太阳能光伏市电互补控制逆变一体机设计

1、太阳能光伏市电互补控制逆变一体机设计摘要：本项目设计的太阳能光伏控制逆变一体机 可以实现蓄电池的充放电控制，太阳能发电、市电双路自动 切换供电，并能根据负载的大小切换两路输出，保证供电的 连续性、提高了使用的灵活性，大大节约了市电的使用。一 体机逆变输出为纯正弦波，用电器适用范围广。关键词：控制电路；逆变电路；市电切换；单片机；蓄 电池中图分类号：tm92文献标识码：a当今，电在人们生活中的地位是非常重要的，日常生活 中的用电主要靠市电。但随着石油、煤炭等不可再生能源的 消耗，能源危机越来越严重，太阳能作为新能源，其利用越 来越受到重视。在无电地区，电力不足地区，或者节能环保 意识强的地区，太

2、阳能是首选的能源。独立太阳能光伏发电 系统以其灵活、便捷的优点在很多场合使用，但是，现有的 独立太阳能光伏发电系统在使用中还存在一定的问题：首 先，其功能较为单一，只能是太阳能供电，输出仅为蓄电池 逆变输出，当光照不足时，无法保证电源不间断；其次，光 伏系统需自行连接，用户容易错误安装或勿操作；再次，交 流电源输出波形为方波或修正正弦波，对电器影响巨大，严 重的可造成电器损坏。基于此，设计了本一体机，把太阳能 光伏发电与市电连接在一起，能根据蓄电池电压情况自动切 换太阳能发电和市电，逆变输出失真度小的正弦波，大大节 约市电能源及满足用电器的使用要求。1太阳能光伏控制逆变一体机图1是本系统的结构

3、图，主要组成部分是：太阳能电池、 蓄电池、充放电控制器、纯正弦波逆变电路、太阳能市电切 换电路。在本系统中，主控芯片为单片机atmega16,通过单片机 及其外围电路完成对蓄电池的充放电的控制、逆变的控制、 市电切换的控制。具体功能如下：(1) 本系统是根据家庭、通信、电力系统的电源管理 模式而设计的电源系统，额定输出功率300w,具有太阳能逆 变、市电超短时间自动切换功能，为用户提供稳定不间断的 交流供电。(2) 本系统采用正弦波逆变器，纯正弦波输出(失真 率 dc/ac电路由高电压mos管、专用的eg8010-spwm 纯正弦逆变器控制芯片及驱动电路、lc滤波电路等组成。如 图5所示。专用

4、的eg8010-spw纯正弦逆变器控制芯片产生 用于spwm调制控制的调制波并由ir2110s驱动mos管irf840 工作，使350v直流电通过mos管调制出220v/50hz纯正弦 波，完成整体的逆变工作。最后在输出的220v/50hz正弦交 流电中取电压、电流反馈回eg8010-spwm纯正弦逆变器控制 芯片对输出电压比较，起到过压保护和输出电压稳定控制。eg8010是一款数字化的、功能很完善的自带死区控制 的纯正弦波逆变发生器芯片，应用于dc-dc-ac两级功率变 换架构或dc-ac单级工频变压器升压变换架构，外接12mhz 晶体振荡器，能实现高精度、失真和谐波都很小的纯正弦 波50h

5、z或60hz逆变器专用芯片。该芯片采用cmos工 艺，内部集成spwm正弦发生器、死区时间控制电路、幅 度因子乘法器、软启动电路、保护电路等功能。主要应用于: 单相纯正弦波逆变器、光伏发电逆变器、风力发电逆变器等 领域。2.3太阳能、市电切换电路图6中，r50、d21、c38、r52及ic2构成了正弦波输出 检测电路，当逆变电路正常工作有输出的时候，光耦ic2导 通，lost_ac 口高电平信号送到单片机，单片机控制j2继电 器得电，开关j2吸合，继电器j3得电，开关j3打到逆变 器输出端，此时逆变器向负载供电。否则，当逆变器电路没 有输出的时候，j2继电器失电，开关j2断开，此时由市电 供电

6、。电流互感器l3及外围电路从端口 current_l送出的电 压接到单片机a/d 口，当输出负载端出现过载时，单片机接 收到的电压大于3v,则控制继电器j2失电，开关j2断开， 继电器j3失电，开关j3打到市电端，此时市电向负载供电。 单片机循环测试电流互感器输出的电压，当输出负载没出现 过载时，则接通逆变器向负载供电。3系统软件设计如图7为本系统的程序流程，软件釆用c语言设计，c 语言具有应用广泛、数据处理能力强的特点。在软件控制上 主要是实现以下几个功能：(1) 对系统的初始化，包括ad转换器的设置，lcd液 晶屏的设置，pao、pai、pa4设为输入口，pa7-pa5. pc 口 全部、

7、pb 口全部设为输出，pd3设为输入，其它pd 口设为 输出。(2) 对蓄电池的充放电控制。单片机一直对蓄电池电 压检测值进行采样，当蓄电池电压大于28. 5v时，停止充电; 当低于28. 5v时，则接通充电电路；当蓄电池电压低于21. 5v 时，切断蓄电池对逆变电路的输出，否则将影响蓄电池使用 寿命。(3) 太阳能、市电切换控制。蓄电池电压正常工作值 为21. 5v28.5v,蓄电池在正常工作电压范围内，逆变器工 作，单片机检测到逆变器有220v的交流输出，则继电器j3 接通逆变器输出端；当出现蓄电池处于欠压状态逆变器不工 作和负载电流超过逆变器提供的最大电流两种情况时，继电 器j3切换到市

8、电供电。(4) 控制lcd显示器的显示。显示器采用lcd12232中 文显示，显示内容包括蓄电池的电压值及充满、正常和欠压 的状态，是市电或是太阳能逆变输出供电的状态，负载电流 是否过流的状态。lcd的显示能清楚指示一体机的工作状态4系统测试系统测试主要是在负载连续工作的情况下对蓄电池电 压和电路过流保护状态的检查，在一体机连接好太阳能电池 板后，在自然条件下进行测试。当蓄电池电压大于28. 5v时，充电回路断开，lcd显示 蓄电池池电压及充满状态；当蓄电池电压在21.5v28. 5v 内时，蓄电池充电回路接通，lcd显示蓄电池电压及正常状 态。在这两种情况下，正弦波逆变电路接通，输出220v

9、50hz 正弦波电压，输出继电器j3接通逆变器，由逆变器供电。当蓄电池电压低于最低放电电压21. 5v时，lcd显示蓄电池 电压并提示欠压状态，输出继电器j3切换为市电输出，逆 变电路停止工作。当负载功率超过300w时，切换到市电供 电，逆变器停止工作。lcd显示过载状态。当负载功率低于 300w时，逆变器恢复工作，切换到逆变器供电。结语本一体机的优点是可以实现太阳能、市电双路自动切换 供电，保证供电的连续性，并能根据负载的大小切换两路输 出，节约了电能及提高了使用的灵活性。一体机逆变输出为 纯正弦波，满足了用电器的使用要求。参考文献1 杨金焕，于化丛，葛亮太阳能光伏发电实用技术m. 北京：电子工业出版社，2010.2 张兴，曹仁贵.太阳能光