CN202771250U - 一种基于arm监测控制的光伏并网逆变器 - Google Patents

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王万林
田玉鑫
周元超
鲍瑞丰
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ZHEJIANG HRV ELECTRIC CO Ltd
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Abstract

本实用新型公开了一种基于ARM监测控制的光伏并网逆变器，包括控制单元和与之相连的执行单元；控制单元包括ARM处理器，执行单元包括DSP处理器、PWM驱动电路和逆变器；ARM处理器通过RS232隔离接口电路连接有串行总线式触摸屏。本实用新型采用ARM加DSP的光伏并网电路结构将监测与执行电路分离，由ARM负责完成状态监控、信号采集和人机交互功能，由DSP完成数据处理和PWM控制信号输出功能，这种电路结构充分发挥两种处理器的特长，提高了系统效率和可靠性；同时采用ARM加总线式触摸屏的人机界面解决方案，使得人机界面软件设计方便、占用ARM资源少，适合应用于光伏并网逆变器。

Description

一种基于ARM监测控制的光伏并网逆变器
技术领域
本实用新型属于光伏并网技术领域，具体涉及一种基于ARM监测控制的光伏并网逆变器。
背景技术
光伏并网逆变器用于将光伏电池发出的直流电变换为交流电并入电网的装置，是光伏发电系统的重要组成部分。光伏并网发电系统一般由太阳能电池组件、光伏并网逆变器、计量装置及配电系统组成。太阳能通过太阳电池组件转化为直流电力，再通过光伏并网逆变器转化为与电网同步的正弦波电流，馈入电网。当直流输入和系统电压、频率正常时，并网运行输出交流电力。因日照降低等引起直流输入功率、电压下降时，自动停止整流，待直流输入恢复时再行自动开始整流动作。系统电压、频率异常时，在停止整流动作的同时，开放交流侧开关，从电力系统解列。当系统电压、频率恢复正常时，通过手动操作或自动开始并网运行。
由于光伏并网逆变器主电路往往需要多路PWM控制信号，最常见的逆变器控制电路采用DSP作为主控芯片。DSP的PWM模块能轻松地输出多路PWM信号，内置的ADC能够满足实时监测需求，而且其强大的数据处理能力和高速运行能力能够支持复杂的闭环控制策略。但是与通用微处理器相比，DSP的事务管理能力较弱，在应用程序控制方面比较欠缺。作为光伏并网逆变器的主控芯片，DSP有限片上资源和外设扩展能力增加了控制电路结构，降低了系统软件效率和可靠性。
人机交互单元是光伏并网逆变器不可或缺的一部分。现有主流产品主要有两种人机交互实现方案。方案一是采用微控制器与触摸屏相结合的方式，通过16位数据总线由微控制器直接控制。方案一硬件结构简单，控制灵活，成本较低；但是在功能实现上，方案一有很大不足，比如需要进行外设扩展设计、软件开销大、人机界面的设计任务繁重、美观度、稳定性较低，相对开发周期长。方案二是采用PLC加串行总线触摸屏的方式，在工业控制领域使用比较广泛。其特点是人机界面设计简便、美观、提供常用通信接口，使用方便；其不足在于功能设计与扩展不够灵活、硬件成本比较高，且PLC难以独立胜任光伏并网逆变器主控单元。
发明内容
针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本实用新型提供了一种基于ARM监测控制的光伏并网逆变器，能够充分利用DSP强大数据处理能力和运算速度的同时，兼顾了系统软硬件的执行效率和便捷性。
一种基于ARM监测控制的光伏并网逆变器，包括：控制单元和与之相连的执行单元；所述的控制单元用于负责完成状态监控、信号采集和人机交互等功能。
所述的控制单元包括ARM处理器。
所述的ARM处理器通过RS232隔离接口电路连接有触摸屏；所述的触摸屏为串行总线式触摸屏。
所述的ARM处理器通过以太网隔离接口电路连接有上位机。
所述的ARM处理器通过RS485隔离接口电路与所述的DSP处理器相连，并通过RS485隔离接口电路连接有电能表和汇流箱。
所述的ARM处理器通过开关量隔离电路连接有加热器和散热器。
所述的ARM处理器通过隔离放大电路连接有温度传感器。
所述的ARM处理器连接有存储器。
所述的执行单元包括DSP处理器、PWM驱动电路和逆变器。
所述的DSP处理器用于对ARM处理器提供的信号进行处理并输出PWM控制信号，所述的PWM驱动电路用于对PWM控制信号进行功率放大后以控制所述的逆变器。
本实用新型的有益效果为：
(1)本实用新型采用ARM加DSP的光伏并网电路结构将监测与执行电路分离，由ARM负责完成状态监控、信号采集和人机交互功能，由DSP完成数据处理和PWM控制信号输出功能；这种电路结构充分发挥两种处理器的特长，提高了系统效率和可靠性。
(2)本实用新型采用ARM加总线式触摸屏的人机界面解决方案，使得人机界面软件设计方便、占用ARM资源少，适合应用于光伏并网逆变器。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为开关量输出隔离模块的电路结构示意图。
图3为温度信号采集的原理结构示意图。
图4为温度变换模块的电路结构示意图。
图5为RS485接口的保护电路结构示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本实用新型，下面结合附图及具体实施方式对本实用新型的技术方案进行详细说明。
如图1所示，一种基于ARM监测控制的光伏并网逆变器，包括：控制单元和与之相连的执行单元；其中：
控制单元用于负责完成状态监控、信号采集和人机交互等功能，其包括ARM处理器、触摸屏、上位机等；ARM处理器采用意法半导体公司STM32系列型号为STM32F103RBT6的芯片；
执行单元包括DSP处理器、PWM驱动电路和逆变器；DSP处理器用于对ARM处理器提供的信号进行处理并输出PWM控制信号，PWM驱动电路用于对PWM控制信号进行功率放大后以控制逆变器。本实施方式中DSP处理器采用TI公司型号为TMS320F2808的芯片。
ARM处理器通过RS232隔离接口电路与串行总线式触摸屏和上位机相连，串行总线式触摸屏采用型号为TPC7062KS带RS232接口的7寸屏。
RS232隔离接口电路包含两路RS232接口，分别与上位机和串行总线式触摸屏相连，用于ARM处理器与上位机和人机界面之间的通讯；其电路包括两块高速光耦芯片LTV-826S-TA1和一块RS232接口芯片ADM202E。
ARM处理器通过以太网隔离接口电路与上位机相连；以太网隔离接口电路通过以太网线与上位机相连，用于ARM处理器与上位机之间的通讯，其电路包括以太网控制器ENC28J60芯片和与之相连的HANRUN公司的带隔离集成变压器RJ45接口HR911105A。
ARM处理器通过RS485隔离接口电路与DSP处理器相连，并通过RS485隔离接口电路连接有电能表和汇流箱。
RS485隔离接口电路具有三路RS485接口分别与DSP处理器、汇流箱和电能表相连；其电路包括两块高速光耦芯片LTV-846S-TA1、一块高速光耦芯片LTV-826S-TA1和三块RS485接口芯片ADM487E；如图5所示，本实施方式采用一个瞬态抑制二极管P6KE6.8CA和二个自恢复保险丝TRF250-120T-B-0.5对每路RS485输出接口进行保护。
ARM处理器通过开关量隔离电路连接有两路加热器和两路散热风扇；开关量隔离电路包括开关量输入隔离模块和开关量输出隔离模块：开关量输入隔离模块包括一块四通道高速光耦芯片LTV-846S-TA1和四个LED指灯；开关量输出隔离模块如图2所示，其包括一块三态缓冲器芯片MC54VHCT240ADW、一块达林顿驱动芯片ULN2803ADW和八个松下继电器PA1A-5V；图2中三态缓冲器的端口D0～D7与ARM处理器的GPIO口对应连接，稳压管DS1～DS8选用TL4311DBZ，三态缓冲器和达林顿驱动芯片构成继电器驱动电路，连同继电器K1～K8用于开关量输出。
ARM处理器通过隔离放大电路连接有4路电抗器温度传感器、2路环境温度传感器和10路换流模块温度传感器；隔离放大电路包括四块隔离放大模块，多路温度传感器用于实时采集电抗器温度、环境温度、DC-AC换流模块温度和DC-DC换流模块温度信号，总体电路结构如图3所示；16路温度模拟信号通过四块双四选一模拟开关芯片M54HC4052M1R后输出四路温度模拟信号，四路温度模拟信号分别通过四个温度变换模块转换输出四路温度电压信号，并分别通过四个隔离放大模块ISO U1-P3-O4进行隔离放大后由ARM处理器内置四路ADC进行采集。图3中四通道高速光耦芯片LTV-846S-TA1用于四选一模拟开关地址选择信号的隔离。温度变换模块的电路结构如图4所示，双运算放大器芯片LM224D将电阻型温度传感器PT100的电阻值转换为电压信号并进行差分放大后输出。
ARM处理器连接有存储器；存储器包含一块EEPROM芯片M24256BWMN6T，通过IIC总线与ARM处理器的IIC接口连接，用于实时记录运行信息。

Claims (7)

1.一种基于ARM监测控制的光伏并网逆变器，包括控制单元和与之相连的执行单元；其特征在于：所述的控制单元包括ARM处理器；所述的执行单元包括DSP处理器、PWM驱动电路和逆变器。
2.根据权利要求1所述的基于ARM监测控制的光伏并网逆变器，其特征在于：所述的ARM处理器通过RS232隔离接口电路连接有触摸屏；所述的触摸屏为串行总线式触摸屏。
3.根据权利要求1所述的基于ARM监测控制的光伏并网逆变器，其特征在于：所述的ARM处理器通过以太网隔离接口电路连接有上位机。
4.根据权利要求1所述的基于ARM监测控制的光伏并网逆变器，其特征在于：所述的ARM处理器通过RS485隔离接口电路与所述的DSP处理器相连，并通过RS485隔离接口电路连接有电能表和汇流箱。
5.根据权利要求1所述的基于ARM监测控制的光伏并网逆变器，其特征在于：所述的ARM处理器通过开关量隔离电路连接有加热器和散热器。
6.根据权利要求1所述的基于ARM监测控制的光伏并网逆变器，其特征在于：所述的ARM处理器通过隔离放大电路连接有温度传感器。
7.根据权利要求1所述的基于ARM监测控制的光伏并网逆变器，其特征在于：所述的ARM处理器连接有存储器。
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