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太陽能發(fā)電控制逆變器設(shè)計

作者: 時間:2011-11-02 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

引言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/178453.htm

  光伏是利用光伏效應(yīng)將太陽的光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N方式。雖然光伏效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有近200年的歷史,但我國較大規(guī)模的利用是從上個世紀八十年代才開始。近年來,由于節(jié)能和環(huán)保意識的加強,光伏日益受到重視。

  尤其是從2008年開始,國家出臺了新的能源政策,更使得光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)如火如荼地發(fā)展。對光伏發(fā)電設(shè)備的研究也進入了一個高潮,相關(guān)論文的數(shù)量驟增。

  隨著近年來無電地區(qū)居民對光伏發(fā)電系統(tǒng)的需求也不斷提高,已經(jīng)成為光伏發(fā)電系統(tǒng)的必備部件。這些地區(qū)居住分散、交通不便,一旦出了故障,極難維修。因此對的要求是功能簡單,堅固耐用。相對于高頻而言,工頻逆變器能夠耐受比較復(fù)雜的負載條件,故障率較低。本文介紹的就是一種用單片機一工頻逆變器。

  1 整機結(jié)構(gòu)及主要部件

  戶用型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要用于無電地區(qū)居民家庭的電力供應(yīng)。它一般由太陽能電池組件、蓄電池、控制一逆變器這三個主要部分組成(圖1)。

  控制一逆變器又可分為控制器和逆變器兩部分。控制器的功能是對蓄電池的充放電進行管理,并對直流負載供電。逆變器的功能是將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?,供給交流負載使用。

圖1太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成

  1.1 依據(jù)

  戶用太陽能光伏控制一逆變器,應(yīng)當(dāng)具有以下基本功能:

  (1)對蓄電池的充放電進行管理,即根據(jù)蓄電池的電壓確定充電方式(直充或PWM即脈寬調(diào)制式充電);達到充滿閾值時完全停止充電;根據(jù)蓄電池的環(huán)境溫度來調(diào)整充滿閾值;在蓄電池降低到欠壓閾值時停止放電。

 ?。?)提供直流/交流輸出的過載保護,根據(jù)過載程度的不同,確定啟動保護的時刻。

 ?。?)提供直流/交流輸出的短路保護,一旦短路發(fā)生,立即切斷振蕩信號和電源。

 ?。?)提供必要的方式來指示機器的工作狀態(tài)。

  依靠硬件電路也可以實現(xiàn)上述功能,但存在著控制精度不高,調(diào)節(jié)比較麻煩等缺點。而用單片機進行控制,不但可以克服這些缺點,而且能夠提供更多的功能,如定時和分路輸、智能化的保護功能、根據(jù)蓄電池的電量(一般是根據(jù)電壓)進行充放電管理、根據(jù)需要重新設(shè)定各種閾值等。因此,研發(fā)者通常在中大都采用單片機。

  1.2 電路結(jié)構(gòu)

  圖2是樣機的電路框圖。從圖中可以看出,MCU處于樣機的中心位置。蓄電池電壓、開關(guān)信號及輸出電流和電壓被采樣入MCU。MCU按照預(yù)先寫入的程序,經(jīng)過運算后輸出蓄電池管理、電路保護等控制信號和LED指示信號。這些功能的實現(xiàn),還需要有A/D轉(zhuǎn)換、溫度采集、PWM信號產(chǎn)生、時間控制等電路的支持。PWM控制芯片給功放管提供一個脈寬可以調(diào)制的驅(qū)動信號(這個信號與充電的PWM信號不同,后者是由MCU產(chǎn)生的),以保持輸出電壓的穩(wěn)定。另外,PWM控制芯片還與MCU一道實現(xiàn)過載和短路保護的功能。功放采用4只MOS.

  FET組成全橋電路,保證系統(tǒng)有足夠的輸出。

圖2控制一逆變器的整體結(jié)構(gòu)

  1.3 MCU

  樣機選用的C8051F330是一款完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型MCU,內(nèi)置高速流水線結(jié)構(gòu)的CIP一51內(nèi)核、768字節(jié)片內(nèi)RAM和8KB可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲器、17個I/O端口、帶模擬多路器的16通道單端或差分輸人10位ADC、溫度傳感器、高精度可編程的25MHz內(nèi)部振蕩器、4個通用的16位定時器、可編程計數(shù)器/定時器陣列(PCA)及其他數(shù)字資源。因此,這款芯片可完全滿足控制一逆變器的要求。

  C8051F330除了具有豐富的數(shù)字資源外,還有兩個非常有用的特點。一個是SiliconLabs二線(C2)開發(fā)接口,它允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU進行非侵入式(不占用片內(nèi)資源)、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。另一個是優(yōu)先權(quán)交叉開關(guān)譯碼器,它按照預(yù)先設(shè)定的優(yōu)先權(quán),靈活地給片內(nèi)各數(shù)字資源分配端口引腳。此外,C8051系列的芯片與8051完全兼容,因此可以很方便地進行開發(fā)和應(yīng)用。


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