專利名稱：小功率光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及逆變器數(shù)控領(lǐng)域，特別是涉及一種小功率光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
隨著可再生能源逐漸枯竭和人類對(duì)能源的需求越來越大，尋求新的替代能源已經(jīng)到了迫在眉睫的地步，因此，取之不盡用之不竭的太陽能的利用成為人們關(guān)注和研究的重點(diǎn)。各種光伏逆變器也逐漸進(jìn)入市場。但是，目前的光伏逆變器都還是基于大功率(一般 3KW以上)應(yīng)用，成本高，體積大。而車載式小型逆變器還停留在離網(wǎng)逆變應(yīng)用階段。因此，設(shè)計(jì)一種小功率，小體積，低成本，高穩(wěn)定性的功能完善的并網(wǎng)逆變器能更進(jìn)一步推動(dòng)太陽能發(fā)電的普及。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種小功率光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)及其控制方法。鑒于此，本發(fā)明提供一種小功率光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)，包括微處理器MCU、DC輸入檢測電路、溫度檢測電路、功率調(diào)整電路、DC升壓電路、AC電壓檢測電路、正弦波生成電路和AC頻率檢測電路，其特征在于
所述微處理器MCU，通過數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)模擬信號(hào)和模擬信號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)字信號(hào)來控制DC輸入檢測電路、溫度檢測電路、功率調(diào)整電路、DC升壓電路、AC電壓檢測電路、正弦波生成電路和AC頻率檢測電路；
所述DC輸入檢測電路，用于檢測輸入電壓的范圍并且通過微處理器MCU的ADC端口，將檢測出來的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)反饋給微處理器MCU ；
所述溫度檢測電路，通過微處理器MCU的ADC端口將電路中的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)反饋給微處理器MCU并通過電路中的電壓變化曲線計(jì)算出溫度值；
所述功率調(diào)整電路，通過微處理器MCU來控制PWM驅(qū)動(dòng)電路的占用比來調(diào)整輸出
功率;
所述DC升壓電路，通過微處理器MCU控制電路來實(shí)現(xiàn)90V-150V模式和190V-260V模式下的直流母線電壓切換；
所述AC電壓檢測電路，通過光電耦合器將AC電壓隔離耦合到直流端，并且通過微處理器MCU的ADC端口把耦合過來的直流電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)計(jì)算出AC電壓值；
所述正弦波生成電路，通過微處理器MCU軟件合成SPWM，推動(dòng)反激電路輸出正弦波到電網(wǎng)；
所述AC頻率檢測電路，通過光電耦合器組成的過零檢測電路，利用微處理器MCU計(jì)算頻率值。進(jìn)一步地，所述微處理器MCU中還帶有LED顯示單元，微處理器MCU控制LED顯示單元并把信息顯示在LED顯示單元上。進(jìn)一步地，所述溫度檢測電路中包括有一風(fēng)扇控制電路。進(jìn)一步地，所述風(fēng)扇控制電路通過微處理器MCU來控制當(dāng)電路溫度到達(dá)散熱溫度設(shè)定值時(shí)的風(fēng)扇的開啟和閉合，并且通過微處理器MCU來控制當(dāng)電路溫度到達(dá)保護(hù)溫度設(shè)定值時(shí)的電路輸出的關(guān)閉和自動(dòng)恢復(fù)。本發(fā)明還提供一種小功率光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)的控制方法，所述控制方法包括以下步驟
微處理器MCU完成各種初始化動(dòng)作；
微處理器MCU檢測并入的電網(wǎng)是否有交流電，如果存在，則繼續(xù)執(zhí)行，否則繼續(xù)檢測并入的電網(wǎng)是否有交流電；
DC輸入檢測電路檢測直流輸入是否在設(shè)定的額定輸入范圍內(nèi)，如果是，則繼續(xù)執(zhí)行，否則返回到檢測交流電步驟；
溫度檢測電路檢測系統(tǒng)溫度是否在設(shè)定的工作溫度范圍內(nèi)，如果是，則繼續(xù)執(zhí)行，否則返回到檢測交流電步驟；
AC電壓檢測電路對(duì)電網(wǎng)電壓檢測其是否在設(shè)定的工作電壓范圍內(nèi)，如果是則確定電網(wǎng)是90V-150V或者190V-260V，并控制DC升壓電路切換到90V-150V模式或者190V-260V模式，否則返回到檢測交流電步驟；
AC頻率檢測電路對(duì)電網(wǎng)頻率進(jìn)行檢測，確定電網(wǎng)頻率是否為50HZ或60HZ，如果是則控制正弦波生成電路相應(yīng)的生成50HZ正弦波或者60HZ的正弦波，并且推動(dòng)正弦波生成電路，送出交流電到電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，如果電網(wǎng)頻率不是為50HZ或60HZ，則返回到檢測交流電步驟；
微處理器MCU通過AC頻率檢測電路的頻率反饋來檢測系統(tǒng)是否處于孤島狀態(tài)，如果是則切斷輸出進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)并返回到檢測交流電步驟，否則繼續(xù)執(zhí)行；
微處理器MCU通過功率調(diào)整電路、AC電壓檢測電路和AC頻率檢測電路運(yùn)用功率擾動(dòng)電壓觀察法進(jìn)行MPPT (最大功率點(diǎn)追蹤)調(diào)整，追蹤到最大功率點(diǎn)后進(jìn)入功率鎖定輸出。進(jìn)一步地，所述微處理器MCU中還帶有LED顯示單元，微處理器MCU控制LED顯示單元并把信息顯示在LED顯示單元上。進(jìn)一步地，當(dāng)控制系統(tǒng)進(jìn)入功率鎖定輸出狀態(tài)后，微處理器MCU調(diào)整LED顯示單元的顯示節(jié)奏，調(diào)整完之后返回微處理器MCU檢測并入的電網(wǎng)是否有交流電的執(zhí)行。
本發(fā)明的有益效果是適應(yīng)110V/220V、50HZ/60HZ的各種電網(wǎng)，光伏并網(wǎng)逆變器搭配的光伏電池可以任意組合，通用性強(qiáng)，MPPT的實(shí)現(xiàn)采用功率微擾動(dòng)電壓觀察法，使MPPT的實(shí)現(xiàn)更快捷簡單和低成本，用頻率反饋法來檢測孤島保護(hù)，使整體的保護(hù)功能和恢復(fù)功能更完善。
圖I為本發(fā)明控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明控制系統(tǒng)的控制方法流程方框圖3為本發(fā)明控制系統(tǒng)控制方法的孤島檢測保護(hù)的流程方框圖4為本發(fā)明控制系統(tǒng)控制方法的微功率擾動(dòng)電壓觀察法流程方框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。從圖I中可以看出，一種小功率光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)，包括微處理器MCUl、DC輸入檢測電路2、溫度檢測電路3、功率調(diào)整電路4、DC升壓電路5、AC電壓檢測電路6、正弦波生成電路7和AC頻率檢測電路8，
所述微處理器MCUl，通過數(shù)字模擬來控制DC輸入檢測電路2、溫度檢測電路3、功率調(diào)整電路4、DC升壓電路5、AC電壓檢測電路6、正弦波生成電路7和AC頻率檢測電路8 ；所述DC輸入檢測電路2，本實(shí)施例通過分壓電路將DC輸入電壓分壓成0-5V的直流電壓，微處理器MCUl通過ADC端口，將0-5V的直流電壓轉(zhuǎn)換成8Bit的數(shù)字信號(hào)反饋給微處理器MCUl ；
所述溫度檢測電路3，本實(shí)施例在分壓電路中串聯(lián)熱敏電阻，微處理器MCUl通過ADC端口檢測，將熱敏電阻兩端的電壓轉(zhuǎn)換成SBit的數(shù)字信號(hào)，再根據(jù)熱敏電阻的電壓變化曲線就可就算出溫度值；
所述功率調(diào)整電路4，微處理器MCUI通過控制PWM驅(qū)動(dòng)電路的占空比來調(diào)整輸出功率，微處理器MCUl集成增強(qiáng)型的10位PWM模塊，可以軟件編程控制PWM頻率、占空比和死區(qū)區(qū)間；
所述DC升壓電路5，微處理器MCUl通過控制繼電器來實(shí)現(xiàn)90V-150V和190V-260V模式下的直流母線電壓切換，當(dāng)工作在90V-150V電網(wǎng)中時(shí)，繼電器斷開，變壓器的兩組輸出并聯(lián)輸出，當(dāng)工作在190V-260V電網(wǎng)中時(shí)，繼電器閉合，變壓器的兩組輸出串聯(lián)輸出；
所述AC電壓檢測電路6，通過光電耦合器將AC電壓隔離耦合到直流端并轉(zhuǎn)換成直流電壓，微處理器MCUl通過ADC端口，將耦合過來的直流電壓轉(zhuǎn)換成8Bit的數(shù)字信號(hào)即可計(jì)算出AC電壓值；
所述正弦波生成電路7，通過微處理器MCUl軟件合成SPWM，推動(dòng)反激電路輸出正弦波到電網(wǎng)；
所述AC頻率檢測電路8，通過光電耦合器組成的過零檢測電路，利用微處理器MCU計(jì)算頻率值。進(jìn)一步地，所述微處理器MCUl中還帶有LED顯示單元9，微處理器MCUl控制LED顯示單元9并把信息顯示在LED顯示單元9上。進(jìn)一步地，所述溫度檢測電路3中包括有一風(fēng)扇控制電路10，所述風(fēng)扇控制電路10通過微處理器MCUl來控制電路到達(dá)溫度設(shè)定值時(shí)的風(fēng)扇的開啟和閉合，并且通過微處理器MCUl來控制當(dāng)電路到達(dá)溫度設(shè)定值時(shí)的電路輸出的關(guān)閉和自動(dòng)恢復(fù)。當(dāng)溫度超高45攝氏度時(shí)，開啟風(fēng)扇散熱，當(dāng)溫度低于38攝氏度后就關(guān)閉風(fēng)扇；當(dāng)溫度超過70攝氏度，關(guān)閉輸出，等待溫度降低到40攝氏度后再自動(dòng)恢復(fù)輸出。從圖I、圖2、圖3或圖4中可以看出，一種小功率光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)的控制方法，所述控制方法包括以下步驟
微處理器MCUl完成各種初始化動(dòng)作。微處理器MCUl檢測并入的電網(wǎng)是否有交流電，如果存在，則繼續(xù)執(zhí)行，否則繼續(xù)檢測并入的電網(wǎng)是否有交流電。
DC輸入檢測電路2檢測直流輸入是否在設(shè)定的額定輸入范圍內(nèi)，如果是，則繼續(xù)執(zhí)行，否則返回到檢測交流電步驟。溫度檢測電路檢3測系統(tǒng)溫度是否在設(shè)定的工作溫度范圍內(nèi)，如果是，則繼續(xù)執(zhí)行，否則返回到檢測交流電步驟。AC電壓檢測電路6對(duì)電網(wǎng)電壓檢測其是否在設(shè)定的工作電壓范圍內(nèi)，如果是則確定電網(wǎng)是90V-150V或者190V-260V，并控制DC升壓電路切換到90V-150V模式或者190V-260V模式，否則返回到檢測交流電步驟。AC頻率檢測電路7對(duì)電網(wǎng)頻率進(jìn)行檢測，確定電網(wǎng)頻率是否為50HZ或60HZ，如果是則控制正弦波生成電路相應(yīng)的生成50HZ正弦波或者60HZ的正弦波，并且推動(dòng)正弦波生成電路，送出交流電到電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，如果電網(wǎng)頻率不是為50HZ或60HZ，則返回到檢測交流電步驟。微處理器MCUl通過AC頻率檢測電路7的頻率反饋來檢測系統(tǒng)是否處于孤島狀態(tài)，如果是則切斷輸出進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)并返回到檢測交流電步驟，否則繼續(xù)執(zhí)行；其具體方法如下
(I )、在交流電負(fù)向過零點(diǎn)時(shí)啟動(dòng)微處理器MCUl計(jì)數(shù)器，開始量測過零檢測信號(hào)的高電平時(shí)間，對(duì)于50HZ的電網(wǎng)，其高電平最大持續(xù)時(shí)間不超過0. 01秒(10毫秒，半周期)，若超過0. 01秒(實(shí)際控制軟件為了消除干擾，設(shè)定為0. 015秒)，則認(rèn)為電網(wǎng)停止供電，逆變器已經(jīng)處于孤島狀態(tài)，需要切斷逆變器的輸出；
(2)、在交流電正向過零點(diǎn)時(shí)啟動(dòng)微處理器MCUl計(jì)數(shù)器，開始量測過零檢測信號(hào)的低電平時(shí)間，對(duì)于50HZ的電網(wǎng)，其高電平最大持續(xù)時(shí)間不超過0. 01秒(10毫秒，半周期)，若超過0.01秒(實(shí)際控制軟件為了消除干擾，設(shè)定為0.015秒)，則認(rèn)為電網(wǎng)停止供電，逆變器已經(jīng)處于孤島狀態(tài)，需要切斷逆變器的輸出；
(3)、如果沒有檢測到孤島，則繼續(xù)進(jìn)入下一個(gè)周期。對(duì)60Hz的電網(wǎng)，僅僅是電平持續(xù)時(shí)間不同而已。微處理器MCUl通過功率調(diào)整電路4、AC電壓檢測電路6和AC頻率檢測電路8運(yùn)用功率微擾動(dòng)電壓觀察法進(jìn)行MPPT調(diào)整，追蹤到最大功率點(diǎn)后進(jìn)入功率鎖定輸出，功率微擾動(dòng)電壓觀察法具體如下
系統(tǒng)開機(jī)時(shí)執(zhí)行軟啟動(dòng)程序，功率由0開始逐漸增加，同時(shí)量測直流輸入電壓VIN (功率為零時(shí)VIN= Voc，Voc為開路電壓)，隨著功率的增加，VIN會(huì)減小，當(dāng)VIN= Vm (最大功率點(diǎn)電壓)時(shí)，就鎖定功率輸出。隨著外部環(huán)境(如日照強(qiáng)度，溫度等)的變化，光伏電池的輸出功率也發(fā)生變化，如果光伏電池的輸出功率減小，那么會(huì)VIN〈Vm，這就需要減小逆變器的輸出功率，讓VIN增加，直到VIN= Vm時(shí)再次鎖定功率。如果光伏電池的輸出功率增大，那么會(huì)VIN>Vm，這就需要增加逆變器的輸出功率，讓VIN減小，直到VIN= Vm時(shí)再次鎖定功率。
進(jìn)一步地，所述微處理器MCUl中還帶有LED顯示單元9，微處理器MCUl控制LED顯示單元9并把信息顯示在LED顯示單元9上。進(jìn)一步地，當(dāng)控制系統(tǒng)進(jìn)入功率鎖定輸出狀態(tài)后，微處理器MCUl調(diào)整LED顯示單元9的顯示節(jié)奏，調(diào)整完之后返回微處理器MCUl檢測并入的電網(wǎng)是否有交流電的執(zhí)行。通過以上小功率光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)及其控制方法，光伏并網(wǎng)逆變器適應(yīng)110V/220V.50HZ/60HZ的各種電網(wǎng)，光伏并網(wǎng)逆變器搭配的光伏電池可以任意組合，通用性強(qiáng)，MPPT的實(shí)現(xiàn)采用功率微擾動(dòng)電壓觀察法，使MPPT的實(shí)現(xiàn)更快捷簡單和低成本，用頻率反饋法來檢測孤島保護(hù)，使整體的保護(hù)功能和恢復(fù)功能更完善。以上已將本發(fā)明做一詳細(xì)說明，但顯而易見，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行各種改 變和改進(jìn)，而不背離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.小功率光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)，包括微處理器MCU、DC輸入檢測電路、溫度檢測電路、功率調(diào)整電路、DC升壓電路、AC電壓檢測電路、正弦波生成電路和AC頻率檢測電路，其特征在于 所述微處理器MCU，通過數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)模擬信號(hào)和模擬信號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)字信號(hào)來控制DC輸入檢測電路、溫度檢測電路、功率調(diào)整電路、DC升壓電路、AC電壓檢測電路、正弦波生成電路和AC頻率檢測電路； 所述DC輸入檢測電路，用于檢測輸入電壓的范圍并且通過微處理器MCU的ADC端口，將檢測出來的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)反饋給微處理器MCU ； 所述溫度檢測電路，通過微處理器MCU的ADC端口將電路中的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)反饋給微處理器MCU并通過電路中的電壓變化曲線計(jì)算出溫度值； 所述功率調(diào)整電路，通過微處理器MCU來控制PWM驅(qū)動(dòng)電路的占用比來調(diào)整輸出功率； 所述DC升壓電路，通過微處理器MCU控制電路來實(shí)現(xiàn)90V-150V和190V-260V模式下的直流母線電壓切換； 所述AC電壓檢測電路，通過光電耦合器將AC電壓隔離耦合到直流端，并且通過微處理器MCU的ADC端口把耦合過來的直流電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)計(jì)算出AC電壓值； 所述正弦波生成電路，通過微處理器MCU軟件合成SPWM，推動(dòng)反激電路輸出正弦波到電網(wǎng)； 所述AC頻率檢測電路，通過光電耦合器組成的過零檢測電路，利用微處理器MCU計(jì)算頻率值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小功率光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)，其特征在于所述微處理器MCU中還帶有LED顯示單元,微處理器MCU控制LED顯示單元并把信息顯示在LED顯示單元上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小功率光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)，其特征在于所述溫度檢測電路中包括有一風(fēng)扇控制電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的小功率光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)，其特征在于所述風(fēng)扇控制電路通過微處理器MCU來控制當(dāng)電路溫度到達(dá)散熱溫度設(shè)定值時(shí)的風(fēng)扇的開啟和閉合，并且通過微處理器MCU來控制當(dāng)電路溫度到達(dá)保護(hù)溫度設(shè)定值時(shí)的電路輸出的關(guān)閉和自動(dòng)恢復(fù)。
5.一種如權(quán)利要求I所述的小功率光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述控制方法包括以下步驟 微處理器MCU完成各種初始化動(dòng)作； 檢測交流電，微處理器MCU檢測并入的電網(wǎng)是否有交流電，如果存在，則繼續(xù)執(zhí)行，否則繼續(xù)檢測并入的電網(wǎng)是否有交流電； DC輸入檢測電路檢測直流輸入是否在設(shè)定的額定輸入范圍內(nèi)，如果是，則繼續(xù)執(zhí)行，否則返回到檢測交流電步驟； 溫度檢測電路檢測系統(tǒng)溫度是否在設(shè)定的工作溫度范圍內(nèi)，如果是，則繼續(xù)執(zhí)行，否則返回到檢測交流電步驟； AC電壓檢測電路對(duì)電網(wǎng)電壓檢測其是否在設(shè)定的工作電壓范圍內(nèi)，如果是則確定電網(wǎng)是90V-150V或者190V-260V，并控制DC升壓電路切換到90V-150V模式或者190V-260V模式，否則返回到檢測交流電步驟； AC頻率檢測電路對(duì)電網(wǎng)頻率進(jìn)行檢測，確定電網(wǎng)頻率是否為50HZ或60HZ，如果是則控制正弦波生成電路相應(yīng)的生成50HZ正弦波或者60HZ的正弦波，并且推動(dòng)正弦波生成電路，送出交流電到電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，如果電網(wǎng)頻率不是為50HZ或60HZ，則返回到檢測交流電步驟； 微處理器MCU通過AC頻率檢測電路檢測系統(tǒng)是否處于孤島狀態(tài)，如果是則切斷輸出進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)并返回到檢測交流電步驟；否則繼續(xù)執(zhí)行； 微處理器MCU通過功率調(diào)整電路、AC電壓檢測電路和AC頻率檢測電路進(jìn)行MPPT調(diào)整，追蹤到最大功率點(diǎn)后進(jìn)入功率鎖定輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的小功率光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述微處理器MCU中還帶有LED顯示單元，微處理器MCU控制LED顯示單元并把信息顯示在LED顯示單元上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的小功率光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于當(dāng)控制系統(tǒng)進(jìn)入功率鎖定輸出狀態(tài)后，微處理器MCU調(diào)整LED顯示單元的顯示節(jié)奏，調(diào)整完之后返回微處理器MCU檢測并入的電網(wǎng)是否有交流電的執(zhí)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及逆變器數(shù)控領(lǐng)域，特別是涉及一種小功率光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)及其控制方法，其包括微處理器MCU、DC輸入檢測電路、溫度檢測電路、功率調(diào)整電路、DC升壓電路、AC電壓檢測電路、正弦波生成電路和AC頻率檢測電路，通過微處理器MCU控制各個(gè)電路，使光伏并網(wǎng)逆變器適應(yīng)110V/220V、50HZ/60HZ的各種電網(wǎng)，光伏并網(wǎng)逆變器搭配的光伏電池可以任意組合，通用性強(qiáng)，MPPT的實(shí)現(xiàn)采用功率微擾動(dòng)電壓觀察法，使MPPT(最大功率點(diǎn)追蹤)的實(shí)現(xiàn)更快捷簡單和低成本，用頻率反饋法來檢測孤島，使整體的保護(hù)功能和恢復(fù)功能更完善。
文檔編號(hào)H02J3/38GK102638054SQ20121001546
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者莫雪鋒 申請(qǐng)人:東莞市盛揚(yáng)實(shí)業(yè)有限公司