新型太阳能独立住宅供电装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种新型太阳能独立住宅供电装置，包括：光伏列阵、与光伏阵列的输出端连接的直流母线电容、与直流母线电容连接的前级boost升压电路、蓄电池、逆变桥、LC滤波电路和DSP芯片，前级boost升压电路连接蓄电池，蓄电池连接由四个MOSFET管组成的逆变桥，逆变桥连接LC滤波电路，经LC滤波电路滤波供给家用负载，其特征在于：DSP芯片分别连接在前级boost升压电路的两端采集电压值，连接在逆变桥与LC滤波电路之间的一端采集电流值，以及连接LC滤波电路的两端采集电压值，DSP芯片分别连接在前级boost升压电路的一个MOSFET管以及后级逆变桥的两路四个MOSFET管，用于对MOSFET管的开关进行控制，保证电压的输出稳定、可靠。
【专利说明】新型太阳能独立住宅供电装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种新能源太阳能技术，特别涉及一种新型太阳能发电供给家庭负载用电的装置。
【背景技术】
[0002]随着世界人口的增加，人类对能源的消耗也越来越大，传统的化石燃料日益减少，世界范围内的能源危机逐渐显现，开发新能源替代传统化石燃料已迫在眉睫，光伏发电作为一种绿色的可再生能源发电技术，目前已得到世界各国政府的重视，而光伏逆变器则是光伏发电系统中的一个重要环节。
[0003]太阳能作为一种绿色无污染的可再生能源，跟其他能源相比，具有独特的优势。太阳能发电的快速发展必将带来巨大的经济效益和社会效益，随着世界范围内对新对能源发电的渴求，光伏发电规模会更加迅速地扩大，应用面将更宽。独立光伏发电技术在多年的研究中已近成熟，但还存在部分技术难点。将独立光伏发电系统运用于家庭供电，可有效地避免电网带来的干扰，无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电，为偏远地区供电提供了解决路径；并对充分发掘光伏发电系统的潜在机理，拓宽光伏发电技术的工程范围，都具有重要意义。
实用新型内容
[0004]本文针对太阳能发电应用的拓展及技术稳定性可行性的提升问题，提出了一种新型独立太阳能发电装置，装置采用数字芯片控制(TMS320F2812)，算法采用电压外环和电流内环的双环控制策略，调制方式采用PWM及SPWM并用的调制方式，控制响应速度快且安全可靠，采用单极性系统结构，使得硬件成本大大降低；内置蓄电池，保证能源的有效储存和利用；双环控制算法，安全性可靠性增强。
[0005]本实用新型为达到以上目的，可使用以下技术方案:
[0006]本实用新型提供了一种新型太阳能独立住宅供电装置，包括:光伏列阵、直流母线电容、前级Boost升压电路、蓄电池、逆变桥、LC滤波电路和DSP芯片，光伏阵列的输出端连接直流母线电容，直流母线电容连接前级boost升压电路，前级boost升压电路包含一个MOSFET管和一个二极管，前级boost升压电路连接蓄电池，蓄电池连接由四个MOSFET管组成的逆变桥，逆变桥连接LC滤波电路，经LC滤波电路滤波供给家用负载，其特征在于:DSP芯片，包含PI调节器、PWM比较器；其中，DSP芯片分别连接在前级boost升压电路的两端采集电压值，连接在逆变桥与LC滤波电路之间的一端采集电流值，以及连接LC滤波电路的两端采集电压值，DSP芯片分别连接在前级boost升压电路的一个MOSFET管以及后级逆变桥的两路四个MOSFET管，用于对MOSFET管的开关进行控制。
[0007]实用新型的作用与效果
[0008]本实用新型所提供的一种太阳能独立住宅供电装置，采用DC/DC型Boost升压电路输出的电压和DC/AC型的逆变桥输出的电流形成的双环控制，由控制器的DSP芯片通过内置的比较功能、PI调节功能和SPWM调制功能，对Boost升压电路和逆变桥中的MOSFET管的开启和关断，实现了双环控制算法，使得安全性可靠性增强。内置蓄电池，保证能源的有效储存和利用。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0010]图1是本实用新型太阳能独立住宅供电装置主电路图。
[0011]图2是本实用新型太阳能独立住宅供电装置前级升压电路控制方案结构示意图。
[0012]图3是本实用新型太阳能独立住宅供电装置后级逆变电路控制方案结构示意图。
[0013]图4是本实用新型太阳能独立住宅供电装置基本结构框图。
[0014]图5是本实用新型太阳能独立住宅供电装置系统结构框图。
[0015]图6是本实用新型太阳能独立住宅供电装置主程序流程图。
[0016]图7是本实用新型太阳能独立住宅供电装置下溢中断服务程序流程图。
[0017]图8是本实用新型太阳能独立住宅供电装置捕获中断服务程序流程图。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图对本实施例所涉及的新型太阳能独立住宅供电装置的优选实施例做详细阐述，但本实施例不仅限于该实施例。为了使公众对本实施例有彻底的了解，在以下本实施例优选实施例中详细说明了具体细节。
[0019]图1是本实用新型太阳能独立住宅供电装置主电路图。
[0020]如图1所示，新型太阳能独立住宅供电装置主电路图，此种拓扑结构有较少的元器件构成。依次包括:光伏阵列(即:图中的PV阵列)I ;直流母线电容2 ;前级boost升压电路3，作为前级直流升压电路，是一种DC/DC升压电路，包含一个前级MOSFET管；蓄电池4 ;逆变桥5 ;LC滤波电路6 ;家用负载7。这种拓扑结构简单，运行稳定，可行性强。
[0021]其中，逆变桥5与LC滤波电路6组成后级逆变电路，逆变桥5有两路4个MOSFET管，并分为两路，后级逆变电路是一种DC/AC转换电路，经LC滤波电路将直流电路转变为工频正弦交流电路。
[0022]图2为本实用新型太阳能独立住宅供电装置前级直流升压电路控制方案结构示意图。
[0023]如图2所示，前级直流升压电路控制方案结构示意图，采用的是Boost升压电路，用于阻止流经直流母线电容的电流倒流回光伏阵列I。前级选用Boost升压电路3，因为光伏列阵I给直流母线电容2充电，前级Boost升压电路3因其输入电流是连续的，稳态电压比大于1，功率开关管有一端接地，并且其自身二极管能起到截止二极管的作用阻止经过直流母线电容2的电流倒流回光伏电池I。控制芯片采用全数字芯片控制(TMS320F2812)，此芯片具有处理速度快，稳定可靠等优点。通过DSP采样得到前级电路输出的电压值与设定的基准值相比较201，作差后进行PI调节202，将调节输出的信号与三角载波比较，输出脉冲信号作为控制信号控制MOSFET管的开通关断，从而靠改变占空比调节输出电压逼近给定值。使得开通时间延长，输出电压升高，并采用仿真工具验证了装置的可行性。
[0024]图3为本实用新型太阳能独立住宅供电装置后级逆变电路控制方案结构示意图。[0025]如图3所示，后级逆变电路控制方案结构示意图，采用电压外环和电流内环的双环控制策略:通过采样光伏电池经DC/DC型的Boost升压电路3和DC/AC型逆变桥5的直流电压和电流，将此电压值与给定的电压值做比较201，输出值作为电流的基准值，与采用得到的电流值做比较，再经PI调节202后与三角载波比较输出SPWM脉冲控制信号，控制两路MOSFET管的开通关断。
[0026]图4为本实用新型太阳能独立住宅供电装置基本结构框图。
[0027]如图4所示，为基本结构框图，本装置将光伏列阵I输入的不稳定直流通过Boost升压电路3稳定到400V左右的直流电，即DCLink限制在400V，在太阳能充足的条件下多余的能量储存在蓄电池4中，将能量传递到后级逆变电路中实现逆变，最后通过LC滤波电路6将其过滤为220V工频交流电。前级DC/DC升压电路以及后级DC/AC逆变电路都是由DSP进行控制，就这样实现了太阳能发出的能量为家用负载供电。
[0028]应用蓄电池4储能，能够把光伏发电系统前级转换来的直流电转换为化学能储存起来，以供负载使用，实现全天候均衡供电；同时使用蓄电池是应用在中小型光伏独立供电装置中最方便、经济和有效的储能方式。本装置使用的是阀控密封式铅酸蓄电池，它能在满足负载用电的前提下，把白天太阳能电池组件产生的电能尽量存储下来，在光照不足(夜间或阴雨天)时将化学能转化为电能供给负载。
[0029]图5为本实用新型太阳能独立住宅供电装置系统结构框图。
[0030]如图5所示，该装置软件控制的主程序流程图，主程序主要完成系统运行前的一些初始化与准备操作，主程序的功能包括DSP控制器系统的初始化、系统时钟配置、中断向量、中断等级、模数转换模块、事件管理器模块等相关控制寄存器的设置，以及系统中控制用的状态标志和一些模块的初始化等。
[0031]在中断服务程序方面，本文软件程序设计中主要应用了 DSP的3个中断，分别是事件管理模块的下溢中断、事件管理模块的捕获中断和AD转换中断。
[0032]图6为本实用新型太阳能独立住宅供电装置主程序流程图。
[0033]如图6所示，一些对时序要求较高的代码和程序段一般都在中断服务程序中运行。此装置软件控制环节由于算法和逻辑控制时序性较强，运行时间和频率必须受到严格控制。中断服务程序的功能是根据当前的工作模式，使逆变器实现整流、逆变工作。主要通过读取AD采样值，根据采样到的电压、电流进行PI调节，并完成相关的算法和控制。
[0034]图7为本实用新型太阳能独立住宅供电装置下溢中断服务程序流程图。
[0035]如图7所示，只要逆变器发生任何故障，DSP的捕获引脚CAP6的外部电平都会由高电平变为低电平，因此该捕获引脚设置为下降沿响应。一旦发生故障，会立即触发捕获中断响应进入捕获中断服务程序。然后会将脉冲进行封锁并断开主接触器和软启接触器使逆变器的主电路不再有回路，最后读取故障类型并将其返回。
[0036]图8为本实用新型太阳能独立住宅供电装置捕获中断服务程序流程图。
[0037]如图8所示，采用EVA启动AD采样，当EVA计数器上溢时就会启动一次AD转换，当转换完成后AD会发出一个中断请求，DSP会立即响应AD转换中断。在AD转换中断服务程序中，首先读取ADO?AD2 —共3路的16位AD采样数据，他们分别对应前级电压、后级电压和后级电流。通过对采样进行转换就能得到相应的实际模拟量，同时将3个模拟量存入全局变量，等待算法处理时调用。
【权利要求】
1.一种新型太阳能独立住宅供电装置，包括:光伏列阵、直流母线电容、前级Boost升压电路、蓄电池、逆变桥、LC滤波电路和DSP芯片，所述光伏阵列的输出端连接直流母线电容，所述直流母线电容连接前级boost升压电路，所述前级boost升压电路包含一个MOSFET管和一个二极管，前级boost升压电路连接蓄电池，所述蓄电池连接由四个MOSFET管组成的所述逆变桥，所述逆变桥连接LC滤波电路，经所述LC滤波电路滤波供给家用负载，其特征在于: DSP芯片，包含PI调节器、PWM比较器； 其中，所述DSP芯片分别连接在所述前级boost升压电路的两端采集电压值，连接在所述逆变桥与LC滤波电路之间的一端采集电流值，以及连接LC滤波电路的两端采集电压值， 所述DSP芯片分别连接在所述前级boost升压电路的一个MOSFET管以及所述后级逆变桥的两路四个MOSFET管，用于对所述MOSFET管的开关进行控制。
【文档编号】H02M7/5395GK203434884SQ201320213953
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年4月25日 优先权日:2013年4月25日
【发明者】黄鑫, 易映萍, 唐达峰 申请人:上海理工大学