CN101093940A - 三相全桥电压型光伏并网装置 - Google Patents

三相全桥电压型光伏并网装置 Download PDF

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张兴
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Abstract

本发明公开了一种三相全桥电压型光伏并网装置，包括光伏阵列以及控制用PC机，光伏阵列的数目至少为三个，光伏阵列分别通过三个并网逆变器与电网的三相线路相连，三个并网逆变器均通过485通讯线路依次与液晶控制器以及控制用PC机相连；并网逆变器包括装有避雷器的避雷滤波电路、控制电源电路、逆变升压电路以及滤波电路，避雷滤波电路连接着蓄电池，光伏阵列的电流输出端依次通过装有避雷器的避雷滤波电路、控制电源电路、逆变升压电路、滤波电路与电网相连。本发明将光伏阵列产生的太阳能光伏发电电能通过并网逆变器输送到电网上，有利于改善电网的电能来源结构，减少污染，其结构简单，可靠性高，制造成本低廉，易于推广。

Description

三相全桥电压型光伏并网装置
技术领域
本发明涉及一种光伏并网装置，特别是三相全桥电压型光伏并网装置。
背景技术
随着传统能源的日益枯竭，以资源有限、污染严重的化石能源为主的能源结构逐步转变为以资源无限、清洁干净的可再生能源为主的多样性、复合型的能源结构。太阳能光伏发电属于清洁的可再生能源，目前正在逐步推广应用。但是传统的太阳能光伏发电大多用于孤立的发电网络，白天发电，靠蓄电池储存，夜间使用，蓄电池损耗大，系统效率低，运行成本高，负载供电稳定性差。因此，光伏发电的根本出路在于并网，电网作为无穷大储存系统，吸纳太阳能光伏能量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三相全桥电压型光伏并网装置，该装置与电网相连，向电网提供太阳发电产生的电能，其结构简单，可靠性高，易于推广。
本发明的目的是这样实现的：一种三相全桥电压型光伏并网装置，包括光伏阵列以及控制用PC机，光伏阵列的数目至少为三个，光伏阵列分别通过三个并网逆变器与电网的三相线路相连，三个并网逆变器均通过485通讯线路依次与液晶控制器以及控制用PC机相连；并网逆变器包括装有避雷器的避雷滤波电路、控制电源电路、逆变升压电路以及滤波电路，避雷滤波电路连接着蓄电池，光伏阵列的电流输出端依次通过装有避雷器的避雷滤波电路、控制电源电路、逆变升压电路、滤波电路与电网相连。
本发明将光伏阵列产生的太阳能光伏发电电能通过并网逆变器输送到电网上，将电网作为储存系统，向其供电，有利于改善电网的电能来源结构，充分利用太阳能光伏发电电能这一清洁能源，减少污染，而且其结构简单，可靠性高，制造成本低廉，易于推广。
附图说明
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明的连接结构示意图；
图2为本发明并网逆变器的电路框图；
图3为本发明485通讯线路的电路图；
图4为本发明控制电源电路所用UC3844芯片的内部框图；
图5为本发明控制电源电路的驱动电源所用芯片SG3525的内部框图；
图6为本发明液晶控制器的CPU及配套电路图；
图7为本发明液晶控制器的键盘接口电路图；
图8为本发明液晶控制器液晶模块的接口电路图；
图9为本发明液晶控制器与PC机相连时所采用的防干扰电路图；
图10为本发明的光伏并网逆变主电路图。
具体实施方式
一种三相全桥电压型光伏并网装置，如图1、图2所示，包括光伏阵列以及控制用PC机，光伏阵列的数目至少为三个，光伏阵列分别通过三个并网逆变器与电网的三相线路相连，三个并网逆变器均通过485通讯线路依次与液晶控制器以及控制用PC机相连。如图10所示，并网逆变器包括装有避雷器的避雷滤波电路、控制电源电路、逆变升压电路以及滤波电路，避雷滤波电路连接着蓄电池，光伏阵列的电流输出端依次通过装有避雷器的避雷滤波电路、控制电源电路、逆变升压电路、滤波电路与电网相连。为了减小本发明光伏并网装置对电网的干扰，如图10所示，在逆变升压电路的变压器与电网之间安装着110A/250V交流滤波器。如图10所示，本发明是三相四线制系统，采用三组H桥逆变回路分别独立控制电网的三相，实现了对三相电网的完全解耦控制。由于本发明的三组H桥电路是完全独立的，共12个开关管，三个20Kw交流变压器，现以A组为例对主电路进行说明。
光伏并网主电路的控制电源取电回路：光伏发电的特点是白天太阳照射，太阳能电池板发电，晚上无太阳照射，电池板停止工作。所以本发明为了使光伏组件发电量最大，能耗最小，设计了一个自启动电路，避免系统在晚上自耗电。当白天电池板有电时，启动继电器吸合，控制电路的开关电源通过隔离变压器和滤波器向交流电网取电，整个系统工作；晚上电池板不发电，启动继电器断开，整个控制电路断电，系统停止工作。光伏并网主电路的接触器线圈取电回路：选取的接触器为线圈电压为24V。当控制光伏的启动继电器吸合，市电通过220/20V变压器和二极管整流桥向接触器线圈供电。避雷器和反向二极管：是为了防止雷击和电流倒灌给电池板，在光伏电池板的输入侧和交流电网的输出侧分别接入避雷器；在光伏输入的正向接口串入二极管，防止反向电流。滤波器设计：由于本发明采用高频PWM斩波控制，为了减小装置对电网的干扰，在变压器高压侧接入110A/250V交流滤波器。
整个系统的工作过程是：天亮太阳能电池板有电，当开路电压达到240V左右时，光伏启动继电器KAX6吸合，控制板开关电源和接触器线圈供电电压同时从电网得电，当DSP通过485通信确认光伏发电电压达到要求时，顺序地吸和接触器KMX1，KMX2，KMX3，KMX4时间间隔是0.5秒。然后DSP通过自检程序后开始正常工作并网发电。
本发明蓄电池充放电电路的控制电源取电回路：因为有蓄电池，所以控制开关电源的取电直接从蓄电池引入。接触器线圈取电回路：我们使用一个DC/DC模块220V/24V给接触器供电。液晶通信取电：为了保证三相中任何一路可单独工作，要求液晶在任一路启动时可得电工作，我们从三个控制板上取供给开关电源的直流电，每一路经过串接二极管并在一起接入DC/DC模块，输入90V～370V，输出5V给液晶供电。独立逆变是在电网停电时，本发明通过蓄电池独立给负载提供单相220V50Hz正弦波电源。因为没有电网，只有蓄电池，所以控制电源，接触器线圈，液晶通信取电同蓄电池充放电模式。
如图4所示，控制电源电路采用UC3844芯片控制的单端反激六路输出结构，可提供两路+5V，两路+15V，一路-15V，一路+12V，三路隔离。其中一路+5V和一路+15V共地；另外一路+15V，+5V，-15V共地。+12V单独一个地。芯片UC3844经RX12限流启动后由供电线圈提供能量，供电线圈同时提供反馈信号到芯片误差放大器(第二脚)进行闭环控制。此电路工作频率设定为55KHz，由第四脚和第八脚电阻和电容设定。第六脚发出PWM脉冲经驱动电阻RX7驱动开关管V1实现调制，采样电阻RX9，RX10提供电流信号经RX8，CX6滤波后到第三脚实现电流检测。输出端有四路均在整流滤波后由三端稳压管实现精准稳压。精准电压+5V由3052提供，+15V由7815提供，-15V由7915提供。该控制电源电路的驱动电源由一路稳定的+15V经E2滤波储能提供输入，如图5所示，该驱动电源电路采用SG3525芯片控制的单端正激三路输出结构。芯片SG3525由输入+15V供电，采用开环控制。此电路工作频率设定为65KHz，由芯片第五脚和第六脚电阻电容设定。第十四脚发出PWM脉冲经驱动电阻R16驱动开关管Q1。输出端均直接采用整流滤波提供三路相互隔离的+15V电源。
如图6所示，本发明液晶控制器的监控单元采用Phlips公司的P89C51RD2作为CPU，其内置64k的Flash，并支持ISP技术，与上位机软件配合，可通过串行口更新程序代码。为预防监控受干扰导致程序跑飞，配置了看门狗电路MAX818，并通过其切换外扩RAM电路IDT71256的电源，监控停电时用电池供电，实现数据掉电保存。CPU通过外扩的DS1302时钟芯片，保证时间的实时性；通过可编程逻辑器件GAL16V8进行地址译码，分配外扩集成电路的片选信号；外扩了EEPROM芯片28C256，用来存放液晶显示用的图形和汉字字模。
如图7所示，液晶控制器的键盘采用薄膜键盘，共设+、-、←、→、↑、↓、Enter、和Esc八个键，采用查询方式，CPU通过缓冲器74245每隔10ms读取一次键盘状态，通过判断高低电平可识别各个键盘是否被按下。
本发明液晶控制器的液晶模块采用DMF50081图形液晶模块，分辨率为320×240，CPU通过液晶控制器SED1335对液晶模块进行读写操作。如图8所示的接口电路，其中X1为CPU与SED1335的接口。DB0～DB7为数据线，AD0为端口选择，AD0为低电平时，选中液晶数据口；AD0为高电平时，选中液晶命令和状态口。LCE为SED1335片选信号，低电平有效。RD1和WR1为读写信号，低电平有效。液晶对比度调节需负电源，可通过MAX749变换出负电源(VEE)，通过电位器调节Vadj信号进而调节液晶模块的对比度。VCC为液晶模块和SED1335的+5V电源。DMF50081采用CCFL背光，可通过TDK逆变器获得；采用CPU的I/O口LBG1控制逆变器，可实现屏幕保护，若4分钟之内键盘没有被按下，则关闭背光；有任意键按下，点亮背光。
本发明逆变器与液晶控制器间采用485通讯方式，如图3所示，发送、接收和控制信号均通过6N136光藕隔离。利用MAX485作为通讯接口芯片，MAX485是一种差分平衡型低功率收发器芯片。芯片中包含有1个驱动器和1个接收器，采用单+5V电源供电，专用于TTL协议(即通用于各种CPU的通信协议)与485协议间的转换。
如图9所示，本发明液晶控制器的监控单元与控制用PC机通讯时可根据需要选择RS232或RS485方式，为避免相互干扰，通过光耦实现隔离。

Claims (2)

1、一种三相全桥电压型光伏并网装置，包括光伏阵列以及控制用PC机，其特征是：光伏阵列的数目至少为三个，光伏阵列分别通过三个并网逆变器与电网的三相线路相连，三个并网逆变器均通过485通讯线路依次与液晶控制器以及控制用PC机相连；并网逆变器包括装有避雷器的避雷滤波电路、控制电源电路、逆变升压电路以及滤波电路，避雷滤波电路连接着蓄电池，光伏阵列的电流输出端依次通过装有避雷器的避雷滤波电路、控制电源电路、逆变升压电路、滤波电路与电网相连。
2、根据权利要求1所述的三相全桥电压型光伏并网装置，其特征是：在逆变升压电路的变压器与电网之间安装着110A/250V交流滤波器。
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