基于光伏发电的数字控制型交直流供电装置论文和设计-杨晨

全文摘要

本实用新型公开了一种基于光伏发电的数字控制型交直流供电装置，包括光伏发电装置、变流主电路、数字控制电路、辅助电源管理电路、交流负载和直流负载，其中，变流主电路包括光伏逆变器、变频电路和整流电路，整个装置从光伏发电装置吸收光能产生直流电能，直流电输入光伏逆变器产生恒频恒压的稳定交流电，再分别输入变频电路和整流电9，变频电路将其变流为用户所需频率的交流电供给交流负载，整流电路将其变流为用户所需电压的直流电供给直流负载。本实用新型的基于光伏发电的数字控制型交直流供电装置具有绿色发电、多功能供电、软硬件结合的特点，并且自身损耗小，调整能力强，结构简单易懂，安全系数高。

主设计要求

1.一种基于光伏发电的数字控制型交直流供电装置，其特征在于，包括光伏发电装置(1)、变流主电路(2)、数字控制电路(3)、辅助电源管理电路(4)、交流负载(5)和直流负载(6)，其中，所述变流主电路(2)包括光伏逆变器(7)、变频电路(8)和整流电路(9)，所述光伏发电装置(1)吸收光能产生直流电能，所述光伏发电装置(1)的输出端的直流电输入所述光伏逆变器(7)产生恒频恒压的交流电，再分别输入所述变频电路(8)和所述整流电路(9)，所述变频电路(8)将输入的交流电变流为用户所需频率的交流电供给交流负载(5)，所述整流电路(9)将输入的交流电变流为用户所需电压的直流电供给直流负载(6)，所述数字控制电路(3)与所述变流主电路(2)相连接，所述辅助电源管理电路(4)与所述变流主电路(2)相连接。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种基于光伏发电的数字控制型交直流供电装置，其特征在于，所述光伏发电装置(1)包括太阳能光伏板或者太阳能电池。

3.根据权利要求1所述的一种基于光伏发电的数字控制型交直流供电装置，其特征在于，所述光伏逆变器(7)包括N沟道MOS管Q1、N沟道MOS管Q2、N沟道MOS管Q3、N沟道MOS管Q4、续流二极管D1、续流二极管D2、续流二极管D3、续流二极管D4、续流二极管D5、续流二极管D6、电感L1、电感L2、电容C1和升压变压器T1；

所述MOS管Q1与所述续流二极管D3并联后与所述续流二极管D1串联，所述电容C1的两端分别连接至所述续流二极管D3的阴极端和所述续流二极管D1的阳极端，所述MOS管Q2与所述续流二极管D4并联，所述MOS管Q4与所述续流二极管D6并联，所述MOS管Q3与所述续流二极管D5并联，所述电感L1的两端分别连接至所述续流二极管D3的阳极端和所述升压变压器T1的第一输入端，所述电感L2的一端分别连接至所述续流二极管D2的阳极端和所述升压变压器T1的第一输入端，所述续流二极管D2的阳极端连接至所述续流二极管D6的阴极端，所述续流二极管D4的阳极端同时与所述升压变压器T1的第二输入端和所述续流二极管D5的阴极端相连接，所述续流二极管D5的阳极端同时与所述续流二极管D6的阳极端和所述续流二极管D1的阳极端相连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于光伏发电的数字控制型交直流供电装置，其特征在于，所述变频电路(8)包括整流二极管D11、整流二极管D12、整流二极管D13、整流二极管D14、续流二极管D15、续流二极管D16、续流二极管D17、续流二极管D18、N沟道MOS管Q9、N沟道MOS管Q10、N沟道MOS管Q11、N沟道MOS管Q12、电容C4、电感L4、电感L5和电容C5，所述电感L4、电感L5和电容C5组成一LC滤波单元；

所述整流二极管D11和整流二极管D14串联后与串联的所述整流二极管D12和整流二极管D13相并联，且串联的所述整流二极管D12和整流二极管D13与所述电容C4并联，所述MOS管Q9与所述续流二极管D15并联，所述MOS管Q10与所述续流二极管D16并联，所述MOS管Q11与所述续流二极管D18并联，所述MOS管Q12与所述续流二极管D17并联，所述续流二极管D15的阴极端和阳极端分别连接所述续流二极管D16的阴极端和所述续流二极管D17的阴极端，所述续流二极管D18的两端分别连接所述续流二极管D16的阳极端和所述续流二极管D17的阳极端，所述电感L4的两端分别连接至所述续流二极管D15的阳极端和所述电容C5的第一端，所述电感L5的两端分别连接至所述续流二极管D18的阴极端和所述电容C5的第二端，所述电容C5与交流负载Z2并联。

5.根据权利要求1所述的一种基于光伏发电的数字控制型交直流供电装置，其特征在于，所述整流电路(9)包括电感L3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、N沟道MOS管Q21、N沟道MOS管Q22、N沟道MOS管Q23、N沟道MOS管Q24、续流二极管D21、续流二极管D22、续流二极管D23、续流二极管D24、电容C3和电容C2；

所述电感L3的两端分别与所述电容C3的第一端和所述电阻R1的第一端相连接，所述MOS管Q21与所述续流二极管D21并联，所述MOS管Q22与所述续流二极管D22并联，所述MOS管Q23与所述续流二极管D23并联，所述MOS管Q24与所述续流二极管D24并联，所述续流二极管D21的阴极端分别与所述续流二极管D22的阴极端和所述电容C2的第一端相连接，所述续流二极管D21的阳极端分别与所述续流二极管D23的阴极端和所述电阻R1的第二端相连接，所述电容C3的第二端分别与所述续流二极管D22的阳极端和所述续流二极管D24的阴极端相连接，所述续流二极管D24的阳极端分别与所述续流二极管D23的阳极端和所述电容C2的第二端相连接，所述电容C2与串联的电阻R2和电阻R3并联，且所述电容C2与直流负载Z1并联。

6.根据权利要求1所述的一种基于光伏发电的数字控制型交直流供电装置，其特征在于，所述数字控制电路(3)包括STM32单片机。

7.根据权利要求1所述的一种基于光伏发电的数字控制型交直流供电装置，其特征在于，所述辅助电源管理电路(4)包括XL4001类的降压模块。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及供电技术领域，具体是指一种基于光伏发电的数字控制型交直流供电装置。

背景技术

目前市面上对于逆变器、整流器、变频器的产品较多，但对于几者结合产生多功能供电模式的产业才刚刚起步，特别是对于环保能源的开发利用也是刚刚起步。经调查发现，对于这类多功能供电装置，往往存在经济成本高、调压困难、变频不可靠、电压不稳定、功率因数低的问题。

鉴于此，本发明提供了一种基于光伏发电的数字控制型交直流供电装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于光伏发电的数字控制型交直流供电装置，实现绿色能源的利用、提高功率因数、提高电压可调性、实现稳定的直流、交流供电。

为了实现上述目的，本实用新型具有如下构成：

本实用新型提供了一种基于光伏发电的数字控制型交直流供电装置，包括光伏发电装置、变流主电路、数字控制电路、辅助电源管理电路、交流负载和直流负载，其中，所述变流主电路包括光伏逆变器、变频电路和整流电路，所述光伏发电装置吸收光能产生直流电能，所述光伏发电装置的输出端的直流电输入所述光伏逆变器产生恒频恒压的交流电，再分别输入所述变频电路和所述整流电路，所述变频电路将输入的交流电变流为用户所需频率的交流电供给交流负载，所述整流电路将输入的交流电变流为用户所需电压的直流电供给直流负载，所述数字控制电路与所述变流主电路相连接，所述辅助电源管理电路与所述变流主电路相连接。

可选地，所述光伏发电装置包括太阳能光伏板或者太阳能电池。

可选地，所述光伏逆变器包括N沟道MOS管Q1、N沟道MOS管Q2、N沟道MOS管Q3、N沟道MOS管Q4、续流二极管D1、续流二极管D2、续流二极管D3、续流二极管D4、续流二极管D5、续流二极管D6、电感L1、电感L2、电容C1和升压变压器T1；

可选地，所述变频电路包括整流二极管D11、整流二极管D12、整流二极管D13、整流二极管D14、续流二极管D15、续流二极管D16、续流二极管D17、续流二极管D18、N沟道MOS管Q9、N沟道MOS管Q10、N沟道MOS管Q11、N沟道MOS管Q12、电容C4、电感L4、电感L5和电容C5，所述电感L4、电感L5和电容C5组成一LC滤波单元；

可选地，所述整流电路包括电感L3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、N沟道MOS管Q21、N沟道MOS管Q22、N沟道MOS管Q23、N沟道MOS管Q24、续流二极管D21、续流二极管D22、续流二极管D23、续流二极管D24、电容C3和电容C2；

可选地，所述数字控制电路包括STM32单片机。

可选地，所述辅助电源管理电路包括XL4001类的降压模块。

本实用新型所提供的基于光伏发电的数字控制型交直流供电装置，具有如下有益效果：

本实施例所述的一种基于光伏发电的数字控制型交直流供电装置，由光伏装置作为发电端，直流端与交流端接入负载或储能元件，效率较高，功率因数较高，可调型强大。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的基于光伏发电的数字控制型交直流供电装置的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例的光伏逆变器的结构框图；

图3为本实用新型一实施例的变频电路的结构框图；

图4为本实用新型一实施例的整流电路的结构框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示，为了解决现有技术中的技术问题，本实用新型提供了一种基于光伏发电的数字控制型交直流供电装置，包括光伏发电装置1、变流主电路2、数字控制电路3、辅助电源管理电路4、交流负载5和直流负载6。其中，变流主电路2包括了光伏逆变器7、变频电路8和整流电路9。整个装置从光伏发电装置1吸收光能产生直流电能，直流电输入光伏逆变器7产生恒频恒压的稳定交流电，再分别输入变频电路8和整流电路9，变频电路8将其变流为用户所需频率的交流电供给交流负载5，整流电路9将其变流为用户所需电压的直流电供给直流负载6。数字控制电路3与变流主电路2相连接，辅助电源管理电路4为以上变流电路提供辅助供电。所述光伏发电装置1是指太阳能光伏板或者太阳能电池，其应该是一种能在太阳光照下发电产生直流电能的装置，并且力求在每个时刻都能够保持最大的直流电能输出。

如图2所示，光伏逆变器7采用SPWM型的控制方式逆变。SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的、使用较广泛的PWM法。光伏逆变器7由4个N沟道MOSFETQ1、Q2、Q3、Q4和续流二极管D1、D2及电感L1、L2，电容C1，升压变压器T1组成。通过控制4个MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)的通断可实现将光伏发电装置1发出的直流电逆变为交流电并且升压为所需的交流电压。

具体地，所述光伏逆变器包括N沟道MOS管Q1、N沟道MOS管Q2、N沟道MOS管Q3、N沟道MOS管Q4、续流二极管D1、续流二极管D2、续流二极管D3、续流二极管D4、续流二极管D5、续流二极管D6、电感L1、电感L2、电容C1和升压变压器T1；

如图3所示，变频电路8由整流二极管D11、D12、D13、D14，4个N沟道MOSFET和L4、L5、C5组成的LC滤波单元组成。图3中Z2表示交流负载。光伏逆变器7的输出经二极管全桥整流后发生逆变再经过滤波供给交流负载，实现“交—直—交”方式的变频。逆变控制策略采取SPWM策略。此外，交流负载端可接入电压互感器经检波后连入数字控制电路实现闭环控制。更多的，变频器可另外介入继电器给予保护等等。

具体地，所述变频电路包括整流二极管D11、整流二极管D12、整流二极管D13、整流二极管D14、续流二极管D15、续流二极管D16、续流二极管D17、续流二极管D18、N沟道MOS管Q9、N沟道MOS管Q10、N沟道MOS管Q11、N沟道MOS管Q12、电容C4、电感L4、电感L5和电容C5，所述电感L4、电感L5和电容C5组成一LC滤波单元；

如图4所示，整流电路9由L3、R1、4个MOSFET、C2组成。利用MOSFET整流，采用的是PWM整流方式，PWM由数字控制电路3提供，这种整流方式具有稳定持续、PFC系数高的特点。图4中Z1表示直流负载。此外从分压电阻R2、R3中采集电压回馈至数字控制电路3形成闭环电压控制可使输出到直流负载的电压稳定。

具体地，所述整流电路包括电感L3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、N沟道MOS管Q21、N沟道MOS管Q22、N沟道MOS管Q23、N沟道MOS管Q24、续流二极管D21、续流二极管D22、续流二极管D23、续流二极管D24、电容C3和电容C2；

所述数字控制电路3，是由STM32F1或STM32F4或STM32F7和MOS管驱动电路(以IR2104半桥驱动或IR2110全桥驱动为核心)，此外可连接过流过压保护IC作为硬件电路保护，同时也可设置软件保护作为后备保护，输出控制策略为SPWM方式或PWM方式，采用软件的PI调节实现闭环操作。

本实用新型的基于光伏发电的数字控制型交直流供电装置的技术方案中，所采用的各个模块和器件均为现有技术中已有的硬件产品，本实用新型主要保护的是各个元器件之间的有效组合和连接方式，而不保护任何软件方法。

本实施例所述的一种基于光伏发电的数字控制型交直流供电装置，是出于对绿色清洁能源的利用和对目前用电设备需要多功能供电的需求而设计的装置，该交直流供电装置具有结构简单、易于实现、功率因数高、软硬件结合度高的特点。

在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

设计图

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