一种经济实用的高性能光伏逆变器模拟装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于光伏发电技术领域，特别涉及一种经济实用的高性能光伏逆变器模拟装置。本实用新型专利技术利用锁相环倍频、比较器过零触发和单片机DA产生与输入参考信号同频同相且幅值可控的正弦波，作为DC‑AC逆变回路的输入参考信号，其中DC‑AC逆变回路采用D类功放中自激反馈模型，利用反馈的自激振荡产生SPWM波，实现了输出波形的内环控制。单片机实时采集入口电压电流并计算，实现最大功率的点跟踪。在30欧额定负载下，功率高达89％，失真度极低。频率相位均能实现小于1的快速跟踪，跟踪后相差小于0.9度，且具有过流保护及自恢复功能。本实用新型专利技术采用更少的元件、更低的成本模拟实现电路功能，所选器件具有相当高的性价比，经济简洁，实用性很强。

An economical and practical analog device for high performance photovoltaic inverter

The utility model belongs to the photovoltaic power generation technical field, in particular relates to an economical and practical high performance photovoltaic inverter simulation device. The utility model uses PLL frequency multiplier, comparator and zero trigger MCU DA and sine wave reference signal with the same frequency and phase and amplitude control input, as the input reference signal DC AC inverter circuit, the inverter circuit uses AC DC self feedback model in class D amplifier, SPWM wave generated by self oscillating feedback. The inner loop output waveform control. Single chip real-time acquisition and calculation of voltage and current entrance, to achieve the maximum power point tracking. Europe in 30 rated load power as high as 89%, the distortion is very low. The frequency and phase can achieve fast tracking less than 1, the difference is less than 0.9 degrees after tracking, and has over-current protection and self recovery function. The utility model has the advantages of less components and lower cost to realize the circuit function, and the selected device has high cost performance, economical simplicity and strong practicability.

【技术实现步骤摘要】
一种经济实用的高性能光伏逆变器模拟装置
本技术属于光伏发电领域，尤其涉及一种经济实用的高性能光伏逆变器模拟装置。
技术介绍
光伏并网发电系统，是利用光生伏特效应将太阳能转换成电能的发电系统。由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC、96VDC、192VDC，为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用太阳能光伏逆变器(DC-AC逆变器)，其功能包含两大主要部分：一是确保太阳能微型逆变器模块工作于最大功率点。二是将正弦电流注入电网。传统的光伏逆变器运用的是DSP光伏逆变方案，在频相跟踪、波形失真度、变换效率等方面性能较低，数字部分的逻辑负担过重。由于在中、大容量系统中，若采用方波供电，则输出将含有较多的谐波分量，高次谐波将产生附加损耗，因此要求逆变器输出高保真的正弦波电流。此外，传统逆变方案在实现DC-AC逆变、过流自恢复保护等功能的实现电路中器件繁多，成本较高，因此设计一种经济简洁、实用性更强、转换效率高、失真度低的光伏并网发电逆变器模拟装置具有重大的实际意义。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种经济实用的高性能光伏逆变器模拟装置，旨在实现更小的失真度、更大的转换效率，以更小的开销实现最大功率点跟踪、频率跟踪、过流保护等功能。本技术技术方案如下：一种经济实用的高性能光伏逆变器模拟装置，包括：DC-AC逆变回路模块、过流保护模块、开关控制模块，所述DC-AC逆变回路模块输入端接光伏阵列输出信号Ud，所述DC-AC逆变回路模块的输出端为输出信号，所述过流保护模块连接于DC-AC逆变回路模块，所述开关控制模块输入端连接参考正弦信号Uref和光伏阵列输出信号Ud，所述开关控制模块输出端连接于DC-AC逆变回路模块和过流保护模块。进一步根据本技术所述的一种经济实用的高性能光伏逆变器模拟装置，所述开关控制模块包括锁相环和单片机，所述锁相环输入端连接参考正弦信号Uref，锁相环输出端连接于单片机输入端，单片机输入端连接光伏阵列输出信号Ud，单片机输出端作为开关控制模块输出信号；所述锁相环为型号CD4046的锁相环，采用16脚双列直插式，利用锁相环实现输入参考信号的倍频和同步，输入频率为45-55Hz的参考正弦信号，经过256倍频后为11.52KHz-14.08KHz信号，送给单片机作为系统同步的时钟；所述单片机为型号MPS430F169的单片机，有两路D/A、八路A/D，可以连续实现电压电流采集，电压采样信号与电流采样信号输入到单片机中，由此计算实时功率后根据MPPT算法自动调整，实现最大功率点跟踪，单片机接收到锁相环发来的时钟信号，用DDS原理产生幅度可调的正弦信号，此时钟作为D/A输出的时钟，可追踪输入信号的相位和频率。进一步根据本技术所述的一种经济实用的高性能光伏逆变器模拟装置，所述DC-AC逆变回路模块包括一个型号LM393的比较器U1A，一个型号IR21094的浮栅驱动器U2，两个型号IRF540的功率NMOS管Q1、Q2，一个滤波器，一个反馈网络；所述LM393比较器U1A的引脚1(输出端口)通过负载R5加+5V电压，引脚2(负极输入端口)通过电阻R2接地，引脚3(正极输入端口)接参考正弦信号，并通过电阻R1接地，引脚4接地，引脚8接+5V电压，并通过电容C1旁路接地，所述LM393比较器U1A的其他引脚接地；所述IR21094浮栅驱动器U2的引脚1(VCC端口)接+12V电压，并通过电解电容C3旁路接地，引脚2(IN端口)连接于所述LM393比较器U1A的引脚1，引脚3(端口)接过流保护模块中IN5819二极管D4的正极，引脚4(DT端口)与引脚5(VSS端口)相连并接地，引脚6(COM端口)作输出端低电平，连接电解电容C5的负极，电解电容C5的正极连接+12V电压，引脚7(LO端口)通过电阻R7连接到IRF540功率NMOS管Q2栅极，引脚11(VS1端口)连接于所述滤波器中电感L1，引脚12(HO1端口)通过电阻R6连接到IRF540功率NMOS管Q1栅极，引脚13(VB端口)连接FR107二极管D1负极，并与引脚11之间串联电解电容C4，FR107二极管D1正极接+12V电压；所述IRF540功率NMOS管Q1漏极接功率电压HVDC，所述IRF540功率NMOS管Q1源极接所述IRF540功率NMOS管Q2漏极，并连接于所述滤波器中电感L1，所述IRF540功率NMOS管Q2源极作输出端低电平；所述滤波器由电感L1和电容C6组成，L1连接于输出端高电平，电容C6两端分别连接于输出端高电平、低电平；所述反馈网络由电容C2串联可调电阻R3之后与电阻R4并联构成，输出端高电平通过所述反馈网络连接于LM393比较器U1A的引脚2。进一步根据本技术所述的一种经济实用的高性能光伏逆变器模拟装置，所述过流保护模块包括一个型号LM358的双运算放大器(其中两个放大器分别记为U7A、U7B)，一个型号IN5819的二极管D4和若干电容、电阻；所述LM358双运算放大器的引脚1、引脚2、引脚3构成放大器U7A，引脚5、引脚6、引脚7构成放大器U7B，引脚4接地，引脚8接+5V电压并通过电容C5旁路接地；所述放大器U7A输出端口(引脚1)连接于所述IN5819二极管D4负极，正极输入端口(引脚3)通过变阻器R31和负载电阻R32连接+5V电压，并通过电容C34旁路接地，正极输入端口(引脚5)连接负载电阻R37和R38后接地，并通过电容C37旁路接地，所述放大器U7B负极输入端口(引脚6)通过电阻R34接地，输出端口(引脚7)连接于所述放大器U7A的负极输入端口(引脚2)，负极输入端口(引脚6)和输出端口(引脚7)之间连接由电阻R33和电容C58并联组成的回路；所述IN5819二极管D4正极接DC-AC逆变回路模块中IR21094浮栅驱动器引脚3(端口)，并通过电阻R23连接+5V电压，通过电解电容C321接地，所述IN5819二极管D4负极通过电阻R27连接二极管D5负极，二极管D5正极连接+5V电压，所述IN5819二极管D4负极通过电阻R24串联电阻R30后接地，电阻R24和电阻R30之间接单片机控制信号MCU_SD。本技术与现在技术相比，其有益效果在于：1.本技术包括频率相位跟踪、DC-AC逆变、过流自恢复保护、最大功率点跟踪等功能。2.本技术DC-AC逆变方案采用D类功放中自振荡式模型的逆变拓扑，利用反馈的高频自激产生所需的SPWM开关信号，此方案为闭环系统，在功率和负载变化时波形基本无失真。3.本技术利用锁相环的锁频锁相功能，将参考信号倍频，产生与其同步的时钟，以此时钟调整输入与输出的频相关系，完全由硬件电路实现，简单方便。4.采用经典MPPT算法，对光伏阵列输出电压电流连续采样，寻找最大功率点，控制方法简单，开销较小。5.实际制作中，选用CD4046锁相环芯片，功率MOS管IRF540等性价比较高的器件，对比传统的DSP光伏逆变方案，更加经济简洁，实用性更强。附图说明图1为本技术的原理结构图；图2为本技术的DC-AC逆变回路模块电路图；图3为本技术的过流保护模块电路图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种经济实用的高性能光伏逆变器模拟装置，其特征在于，包括：DC‑AC逆变回路模块、过流保护模块、开关控制模块，所述DC‑AC逆变回路模块输入端接光伏阵列输出信号Ud，所述DC‑AC逆变回路模块的输出端为输出信号，所述过流保护模块连接于DC‑AC逆变回路模块，所述开关控制模块输入端连接参考正弦信号Uref和光伏阵列输出信号Ud，所述开关控制模块输出端连接于DC‑AC逆变回路模块和过流保护模块。

【技术特征摘要】
1.一种经济实用的高性能光伏逆变器模拟装置，其特征在于，包括：DC-AC逆变回路模块、过流保护模块、开关控制模块，所述DC-AC逆变回路模块输入端接光伏阵列输出信号Ud，所述DC-AC逆变回路模块的输出端为输出信号，所述过流保护模块连接于DC-AC逆变回路模块，所述开关控制模块输入端连接参考正弦信号Uref和光伏阵列输出信号Ud，所述开关控制模块输出端连接于DC-AC逆变回路模块和过流保护模块。2.根据权利要求1所述的一种经济实用的高性能光伏逆变器模拟装置，其特征在于，所述开关控制模块包括锁相环和单片机，所述锁相环输入端连接参考正弦信号Uref，锁相环输出端连接于单片机输入端，单片机输入端连接光伏阵列输出信号Ud，单片机输出端作为开关控制模块输出信号；所述锁相环为型号CD4046的锁相环，采用16脚双列直插式，利用锁相环实现输入参考信号的倍频和同步，输入频率为45-55Hz的参考正弦信号，经过256倍频后为11.52KHz-14.08KHz信号，送给单片机作为系统同步的时钟；所述单片机为型号MPS430F169的单片机，有两路D/A、八路A/D，可以连续实现电压电流采集，电压采样信号与电流采样信号输入到单片机中，由此计算实时功率后根据MPPT算法自动调整，实现最大功率点跟踪，单片机接收到锁相环发来的时钟信号，用DDS原理产生幅度可调的正弦信号，此时钟作为D/A输出的时钟，可追踪输入信号的相位和频率。3.根据权利要求1所述的一种经济实用的高性能光伏逆变器模拟装置，其特征在于，所述DC-AC逆变回路模块包括一个型号LM393的比较器U1A，一个型号IR21094的浮栅驱动器U2，两个型号IRF540的功率NMOS管Q1、Q2，一个滤波器，一个反馈网络；所述LM393比较器U1A的引脚1输出端口通过负载R5加+5V电压，引脚2负极输入端口通过电阻R2接地，引脚3正极输入端口接参考正弦信号，并通过电阻R1接地，引脚4接地，引脚8接+5V电压，并通过电容C1旁路接地，所述LM393比较器U1A的其他引脚接地；所述IR21094浮栅驱动器U2的引脚1的VCC端口接+12V电压，并通过电解电容C3旁路接地，引脚2的IN端口连接于所述LM393比较器U1A的引脚1，引脚3的端口接过流保护模块中IN5819二极管D4的正极，引脚4的DT端口与引脚5的VSS端口相连并接地，引脚6的COM端口作输出端...

【专利技术属性】
技术研发人员：申倞宇，席博博，孟瞳，
申请(专利权)人：陕西尚品信息科技有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61