huì)因?yàn)榇箅娏鞫⒓磩?dòng)作斷開，從而避免了蓄電池和電源系統(tǒng)的損壞。
控制核心單片機(jī)PIC18F2331根據(jù)檢測(cè)的直流電壓、電流、交流反饋電壓、溫度和逆變開關(guān)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行智能控制，以確保穩(wěn)定良好的限壓充電和純正弦波輸出。單片機(jī)根據(jù)檢測(cè)到的蓄電池電壓實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)卸載信號(hào)的占空比，卸載信號(hào)通過光耦隔離驅(qū)動(dòng)芯片TLP250對(duì)卸載功率管進(jìn)行占空比調(diào)節(jié)，以確保蓄電池良好的限壓充電特性。
由于蓄電池電壓和交流負(fù)載波動(dòng)會(huì)引起輸出電壓的波動(dòng)，所以，本系統(tǒng)采用變壓器將交流輸出電壓的信號(hào)反饋到單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換口，單片機(jī)會(huì)根據(jù)采樣到的電壓信號(hào)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)SPWM的脈寬，從而確保輸出電壓的穩(wěn)定性。輔助電源對(duì)控制系統(tǒng)提供24V，12V，5V和隔離的12V電壓。
本發(fā)明系統(tǒng)具有過壓、欠壓、過載、過熱、短路、反接等完善的保護(hù)功能，整個(gè)系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠、性能優(yōu)越和成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明逆變控制流程框圖。
圖2為本發(fā)明充電主電路結(jié)構(gòu)圖。
圖3為本發(fā)明全橋逆變電路結(jié)構(gòu)圖。
圖4為本發(fā)明控制電路和檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
參見附圖。
1、充電主電路(圖1、圖2)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出連接到U、V、W三個(gè)端子(如果是單相發(fā)電機(jī)，則連接到其中兩個(gè)端子)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出整流后的正極與太陽能電池的防反二極管D7陰極相連后，再連接到整個(gè)充電電路的防反二極管D9的陽極，D9的陰極連接到蓄電池的正極。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出整流后的陽極與太陽能電池板的負(fù)極相連后，再連接到2極空開的2腳。卸載功率管的源極連接到空開的1腳?？臻_的3腳和4腳相連后，連接到蓄電池的負(fù)極。充電主電路圖如圖2所示。正常工作時(shí)，空開接通，當(dāng)蓄電池小于其浮充電壓點(diǎn)V1時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出整流后的電能和太陽能全部給蓄電池充電。卸載場(chǎng)效應(yīng)管Q1不導(dǎo)通，即卸載電路不工作。當(dāng)蓄電池達(dá)到浮充電壓點(diǎn)的時(shí)候，控制電路就對(duì)卸載場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行脈寬調(diào)制，使得蓄電池的充電電壓不超過浮充電壓點(diǎn)，從而確保良好的充電特性。如果蓄電池反接，通過D8、D9和空開將產(chǎn)生強(qiáng)大的短路電流，空開變會(huì)立即斷開，以保護(hù)蓄電池和系統(tǒng)。
2、逆變主電路逆變主電路的拓?fù)洳捎萌珮蚪Y(jié)構(gòu)。蓄電池的直流電經(jīng)全橋逆變后變換成正弦脈寬序列，經(jīng)過變壓器升壓和LC電路濾波后，變成220純正弦波交流電供用戶負(fù)載使用。其中R1是電流檢測(cè)電阻。吸收電容C3直接連接在逆變?nèi)珮虻膬筛妇€上。逆變主電路的原理圖如圖3所示。
3、控制電路控制電路主要包括核心控制器件PIC18F2331，兩片IR2110構(gòu)成的逆變驅(qū)動(dòng)電路，卸載驅(qū)動(dòng)電路。
其中，PIC18F2331是一款電機(jī)控制專用芯片，特別適合作為逆變器的控制芯片。它具有8路AD轉(zhuǎn)換口，特別適合用來進(jìn)行各種信號(hào)的檢測(cè)采樣口。在本系統(tǒng)中，AD口用來檢測(cè)直流電壓，交流電壓，負(fù)載電流和溫度。同時(shí)，它具有三路帶死區(qū)控制的互補(bǔ)PWM輸出口，其中一組產(chǎn)生互補(bǔ)的SPWM信號(hào)，另一組產(chǎn)生互補(bǔ)的50Hz低頻信號(hào)。兩組信號(hào)通過兩塊驅(qū)動(dòng)芯片IR2110驅(qū)動(dòng)兩個(gè)逆變橋背，在兩組橋背的中點(diǎn)即可產(chǎn)生50Hz的SPWM波形。該SPWM波形經(jīng)工頻變壓器隔離放大和濾波后，即是50Hz純正弦波。卸載驅(qū)動(dòng)電路則采用光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路TLP250，TLP250是專用IGBT或MOSFET的驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)2A。
4、檢測(cè)電路包括直流電壓檢測(cè)電路，交流輸出電壓反饋電路，負(fù)載電流檢測(cè)電路，溫度檢測(cè)電路和逆變開關(guān)檢測(cè)電路。
直流電壓的檢測(cè)是將直流電壓采用電阻分壓后送到單片機(jī)的一個(gè)AD轉(zhuǎn)換口0；交流輸出電壓通過變壓器隔離降壓后送到單片機(jī)的一個(gè)AD轉(zhuǎn)換口1；本設(shè)計(jì)采用在直流母線上串聯(lián)電阻檢測(cè)電流，電阻檢測(cè)到的電流經(jīng)過LM358放大后送到單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換口2，單片機(jī)根據(jù)檢測(cè)的電流判斷是否過載。電阻檢測(cè)的電流信號(hào)通過LM358與基準(zhǔn)信號(hào)比較，如果發(fā)生短路，則比較后LM358相應(yīng)引腳會(huì)輸出低電平信號(hào)，該低電平信號(hào)送到單片機(jī)后，單片機(jī)將關(guān)閉逆變。對(duì)與溫度檢測(cè)，則采用熱敏電阻取樣后再送到單片機(jī)的一個(gè)AD轉(zhuǎn)換口3，溫度的變化會(huì)引起熱敏電阻的阻值變化，從而引起AD轉(zhuǎn)換口3的電壓變化。單片機(jī)根據(jù)檢測(cè)到的電壓判斷是否要進(jìn)行過熱保護(hù)或恢復(fù)過熱保護(hù)。系統(tǒng)通過檢測(cè)從逆變開關(guān)來的開關(guān)信號(hào)，決定控制逆變器一體電源中逆變器開關(guān)的開啟與關(guān)斷。
權(quán)利要求
1.風(fēng)能、太陽能發(fā)電控制逆變方法，其特征在于將風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的交流電能通過整流電路變成直流電，然后與光伏電池的直流電共同接到蓄電池上進(jìn)行充電，蓄電池兩端接卸載電路.當(dāng)太陽能、風(fēng)能超過蓄電池和負(fù)載所需的電能時(shí)，采用脈寬調(diào)制卸載.以確保蓄電池良好的限壓充電特性，而不是把能量全部卸載。在逆變部分，通過單片機(jī)產(chǎn)生正弦波調(diào)制信號(hào)和完成各種控制功能，通過兩片半橋驅(qū)動(dòng)芯片非隔離驅(qū)動(dòng)全橋逆變主電路。
2.風(fēng)能、太陽能發(fā)電控制逆變一體電源，其特征在于由充電主電路、全橋逆變電路、控制電路、檢測(cè)電路和輔助電源組成；充電主電路包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出端接入風(fēng)力發(fā)電整流電路，蓄電池的正極經(jīng)防反二極管后與風(fēng)力發(fā)電整流電路的輸出的正極及太陽能電池板的正極相連，蓄電池的負(fù)極與風(fēng)力發(fā)電整流電路的輸出的負(fù)極及太陽能電池板的負(fù)極通過空氣開關(guān)相連；卸載功率管的源極通過空氣開關(guān)連接到蓄電池的負(fù)極，卸載功率管的漏極與卸載電阻相連，卸載電阻的另一端連接到風(fēng)力發(fā)電整流輸出的正極，在風(fēng)力發(fā)電整流的正極與蓄電池正極之間連接一個(gè)二極管；逆變主電路包括蓄電池的正極、負(fù)極接入全橋逆變電路，全橋逆變電路的交流輸出接入變壓器升壓和LC電路濾波后，接用戶負(fù)載；控制電路包括采用單片機(jī)作為核心控制芯片，單片機(jī)接入全橋逆變電路的驅(qū)動(dòng)芯片、卸載功率管的驅(qū)動(dòng)芯片；檢測(cè)電路包括在蓄電池直流電壓采樣點(diǎn)接分壓電阻后接入單片機(jī)的一個(gè)AD轉(zhuǎn)換口，在交流輸出電壓采樣點(diǎn)接入變壓器隔離降壓后，再接到單片機(jī)的一個(gè)AD轉(zhuǎn)換口，在直流母線上串聯(lián)電阻，電阻檢測(cè)到的電流經(jīng)過兩個(gè)運(yùn)算放大器，其中一個(gè)運(yùn)算放器輸出信號(hào)到單片機(jī)的一個(gè)AD轉(zhuǎn)換口，另一個(gè)運(yùn)算放大器輸出接到單片機(jī)的腳。
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一體電源，其特征在于有熱敏電阻接入單片機(jī)的一個(gè)AD轉(zhuǎn)換口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一體電源，其特征在于采用PIC18F2331單片機(jī)作為核心控制芯片，單片機(jī)接入IR2110芯片作為全橋逆變電路驅(qū)動(dòng)芯片，接入TLP250芯片作為卸載功率管的驅(qū)動(dòng)芯片，單片機(jī)PIC18F2331兩組互補(bǔ)的PWM口，分別接入兩塊驅(qū)動(dòng)芯片IR2110驅(qū)動(dòng)全橋整流電路的兩個(gè)逆變橋背。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風(fēng)能、太陽能發(fā)電控制逆變方法及一體電源。具有純正弦逆變和限壓充電的功能；同時(shí)，系統(tǒng)具有過壓、欠壓、過載、過熱、短路、反接等完善的保護(hù)功能。其結(jié)構(gòu)由充電主電路、逆變主電路、控制電路、檢測(cè)電路和輔助電源組成。其中充電主電路由風(fēng)機(jī)整流電路、光伏電池防反電路、卸載電路組成。逆變主電路由全橋結(jié)構(gòu)作為拓?fù)?，?qū)動(dòng)部分包括卸載驅(qū)動(dòng)和逆變驅(qū)動(dòng)。檢測(cè)電路包括蓄電池電壓檢測(cè)、交流輸出電壓檢測(cè)、電流檢測(cè)，溫度檢測(cè)和逆變開關(guān)信號(hào)檢測(cè)組成，整個(gè)系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠、性能優(yōu)越和成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02J7/35GK1866668SQ20061008588
公開日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2006年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月28日
發(fā)明者張為民 申請(qǐng)人:合肥為民電源有限公司