专利名称：光伏并网发电与供电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光伏并网发电与供电装置。
背景技术：
能源是人类经济及文化活动的动力来源。目前由于大量使用矿物能源，全世界每天产生大量的温室效应气体，已经造成极为严重的大气污染。如果不加控制，人类生活空间的四分之一将由此受到极大威胁。针对以上情况，开发利用可再生能源和各种绿色能源以实现可持续发展的能源结构是人类必须采取的措施。从能源供应的诸多因素考虑，太阳能无疑是符合可持续发展的理想的绿色能源。光伏并网发电系统与光伏供电系统是光伏系统技术中的重要应用领域。如果将光伏并网发电功能与光伏供电功能有效的结合在一起，可以进一步拓宽其应用场合。现有光 伏并网发电系统与光伏供电系统中逆变电源拓扑结构有工频隔离型、高频隔离型、单级型、两级非隔离型拓扑结构，但都有各自的缺点。工频隔离型系统由光伏阵列、全桥电路、滤波电路及工频隔离变压器组成，其缺点在于低频率隔离变压器体积较大，质量重，致使整个系统的体积和重量均有所增大同时成本升高；高频隔离型系统由光伏阵列、含有高频隔离变压器DC/DC变换器、全桥电路及滤波电路组成，其缺点就是由于没有后级的隔离环节，所以在入网电流环节处可能含有直流分量对电网造成污染；单级型系统由光伏阵列、全桥电路及滤波电路组成，其缺点也是没有电气隔离，存在一定安全隐患；两极非隔离型系统在组成上与单极型系统相比较增加DC/DC变换单元，缺点与单级型系统相同。本系统的逆变电源拓扑结构由光伏阵列、含有高频隔离变压器DC/DC变换器、全桥电路、滤波电路及高频隔离变压器等组成，克服了上述各拓扑结构的缺点，具有体积小、重量轻、电气隔离，对电网污染少的特点。此外，磷酸铁锂电池在此系统中的应用使与应用传统的铅酸蓄电池的系统相比较具有体积小，充放电寿命长的优点。发明内容本发明的目的是提供一种结构简单、低成本、光伏并网发电与光伏供电功能结合在一起的装置。本发明的技术方案为一种光伏并网发电与供电装置，装置输出功率500W，由三块光伏电池板RE180S、直流升压型DC/DC变换单元、H桥逆变单元、隔离变压器单元、T型滤波单元、充电器、磷酸铁锂电池组、高频滤波器及英飞凌公司生产的16位单片机，其型号XE164CM为核心的控制单兀组成,三块光伏电池板(I)型号完全相同，每块光伏电池板的功率为180W ;三块光伏电池板(I)输出的可变直流电压信号输出给直流升压型DC/DC变换单元(2)，的输入端，直流升压型DC/DC变换单元(2)，将三块光伏电池板(I)串联后输出的直流电压泵升到400V左右，提供逆变后并网220V交流电压，其实现过程控制程序中最大功率追踪控制策略(MPPT)控制XE164CM单片机的一个输出脚输出开关信号控制直流升压型DC/DC变换单元中驱动电路芯片MIC4425BM，从而控制功率场效应管MOSFET开关管IPW60R045CP的通断，实现直流电压的泵升；直流升压型DC/DC变换单元(2)的输出端将输出的400V直流电压信号输入给H桥逆变单元(3)输入端，H桥逆变单元(3)将直流升压型DC/DC变换单元(2)输出的400V直流电压逆变成单相并网电压交流220V，其实现过程控制程序中正弦波脉宽调制控制策略(SPWM)控制XE164CM单片机的几个输出脚输出开关信号控制H桥逆变单元驱动芯片6ED003L06-F，进而控制绝缘栅双极型晶体管IGBT开关管Ikw30n60t的通断，实现直流电压到交流电压的逆变；H桥逆变单元(3)输出端将单相并网电压交流220V输入给T型滤波器(4)输入端，T型滤波器(4)对H桥逆变单元(3)输出的交流信号进行整形滤波；T型滤波器(4)输出端将交流电压220V输入给隔离变压器(5)输入端，隔离变压器(5)的引入使一次侧与二次侧的电气完全绝缘；隔离变压器(5)输出端将交流电压220V经隔离开关输入给单相电网(6) —端。本发明当有日照或电网时，隔离变压器(5)的输出端将光伏电池的能量传送给充电器(7 )的输入端或单相电网(6 ) —端将电网能量传递给充电器(7 )的输入端，充电器(7 )的输出端将光伏电池的能量或电网能量传送给磷酸铁锂电池组(8)的输入端，磷酸铁锂电池组(8)由三组完全相同型号的HKE-IFP-480-10磷酸铁锂电池组组成，能量储存在磷酸铁锂电池组(8)中；充电器(7)的充放电控制、电量检测信号是由以英飞凌单片机XE164F为核心的系统控制器(9)发出的，系统控制器(9)是此装置的核心部分。而当无日照及无电网且需照明时，可通过放电器将电池的能量取出，再经由H桥逆变单元(3)作电子镇流器的功 能经过高频滤波器(10)去驱动气体放电灯(11)。按这种结构规划的硬件达到最高的共用效果，结构简单，而仅需在控制程序上稍加变化即可，这对降低成本也有很大的意义。本发明磷酸铁锂电池与传统的铅酸蓄电池相比，具有自身的优点。能量密度是铅酸电池的4倍左右，体积小、重量轻；磷酸铁锂正极材料具有良好的电化学性能，充放电平台十分平稳，充放电过程中结构稳定，电池不燃烧、不爆炸、安全性好；外部温度55°C时电池正常工作；充放是标准放电的15倍；单体经2000次循环后容量仍大于80% ;整个生产过程清洁无毒，所有原料都无毒。因而此装置具有能量密度高、体积小、重量轻、使用寿命长、安全、环保的特点。本发明进一步促进了光伏并网发电功能和光伏独立供电功能相结合装置的发展，将英飞凌单片机做为控制器的核心芯片，拓宽了光伏控制器的核心芯片，并将磷酸铁锂电池组纳入装置中，提高了装置充放电的寿命、减轻了装置的重量及节约了空间。
图I是本发明光伏并网发电与供电装置结构示意2是本发明原理结构图
具体实施例方式如图I所示，本发明是一种光伏并网发电与供电装置，装置输出功率500W，由三块光伏电池板RE180S、直流升压型DC/DC变换单元、H桥逆变单元、隔离变压器单元、T型滤波单元、充电器、磷酸铁锂电池组、高频滤波器及英飞凌公司生产的16位单片机，其型号XE164CM为核心的控制单兀组成,三块光伏电池板I型号完全相同，每块光伏电池板的功率为180W;三块光伏电池板I输出的可变直流电压信号输出给直流升压型DC/DC变换单元2，的输入端，直流升压型DC/DC变换单元2，将三块光伏电池板I串联后输出的直流电压泵升到400V左右，提供逆变后并网220V交流电压。如图2所示，其实现过程控制程序中最大功率追踪控制策略(MPPT)控制XE164CM单片机的一个输出脚输出开关信号控制直流升压型DC/DC变换单元中驱动电路芯片MIC4425BM，从而控制功率场效应管MOSFET开关管IPW60R045CP的通断，实现直流电压的泵升；直流升压型DC/DC变换单元2的输出端将输出的400V直流电压信号输入给H桥逆变单元3输入端，H桥逆变单元3将直流升压型DC/DC变换单元2输出的400V直流电压逆变成单相并网电压交流220V，其实现过程控制程序中正弦波脉宽调制控制策略(SPWM)控制XE164CM单片机的几个输出脚输出开关信号控制H桥逆变单元驱动芯片6ED003L06-F，进而控制绝缘栅双极型晶体管IGBT开关管Ikw30n60t的通断，实现直流电压到交流电压的逆变；H桥逆变单元3输出端将单相并网电压交流220V输入给T型滤波器4输入端，T型滤波器4对H桥逆变单元3输出的交流信号进行整形滤波；T型滤波器4输出端将交流电压220V输入给隔离变压器5输入端，隔离变压器(5)的引入使一次侧与二次侧的电气完全绝缘；隔离变压器5输出端将交流电压220V经隔离开关输入给单相电网6—端。如图I所示，当有日照或电网时，隔离变压器5的输出端将光伏电池的能量传送给充电器7的输入端或单相电网6 —端将电网能量传递给充电器7的输入端,充电器7的输出端将光伏电池的能量或电网能量传送给磷酸铁锂电池组8的输入端，磷酸铁锂电池组8由 三组完全相同型号的HKE-IFP-480-10磷酸铁锂电池组组成，能量储存在磷酸铁锂电池组8中；充电器7的充放电控制、电量检测信号是由以英飞凌单片机XE164F为核心的系统控制器9发出的，系统控制器9是此装置的核心部分，直流升压型DC/DC变换单元2的最大功率点追踪(MPPT)方法的PWM占空比的控制、电网电压同步信号过零点的检测、太阳能转换成电网同频率同相位的正弦波电流馈入电网的控制等所有控制都是由系统控制器9实现的；而当无日照及无电网且需照明时，可通过放电器将电池的能量取出，再经由H桥逆变单元3作电子镇流器的功能经过高频滤波器10去驱动气体放电灯11。按这种结构规划的硬件达到最高的共用效果，结构简单，而仅需在控制程序上稍加变化即可，这对降低成本也有很大的意义。光伏电池板型号RE180S，直流升压型DC/DC变换单元的驱动电路芯片型号MIC4425BM，功率场效应晶体管MOSFET开关管型号IPW60R045CP，H桥逆变单元驱动芯片型号6ED003L06-F，绝缘栅双极型晶体管IGBT开关管型号IKW30N60T，磷酸铁锂电池组型号HKE-IFP-480-10，系统控制器核心芯片英飞凌单片机型号XE164CM。本发明实现了光伏并网发电功能与光伏供电功能有效的结合，并且此种结构规划的硬件达到最高的共用效果，而仅需在控制程序上稍加变化即可，这对降低成本有很大的意义，而且可以进一步拓宽应用场合。
权利要求
1.一种光伏并网发电与供电装置，其特征是装置输出功率500W，由三块光伏电池板RE180S、直流升压型DC/DC变换单元、H桥逆变单元、隔离变压器单元、T型滤波单元、充电器、磷酸铁锂电池组、高频滤波器及英飞凌公司生产的16位单片机，其型号XE164CM为核心的控制单兀组成，三块光伏电池板(I)型号完全相同，每块光伏电池板的功率为180W ;三块光伏电池板(I)输出的可变直流电压信号输出给直流升压型DC/DC变换单元(2)，的输入端，直流升压型DC/DC变换单元(2 )，将三块光伏电池板(I)串联后输出的直流电压泵升到400V左右，提供逆变后并网220V交流电压，其实现过程控制程序中最大功率追踪控制策略(MPPT)控制XE164CM单片机的一个输出脚输出开关信号控制直流升压型DC/DC变换单元中驱动电路芯片MIC4425BM，从而控制功率场效应管MOSFET开关管IPW60R045CP的通断，实现直流电压的泵升；直流升压型DC/DC变换单元(2)的输出端将输出的400V直流电压信号输入给H桥逆变单元(3 )输入端，H桥逆变单元(3 )将直流升压型DC/DC变换单元(2 )输出的400V直流电压逆变成单相并网电压交流220V，其实现过程控制程序中正弦波脉宽调制控制策略(SPWM)控制XE164CM单片机的几个输出脚输出开关信号控制H桥逆变单元驱动芯片6ED003L06-F，进而控制绝缘栅双极型晶体管IGBT开关管Ikw30n60t的通断，实现直流电压到交流电压的逆变；H桥逆变单元(3)输出端将单相并网电压交流220V输入给T型滤波器(4)输入端，T型滤波器(4)对H桥逆变单元(3)输出的交流信号进行整形滤波；T型滤波器(4)输出端将交流电压220V输入给隔离变压器(5)输入端，隔离变压器(5)的引入使一次侧与二次侧的电气完全绝缘；隔离变压器(5)输出端将交流电压220V经隔离开关输入给单相电网(6 ) —端。
2.根据权利要求I所述的一种光伏并网发电与供电装置，其特征是光伏电池板型号RE180S,直流升压型DC/DC变换单元的驱动电路芯片型号MIC4425BM，功率场效应晶体管MOSFET开关管型号IPW60R045CP，H桥逆变单元驱动芯片型号6ED003L06_F，绝缘栅双极型晶体管IGBT开关管型号IKW30N60T，磷酸铁锂电池组型号HKE-IFP-480_10，系统控制器核心芯片英飞凌单片机型号XE164CM。
全文摘要
本发明公布了一种光伏并网发电与供电装置，采用英飞凌XE164CM单片机为核心芯片,对DC/DC变换单元的最大功率点追踪(MPPT)方法的PWM占空比的控制、电网电压同步信号过零点的检测、太阳能转换成电网同频率同相位的正弦波电流馈入电网的控制、充电器的SPWM充电等进行控制。本发明对光伏并网发电功能与供电功能采用了两种不同的控制策略，其硬件结构规划达到最高的共用效果，对降低成本有很大的意义。
文档编号H02J3/38GK102916447SQ201210460950
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月16日 优先权日2012年11月16日
发明者胡丽杰, 高尚, 王洪泉, 梁彬, 刘莹, 毕纯辉, 张玮 申请人:哈尔滨电机厂有限责任公司