一種光伏UPS離網逆變器系統的製作方法

2023-05-25 11:59:01 1

本實用新型涉及光伏逆變電源領域，特別涉及一種光伏UPS離網逆變器系統。

背景技術：

人類社會的每一次變革發展，都離不開新能源的使用，能源對科技發展以及人們的生活水平的提高起著極其重要的作用。在傳統能源中，以煤炭、石油。天然氣等化石能源為主，雖然傳統能源的使用促進了工業發展，但同時也引發了一系列的生態環境惡化。化石能源的資源有限，在不合理的使用下，終究會耗盡。因此，為滿足能源需求的可持續發展，對新能源的研究已引起高度的重視。

在科技與網際網路高速發展的時代，需要大量不間斷工作的網際網路伺服器設施和工業設施。如計算機網絡系統，電力電子設備如電磁閥以及壓力變送器等，這些設備的共同特點是需要穩定的、不間斷的電力供應。這些設備的穩定工作對電網的穩定性提出非常高的要求。電網電壓不穩定，臨時停電等緊急情況的出現都會造成大量設備的停止工作，甚至對設備造成損壞，對企業和社會造成極大的損失。

傳統的UPS（Uninterruptible Power System，即不間斷電源）電源在電網不穩定時及時接入用電設備，由於蓄電池與電網的切換時間非常短，這樣便可實現對用電設備暫時的不間斷供電且保護重要設備不受損壞。當用電設備較多且電網故障時間較長時，蓄電池容量有限進而供電時間大大縮短，勢必會造成設備停機。

因而現有技術還有待改進和提高。

技術實現要素：

鑑於上述現有技術的不足之處，本實用新型的目的在於提供一種光伏UPS離網逆變器系統，可保證用電設備在電網故障時間較長時具有充足的電能供電，不會造成停機。

為了達到上述目的，本實用新型採取了以下技術方案：

一種光伏UPS離網逆變器系統，包括太陽能電池板、EMI濾波器、用於跟蹤太陽能電池板的最大功率點的BUCK降壓電路、蓄電池、用於進行同步整流的同步整流電路、用於將整流後的直流電逆變為交流電的全橋拓撲電路、EMC濾波器、用於向所述同步整流電路提供第一驅動信號的驅動電路模塊、用於向全橋拓撲電路提供第二驅動信號的DSP控制器、以及用於驅動所述全橋拓撲電路的全橋開關管驅動模塊；

所述太陽能電池板、EMI濾波器、BUCK降壓電路、蓄電池、同步整流電路、全橋拓撲電路和EMC濾波器依次連接，所述EMC濾波器還分別連接負載和電網，所述驅動電路模塊連接所述同步整流電路，所述DSP控制器的EPWM模塊通過所述全橋開關管驅動模塊連接所述全橋拓撲電路。

進一步地，所述BUCK降壓電路包括第一開關管、第一二極體、第一電感、第一電容和第二二極體，所述第一開關管的漏極連接EMI濾波器和太陽能電池板的正極，所述第一開關管的源極通過第一電感連接所述第二二極體的正極和第一電容的一端，也連接所述第一二極體的負極，所述第一二極體的正極連接EMI濾波器和太陽能電池板的負極、第一電容的另一端、蓄電池的負極和同步整流電路，所述蓄電池的正極連接第二二極體的負極，也連接所述同步整流電路。

進一步地，所述同步整流電路包括由第二開關管、第三開關管、第四開關管和第五開關管組成的第一電橋、變壓器、以及由第六開關管、第七開關管、第八開關管和第九開關管組成的第二電橋，所述第一電橋連接所述變壓器的原邊，還連接所述蓄電池的正極和負極、第二二極體的負極和第一電容的另一端，所述第二電橋連接所述變壓器的副邊，也連接所述全橋拓撲電路。

進一步地，所述全橋拓撲電路包括第二電感、第二電容、由第十開關管、第十一開關管、第十二開關管和第十三開關管組成的第三電橋、第三電感和第三電容，所述第二電感的一端連接所述第二電橋，所述第二電感的另一端連接第三電橋和第二電容的一端，所述第二電容的另一端連接第二電橋，也連接第三電橋，所述第三電橋還通過所述第三電感連接第三電容的一端、EMC濾波器和負載的一端，所述負載的另一端連接EMC濾波器和第三電橋，所述第三電容的另一端也連接所述EMC濾波器和第三電橋。

優選的，所述光伏UPS離網逆變器系統還包括過壓保護模塊、過流保護模塊、過熱保護模塊、交流端電流採樣模塊、蓄電池電壓採樣模塊、母線電壓採樣模塊、電網檢測模塊和負載檢測模塊，所述過壓保護模塊、過流保護模塊和過熱保護模塊均與所述DSP控制器的GPIO模塊連接，所述交流端電流採樣模塊、蓄電池電壓採樣模塊、母線電壓採樣模塊、電網檢測模塊和負載檢測模塊均與所述DSP控制器的ADC模塊連接，所述電網檢測模塊還與所述DSP控制器的ECAP模塊連接，所述電網檢測模塊連接電網，所述負載檢測模塊連接負載。

優選的，所述DSP控制器的GPIO模塊還連接有LCD顯示模塊，所述DSP控制器的UART模塊還連接有串口通信模塊。

具體的，所述DSP控制器的型號為TMS320F2808。

相較於現有技術，本實用新型提供的光伏UPS離網逆變器系統，通過增加太陽能為蓄電池的充電功能，在不增加成本的情況下，用戶可根據不同的工作要求選擇離網逆變器的工作模式，用戶自主選擇性高，LCD顯示與PC上位機可以實時監控通信，提高系統的安全響應速度，而且具有易於設計實現，功能模塊化，外部設備接入複雜度低，成本低，適合推廣應用的優點。

附圖說明

圖1為本實用新型所提供的光伏UPS離網逆變器的原理框圖。

圖2為本實用新型所提供的光伏UPS離網逆變器中，所述BUCK降壓電路、同步整流電路和全橋拓撲電路的電路原理圖。

圖3為本實用新型所提供的光伏UPS離網逆變器系統的工作流程圖。

具體實施方式

本實用新型提供一種光伏UPS離網逆變器系統，為使本實用新型的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖並舉實施例對本實用新型進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。

請參閱圖1，本發明提供的光伏UPS離網逆變器系統，包括太陽能電池板10、EMI濾波器20、用於跟蹤太陽能電池板的最大功率點的BUCK降壓電路30、蓄電池40、用於進行同步整流的同步整流電路50、用於將整流後的直流電逆變為交流電的全橋拓撲電路60、EMC濾波器70、用於向所述同步整流電路50提供第一驅動信號的驅動電路模塊80、用於向全橋拓撲電路60提供第二驅動信號的DSP控制器90、以及用於驅動所述全橋拓撲電路60的全橋開關管驅動模塊100。

具體來說，所述太陽能電池板10提供的電流經EMI濾波器20濾波後，傳遞至BUCK降壓電路30中，所述BUCK降壓電路30對太陽能電池板10進行最大功率點跟蹤後，直接給所述蓄電池40供電，或者是直接輸入到同步整流電路50中進行同步整流後，經全橋拓撲電路60進行逆變為交流電後給負載供電。

具體實施時，所述太陽能電池板10、EMI濾波器20、BUCK降壓電路30、蓄電池40、同步整流電路50、全橋拓撲電路60和EMC濾波器70依次連接，所述EMC濾波器70還分別連接負載1和電網2，所述驅動電路模塊80連接所述同步整流電路50，所述DSP控制器90的EPWM模塊通過所述全橋開關管驅動模塊100連接所述全橋拓撲電路60。

請參閱圖2，所述BUCK降壓電路30包括第一開關管Q1、第一二極體D1、第一電感L1、第一電容C1和第二二極體D2；所述第一開關管Q1的漏極連接EMI濾波器20和太陽能電池板10的正極，所述第一開關管Q2的源極通過第一電感L1連接所述第二二極體D2的正極和第一電容C1的一端，也連接所述第一二極體D1的負極，所述第一二極體D1的正極連接EMI濾波器20和太陽能電池板10的負極、第一電容C1的另一端、蓄電池40的負極和同步整流電路50（具體連接第一電橋），所述蓄電池40的正極連接第二二極體D2的負極，也連接所述同步整流電路50（具體連接第一電橋）。

所述EMI濾波器包括第二二極體D2、第四電容C4、第五電容C5和第一電阻R1，所述第二二極體D2的負極和第四電容C4的一端均連接所述太陽能電池板10的正極，所述第二二極體D2的正極和第四電容C4的另一端均連接所述太陽能電池板10的負極，所述第五電容C5和第一電阻R1的一端均連接所述太陽能電池板10的正極，也連接所述第一開關管Q1的漏極，所述第五電容C5和第一電阻R1的另一端均接地。

具體實施時，所述第一開關管採用PMOS管。

請繼續參閱圖2，所述同步整流電路50包括由第二開關管Q2、第三開關管Q3、第四開關管Q4和第五開關管Q5組成的第一電橋、變壓器T、以及由第六開關管Q6、第七開關管Q7、第八開關管Q8和第九開關管Q9組成的第二電橋，所述第一電橋連接所述變壓器T的原邊，還連接所述蓄電池40的正極和負極、第二二極體D2的負極和第一電容C1的另一端，所述第二電橋連接所述變壓器T的副邊，也連接所述全橋拓撲電路60（具體連接第二電感L2）。

具體來說，同步整流電路50採用SG3525晶片提供第一驅動信號，並將第一驅動信號利用光耦隔離進行放大處理，增加驅動能力，具體採用A3120光耦進行光耦隔離驅動。

第二開關管Q2、第三開關管Q3、第四開關管Q4、第五開關管Q5、第六開關管Q6、第七開關管Q7、第八開關管Q8和第九開關管Q9均採用PMOS管。

請繼續參閱圖2，所述全橋拓撲電路60包括第二電感L2、第二電容C2、由第第十開關管Q10、第十一開關管Q11、第十二開關管Q12和第十三開關管Q13組成的第三電橋、第三電感L3和第三電容C3，所述第二電感L2的一端連接所述第二電橋，所述第二電感L2的另一端連接第三電橋和第二電容C2的一端，所述第二電容C2的另一端連接第二電橋，也連接第三電橋，所述第三電橋還通過所述第三電感L3連接第三電容C3的一端、EMC濾波器70和負載1的一端，所述負載1的另一端連接EMC濾波器70和第三電橋，所述第三電容C3的另一端也連接所述EMC濾波器70和第三電橋。

所述EMC濾波器70包括第六電容C6、第七電容C7和第八電容C8，所述第六電容C6的一端連接所述負載1的一端、第七電容C7的一端和第二電感L2的一端，所述第六電容C6的另一端連接負載1的另一端、第八電容C8的一端和第三電橋，所述第七電容C7和第八電容C8的另一端均接地。

具體來說，所述第十開關管Q10、第十一開關管Q11、第十二開關管Q12和第十三開關管均採用NMOS管，由DSP控制器90輸出頻率二位20KHz的第二驅動信號驅動，採用單極性調製方法，上橋臂為工頻開關管，頻率為50Hz，下橋臂為高頻開關管，頻率為20KHz。

請繼續參閱圖1，所述光伏UPS離網逆變器系統還包括過壓保護模塊110、過流保護模塊120、過熱保護模塊130、交流端電流採樣模塊140、蓄電池電壓採樣模塊150、母線電壓採樣模塊160、電網檢測模塊170和負載檢測模塊180，所述過壓保護模塊110、過流保護模塊120和過熱保護模塊130均與所述DSP控制器90的GPIO模塊連接，所述交流端電流採樣模塊140、蓄電池電壓採樣模塊150、母線電壓採樣模塊160、電網檢測模塊170和負載檢測模塊180均與所述DSP控制器90的ADC模塊連接，所述電網檢測模塊170還與所述DSP控制器90的ECAP模塊連接，所述電網檢測模塊170連接電網2，所述負載檢測模塊180連接負載1。

具體來說，所述過壓保護模塊110、過流保護模塊120和過熱保護模塊130均起保護作用，通過與DSP控制器40連接，可避免逆變器系統中電器元件發生損壞，所述交流端電流採樣模塊140、蓄電池電壓採樣模塊150和母線電壓採樣模塊160用於進行電壓和電流採樣，並通過DSP控制器90的ADC模塊將電壓和電流等模擬信號轉換為數位訊號，從而進一步在監控界面顯示，實現對逆變器相關數據的實時監控，所述電網檢測模塊170通過與DSP控制器90的ADC模塊連接，可實時監測電網電壓，所述電網檢測模塊170通過與DSP控制器90的ECAP模塊連接，可實現監測電網頻率，所述負載檢測模塊180用於檢測負載電壓和電流。

請繼續參閱圖1，所述所述DSP控制器90的GPIO模塊還連接有LCD顯示模塊190，所述DSP控制器90的UART模塊還連接有串口通信模塊200，本實施例中，LCD顯示模塊190採用一LCD液晶屏，所述串口通信模塊採用RS232串口通信，通過LCD液晶屏進行系統人機互動顯示，再加上採用RS232串口通信模塊，可以實現電腦監控終端上位機對逆變器進行集中式監控。

優選的，本實施例中，所述DSP控制器40的型號為TMS320F2808。

請繼續參閱圖1，本實用新型提供的光伏UPS離網逆變器系統還包括輔助電源模塊210，所述輔助電源模塊採用UC3845反激式輔助電源，用於為系統各晶片提供穩定的±15V及5V的直流電壓。

具體實施時，請參閱圖3，基於上述光伏UPS離網逆變器系統，本實用新型還相應提供一種光伏UPS離網逆變器的工作方法，所述逆變器採用DSP控制器，所述逆變器工作模式包括充電模式和供電模式，供電模式用於逆變器為負載供電，充電模式用於為蓄電池充電。其中供電模式包括電網供電模式和電池供電模式，充電模式包括太陽能充電模式，電網充電模式。充電模式與供電模式可同時進行。

當逆變器初次啟動時，逆變器檢測電網是否正常穩定，若電網正常穩定，則利用電網對負載進行供電，同時檢測蓄電池電量是否充足，若電量充足則不需要同時開啟充電模式，反之則同時開啟充電模式。

若逆變檢測電網不正常，則開啟電池供電模式，在該模式下檢測電池電量是否充足，若不充足則開啟太陽能充電模式。

具體的，當逆變器初次開機時，首先檢測電網電壓以及頻率是否正常，若一切正常，則開啟繼電器對負載進行供電，同時檢測電池電量是否充足，若蓄電池電量充足，則不同時進行充電；若電池電量不充足，優先採用太陽能電板對蓄電池同時進行充電，若檢測到太陽能電板未接入或者發電量過低，則開啟電網電壓充電模式。因此在電網供電模式下，可以同時利用太陽能或者電網對蓄電池進行充電。

若逆變器開機時檢測到電網電壓以及頻率不正常，則採用電池供電模式，由蓄電池為負載端進行供電，同時檢測電池電量是否充足，若蓄電池電量充足，則不同時進行充電，若電池電量不充足，則開啟太陽能充電模式。

綜上所述，本實用新型提供的光伏UPS離網逆變器系統，通過增加太陽能為蓄電池的充電功能，在不增加成本的情況下，用戶可根據不同的工作要求選擇離網逆變器的工作模式，用戶自主選擇性高，LCD顯示與PC上位機可以實時監控通信，提高系統的安全響應速度；而且具有易於設計實現，功能模塊化，外部設備接入複雜度低，成本低，適合推廣應用的優點。

可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本實用新型的技術方案及其實用新型構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬於本實用新型所附的權利要求的保護範圍。