CN102638054A - 小功率光伏并网逆变器控制系统及其控制方法 - Google Patents

小功率光伏并网逆变器控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及逆变器数控领域,特别是涉及一种小功率光伏并网逆变器控制系统及其控制方法,其包括微处理器MCU、DC输入检测电路、温度检测电路、功率调整电路、DC升压电路、AC电压检测电路、正弦波生成电路和AC频率检测电路,通过微处理器MCU控制各个电路,使光伏并网逆变器适应110V/220V、50HZ/60HZ的各种电网,光伏并网逆变器搭配的光伏电池可以任意组合,通用性强,MPPT的实现采用功率微扰动电压观察法,使MPPT(最大功率点追踪)的实现更快捷简单和低成本,用频率反馈法来检测孤岛,使整体的保护功能和恢复功能更完善。

Description

小功率光伏并网逆变器控制系统及其控制方法
 
技术领域
    本发明涉及逆变器数控领域,特别是涉及一种小功率光伏并网逆变器控制系统及其控制方法。
 
背景技术
随着可再生能源逐渐枯竭和人类对能源的需求越来越大,寻求新的替代能源已经到了迫在眉睫的地步,因此,取之不尽用之不竭的太阳能的利用成为人们关注和研究的重点。各种光伏逆变器也逐渐进入市场。但是,目前的光伏逆变器都还是基于大功率(一般3KW以上)应用,成本高,体积大。而车载式小型逆变器还停留在离网逆变应用阶段。因此,设计一种小功率,小体积,低成本,高稳定性的功能完善的并网逆变器能更进一步推动太阳能发电的普及。
 
发明内容
    为了解决上述技术问题,本发明提供一种小功率光伏并网逆变器控制系统及其控制方法。
    鉴于此,本发明提供一种小功率光伏并网逆变器控制系统,包括微处理器MCU、DC输入检测电路、温度检测电路、功率调整电路、DC升压电路、AC电压检测电路、正弦波生成电路和AC频率检测电路,其特征在于:
    所述微处理器MCU,通过数字信号转模拟信号和模拟信号转数字信号来控制DC输入检测电路、温度检测电路、功率调整电路、DC升压电路、AC电压检测电路、正弦波生成电路和AC频率检测电路;
    所述DC输入检测电路,用于检测输入电压的范围并且通过微处理器MCU的ADC端口,将检测出来的电压转换成数字信号反馈给微处理器MCU;
    所述温度检测电路,通过微处理器MCU的ADC端口将电路中的电压转换成数字信号反馈给微处理器MCU并通过电路中的电压变化曲线计算出温度值;
    所述功率调整电路,通过微处理器MCU来控制PWM驱动电路的占用比来调整输出功率;
    所述DC升压电路,通过微处理器MCU控制电路来实现90V-150V模式和190V-260V模式下的直流母线电压切换;
    所述AC电压检测电路,通过光电耦合器将AC电压隔离耦合到直流端,并且通过微处理器MCU的ADC端口把耦合过来的直流电压转换成数字信号计算出AC电压值;
    所述正弦波生成电路,通过微处理器MCU软件合成SPWM,推动反激电路输出正弦波到电网;
    所述AC频率检测电路,通过光电耦合器组成的过零检测电路,利用微处理器MCU计算频率值。
    进一步地,所述微处理器MCU中还带有LED显示单元,微处理器MCU控制LED显示单元并把信息显示在LED显示单元上。
    进一步地,所述温度检测电路中包括有一风扇控制电路。
    进一步地,所述风扇控制电路通过微处理器MCU来控制当电路温度到达散热温度设定值时的风扇的开启和闭合,并且通过微处理器MCU来控制当电路温度到达保护温度设定值时的电路输出的关闭和自动恢复。
    本发明还提供一种小功率光伏并网逆变器控制系统的控制方法,所述控制方法包括以下步骤:
    微处理器MCU完成各种初始化动作;
    微处理器MCU检测并入的电网是否有交流电,如果存在,则继续执行,否则继续检测并入的电网是否有交流电;
    DC输入检测电路检测直流输入是否在设定的额定输入范围内,如果是,则继续执行,否则返回到检测交流电步骤;
    温度检测电路检测系统温度是否在设定的工作温度范围内,如果是,则继续执行,否则返回到检测交流电步骤;
    AC电压检测电路对电网电压检测其是否在设定的工作电压范围内,如果是则确定电网是90V-150V或者190V-260V,并控制DC升压电路切换到90V-150V模式或者190V-260V模式,否则返回到检测交流电步骤;
    AC频率检测电路对电网频率进行检测,确定电网频率是否为50HZ或60HZ,如果是则控制正弦波生成电路相应的生成50HZ正弦波或者60HZ的正弦波,并且推动正弦波生成电路,送出交流电到电网实现并网发电,如果电网频率不是为50HZ或60HZ,则返回到检测交流电步骤;
    微处理器MCU通过AC频率检测电路的频率反馈来检测系统是否处于孤岛状态,如果是则切断输出进入保护状态并返回到检测交流电步骤,否则继续执行;
    微处理器MCU通过功率调整电路、AC电压检测电路和AC频率检测电路运用功率扰动电压观察法进行MPPT(最大功率点追踪)调整,追踪到最大功率点后进入功率锁定输出。
    进一步地,所述微处理器MCU中还带有LED显示单元,微处理器MCU控制LED显示单元并把信息显示在LED显示单元上。
进一步地,当控制系统进入功率锁定输出状态后,微处理器MCU调整LED显示单元的显示节奏,调整完之后返回微处理器MCU检测并入的电网是否有交流电的执行。
本发明的有益效果是:适应110V/220V、50HZ/60HZ的各种电网,光伏并网逆变器搭配的光伏电池可以任意组合,通用性强,MPPT的实现采用功率微扰动电压观察法,使MPPT的实现更快捷简单和低成本,用频率反馈法来检测孤岛保护,使整体的保护功能和恢复功能更完善。
 
附图说明
    图1为本发明控制系统的结构示意图;
    图2为本发明控制系统的控制方法流程方框图;
    图3为本发明控制系统控制方法的孤岛检测保护的流程方框图;
    图4为本发明控制系统控制方法的微功率扰动电压观察法流程方框图。
 
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
    从图1中可以看出,一种小功率光伏并网逆变器控制系统,包括微处理器MCU1、DC输入检测电路2、温度检测电路3、功率调整电路4、DC升压电路5、AC电压检测电路6、正弦波生成电路7和AC频率检测电路8,
    所述微处理器MCU1,通过数字模拟来控制DC输入检测电路2、温度检测电路3、功率调整电路4、DC升压电路5、AC电压检测电路6、正弦波生成电路7和AC频率检测电路8;
    所述DC输入检测电路2,本实施例通过分压电路将DC输入电压分压成0-5V的直流电压,微处理器MCU1通过ADC端口,将0-5V的直流电压转换成8Bit的数字信号反馈给微处理器MCU1;
    所述温度检测电路3,本实施例在分压电路中串联热敏电阻,微处理器MCU1通过ADC端口检测,将热敏电阻两端的电压转换成8Bit的数字信号,再根据热敏电阻的电压变化曲线就可就算出温度值;
所述功率调整电路4,微处理器MCU1通过控制PWM驱动电路的占空比来调整输出功率,微处理器MCU1集成增强型的10位PWM模块,可以软件编程控制PWM频率、占空比和死区区间;
    所述DC升压电路5,微处理器MCU1通过控制继电器来实现90V-150V和190V-260V模式下的直流母线电压切换,当工作在90V-150V电网中时,继电器断开,变压器的两组输出并联输出,当工作在190V-260V电网中时,继电器闭合,变压器的两组输出串联输出;
    所述AC电压检测电路6,通过光电耦合器将AC电压隔离耦合到直流端并转换成直流电压,微处理器MCU1通过ADC端口,将耦合过来的直流电压转换成8Bit的数字信号即可计算出AC电压值;
    所述正弦波生成电路7,通过微处理器MCU1软件合成SPWM,推动反激电路输出正弦波到电网;
    所述AC频率检测电路8,通过光电耦合器组成的过零检测电路,利用微处理器MCU计算频率值。
    进一步地,所述微处理器MCU1中还带有LED显示单元9,微处理器MCU1控制LED显示单元9并把信息显示在LED显示单元9上。
 进一步地,所述温度检测电路3中包括有一风扇控制电路10,所述风扇控制电路10通过微处理器MCU1来控制电路到达温度设定值时的风扇的开启和闭合,并且通过微处理器MCU1来控制当电路到达温度设定值时的电路输出的关闭和自动恢复。当温度超高45摄氏度时,开启风扇散热,当温度低于38摄氏度后就关闭风扇;当温度超过70摄氏度,关闭输出,等待温度降低到40摄氏度后再自动恢复输出。
    从图1、图2、图3或图4中可以看出,一种小功率光伏并网逆变器控制系统的控制方法,所述控制方法包括以下步骤:
    微处理器MCU1完成各种初始化动作。
    微处理器MCU1检测并入的电网是否有交流电,如果存在,则继续执行,否则继续检测并入的电网是否有交流电。
    DC输入检测电路2检测直流输入是否在设定的额定输入范围内,如果是,则继续执行,否则返回到检测交流电步骤。
    温度检测电路检3测系统温度是否在设定的工作温度范围内,如果是,则继续执行,否则返回到检测交流电步骤。
    AC电压检测电路6对电网电压检测其是否在设定的工作电压范围内,如果是则确定电网是90V-150V或者190V-260V,并控制DC升压电路切换到90V-150V模式或者190V-260V模式,否则返回到检测交流电步骤。
    AC频率检测电路7对电网频率进行检测,确定电网频率是否为50HZ或60HZ,如果是则控制正弦波生成电路相应的生成50HZ正弦波或者60HZ的正弦波,并且推动正弦波生成电路,送出交流电到电网实现并网发电,如果电网频率不是为50HZ或60HZ,则返回到检测交流电步骤。
微处理器MCU1通过AC频率检测电路7的频率反馈来检测系统是否处于孤岛状态,如果是则切断输出进入保护状态并返回到检测交流电步骤,否则继续执行;其具体方法如下:
(1)、在交流电负向过零点时启动微处理器MCU1计数器,开始量测过零检测信号的高电平时间,对于50HZ的电网,其高电平最大持续时间不超过0.01秒(10毫秒,半周期),若超过0.01秒(实际控制软件为了消除干扰,设定为0.015秒),则认为电网停止供电,逆变器已经处于孤岛状态,需要切断逆变器的输出;
(2)、在交流电正向过零点时启动微处理器MCU1计数器,开始量测过零检测信号的低电平时间,对于50HZ的电网,其高电平最大持续时间不超过0.01秒(10毫秒,半周期),若超过0.01秒(实际控制软件为了消除干扰,设定为0.015秒),则认为电网停止供电,逆变器已经处于孤岛状态,需要切断逆变器的输出;
(3)、如果没有检测到孤岛,则继续进入下一个周期。对60Hz的电网,仅仅是电平持续时间不同而已。
微处理器MCU1通过功率调整电路4、AC电压检测电路6和AC频率检测电路8运用功率微扰动电压观察法进行MPPT调整,追踪到最大功率点后进入功率锁定输出,功率微扰动电压观察法具体如下:
系统开机时执行软启动程序,功率由0开始逐渐增加,同时量测直流输入电压VIN(功率为零时VIN= Voc,Voc为开路电压),随着功率的增加,VIN会减小,当VIN= Vm(最大功率点电压)时,就锁定功率输出。随着外部环境(如日照强度,温度等)的变化,光伏电池的输出功率也发生变化,如果光伏电池的输出功率减小,那么会VIN<Vm,这就需要减小逆变器的输出功率,让VIN增加,直到VIN= Vm时再次锁定功率。如果光伏电池的输出功率增大,那么会VIN>Vm,这就需要增加逆变器的输出功率,让VIN减小,直到VIN= Vm时再次锁定功率。
    进一步地,所述微处理器MCU1中还带有LED显示单元9,微处理器MCU1控制LED显示单元9并把信息显示在LED显示单元9上。
进一步地,当控制系统进入功率锁定输出状态后,微处理器MCU1调整LED显示单元9的显示节奏,调整完之后返回微处理器MCU1检测并入的电网是否有交流电的执行。
通过以上小功率光伏并网逆变器控制系统及其控制方法,光伏并网逆变器适应110V/220V、50HZ/60HZ的各种电网,光伏并网逆变器搭配的光伏电池可以任意组合,通用性强,MPPT的实现采用功率微扰动电压观察法,使MPPT的实现更快捷简单和低成本,用频率反馈法来检测孤岛保护,使整体的保护功能和恢复功能更完善。
以上已将本发明做一详细说明,但显而易见,本领域的技术人员可以进行各种改变和改进,而不背离所附权利要求书所限定的本发明的范围。

Claims (7)

1.小功率光伏并网逆变器控制系统,包括微处理器MCU、DC输入检测电路、温度检测电路、功率调整电路、DC升压电路、AC电压检测电路、正弦波生成电路和AC频率检测电路,其特征在于:
    所述微处理器MCU,通过数字信号转模拟信号和模拟信号转数字信号来控制DC输入检测电路、温度检测电路、功率调整电路、DC升压电路、AC电压检测电路、正弦波生成电路和AC频率检测电路;
    所述DC输入检测电路,用于检测输入电压的范围并且通过微处理器MCU的ADC端口,将检测出来的电压转换成数字信号反馈给微处理器MCU;
    所述温度检测电路,通过微处理器MCU的ADC端口将电路中的电压转换成数字信号反馈给微处理器MCU并通过电路中的电压变化曲线计算出温度值;
    所述功率调整电路,通过微处理器MCU来控制PWM驱动电路的占用比来调整输出功率;
    所述DC升压电路,通过微处理器MCU控制电路来实现90V-150V和190V-260V模式下的直流母线电压切换;
    所述AC电压检测电路,通过光电耦合器将AC电压隔离耦合到直流端,并且通过微处理器MCU的ADC端口把耦合过来的直流电压转换成数字信号计算出AC电压值;
    所述正弦波生成电路,通过微处理器MCU软件合成SPWM,推动反激电路输出正弦波到电网;
所述AC频率检测电路,通过光电耦合器组成的过零检测电路,利用微处理器MCU计算频率值。
2.    根据权利要求1所述的小功率光伏并网逆变器控制系统,其特征在于:所述微处理器MCU中还带有LED显示单元,微处理器MCU控制LED显示单元并把信息显示在LED显示单元上。
3.    根据权利要求1所述的小功率光伏并网逆变器控制系统,其特征在于:所述温度检测电路中包括有一风扇控制电路。
4.   根据权利要求3所述的小功率光伏并网逆变器控制系统,其特征在于:所述风扇控制电路通过微处理器MCU来控制当电路温度到达散热温度设定值时的风扇的开启和闭合,并且通过微处理器MCU来控制当电路温度到达保护温度设定值时的电路输出的关闭和自动恢复。
5.  一种如权利要求1所述的小功率光伏并网逆变器控制系统的控制方法,其特征在于所述控制方法包括以下步骤:
    微处理器MCU完成各种初始化动作;
    检测交流电,微处理器MCU检测并入的电网是否有交流电,如果存在,则继续执行,否则继续检测并入的电网是否有交流电;
    DC输入检测电路检测直流输入是否在设定的额定输入范围内,如果是,则继续执行,否则返回到检测交流电步骤;
    温度检测电路检测系统温度是否在设定的工作温度范围内,如果是,则继续执行,否则返回到检测交流电步骤;
    AC电压检测电路对电网电压检测其是否在设定的工作电压范围内,如果是则确定电网是90V-150V或者190V-260V,并控制DC升压电路切换到90V-150V模式或者190V-260V模式,否则返回到检测交流电步骤;
    AC频率检测电路对电网频率进行检测,确定电网频率是否为50HZ或60HZ,如果是则控制正弦波生成电路相应的生成50HZ正弦波或者60HZ的正弦波,并且推动正弦波生成电路,送出交流电到电网实现并网发电,如果电网频率不是为50HZ或60HZ,则返回到检测交流电步骤;
    微处理器MCU通过AC频率检测电路检测系统是否处于孤岛状态,如果是则切断输出进入保护状态并返回到检测交流电步骤;否则继续执行;
    微处理器MCU通过功率调整电路、AC电压检测电路和AC频率检测电路进行MPPT调整,追踪到最大功率点后进入功率锁定输出。
6.   根据权利要求5所述的小功率光伏并网逆变器控制系统的控制方法,其特征在于:所述微处理器MCU中还带有LED显示单元,微处理器MCU控制LED显示单元并把信息显示在LED显示单元上。
7.   根据权利要求5或6所述的小功率光伏并网逆变器控制系统的控制方法,其特征在于:当控制系统进入功率锁定输出状态后,微处理器MCU调整LED显示单元的显示节奏,调整完之后返回微处理器MCU检测并入的电网是否有交流电的执行。
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