专利名称：一种冷库用风光互补控制逆变器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力电子技术，具体说就是一种冷库用风光互补控制逆变器。
背景技术：
由于化石燃料对大气的污染和日益枯竭，发展新能源的产业越来越受到各国政府 的重视。目前，常规冷库采用的是市电供电，以库容量小于1000吨的小型冷库为例，通常要 配备一套或多套压缩机组，这些电器设备要消耗大量的电能，从而间接地造成了化石燃料 的枯竭和环境的恶化。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种利用太阳能和风能互补、发电时间长、提高太阳 能和风能利用效率的冷库用风光互补控制逆变器。本实用新型的目的是这样实现的它是由蓄电池充电单元、DC-DC升压稳压单元、 逆变单元、过流保护单元和接触器控制单元组成的，蓄电池充电单元连接DC-DC升压稳压 单元，DC-DC升压稳压单元连接逆变单元、逆变单元连接过流保护单元和接触器控制单元。本实用新型还有以下技术特征(1)所述的蓄电池充电单元包括整流电路、蓄电池、二极管、太阳能光伏阵列和 PWM无极卸荷电路，整流电路连接蓄电池，蓄电池通过二极管连接太阳能光伏阵列，蓄电池 连接PWM无极卸荷电路。(2)所述的逆变单元包括逆变电路、LC滤波器、驱动电路、数字信号处理器、霍尔 电压传感器和液晶显示电路，逆变电路连接LC滤波器和驱动电路，驱动电路连接数字信号 处理器、数字信号处理器连接霍尔电压传感器和液晶显示电路。(3)所述的接触器控制单元包括接触器1和接触器2，接触器1连接接触器2。本实用新型一种冷库用风光互补控制逆变器，利用太阳能和风能二者在时间上的 互补性，使发电时间变长，有效地提高了太阳能和风能资源的利用效率；在风能缺乏的情况 下由市电切入，保证了冷库的正常运行。本实用新型采用(脉宽调制)PWM无级卸荷，在正 常卸荷情况下，可以保证蓄电池电压在浮充电压附近，只是把多余的电能释放到卸荷上，而 且保证了最佳蓄电池充电特性，使得电能得到充分利用，并确保了蓄电池使用寿命。逆变部 分选用智能功率模块IPM，降低了功率损耗，使逆变器性能更加安全可靠。逆变器的电压输 出闭环采用全数字控制方式实现，提高了系统的稳定性。
图1为本实用新型的系统结构框图；图2为本实用新型的PWM无级卸荷电路原理图；图3为本实用新型的DC-DC升压稳压单元电路原理图；图4为本实用新型的DC-DC升压稳压单元的主电路原理图；[0014]图5为本实用新型的DC-DC升压稳压单元的自举功率驱动电路原理图；图6为本实用新型的DC-DC升压稳压单元的输出电压采样电路原理图；图7为本实用新型的DC-DC升压稳压单元的比例积分PI子程序流程图；图8为本实用新型的过流保护电路原理图；图9为本实用新型的逆变电路原理图；图10为本实用新型的逆变电路主电路原理图；图11为本实用新型的逆变电路的交流输出采样电路图；图12为本实用新型的逆变电路的程序流程图；图13为本实用新型的接触器互锁子程序流程图。
具体实施方式
以下结合附图举例对本实用新型作进一步说明。实施例1 结合图1，本实用新型一种冷库用风光互补控制逆变器，它是由蓄电池 充电单元(1)、DC-DC升压稳压单元(2)、逆变单元(3)、过流保护单元(4)和接触器控制单 元(5)组成的，蓄电池充电单元(1)连接DC-DC升压稳压单元(2)，DC-DC升压稳压单元(2) 连接逆变单元(3)、逆变单元(3)连接过流保护单元(4)和接触器控制单元(5)。本实用新型还有以下技术特征所述的蓄电池充电单元⑴包括整流电路(6)、蓄电池(7)、二极管⑶、太阳能光 伏阵列(9)和PWM无极卸荷电路(10)，整流电路(6)连接蓄电池(7)，蓄电池(7)通过二极 管(8)连接太阳能光伏阵列(9)，蓄电池(7)连接PWM无极卸荷电路(10)。所述的逆变单元(3)包括逆变电路(11)、LC滤波器(12)、驱动电路(13)、数字信 号处理器(14)、霍尔电压传感器(15)和液晶显示电路(16)，逆变电路(11)连接LC滤波器 (12)和驱动电路(13)，驱动电路(13)连接数字信号处理器(14)、数字信号处理器(14)连 接霍尔电压传感器(15)和液晶显示电路(16)。所述的接触器控制单元(5)包括接触器1 (17)和接触器2 (18)，接触器1 (17)连接 接触器2 (18)。实施例2 结合图1-图13，本实用新型一种冷库用风光互补控制逆变器，由以(数 字信号处理器)DSP为核心的控制单元组成，风力发电机输出的变压、变频交流电经整流后 与太阳能光伏阵列单元发出的直流电一起给蓄电池供电，再由(直流到直流)DC-DC进行升 压稳压处理后得到一个稳定的直流电压，再经过三相逆变器得到输出稳定的三相交流电， 供给负载使用，其中通过接触器1将输出的三相交流电与负载连接，在蓄电池的电压低于 可逆变电压时停止逆变输出，此时接触器1断开，同时接触器2连上，由市电切入，给负载供 电，保证了负载的不间断工作。本实用新型冷库用风光互补控制逆变器主要由五部分构成，即蓄电池充电单元、 (直流到直流)DC-DC升压稳压单元、逆变单元、保护单元和接触器控制单元。1)蓄电池充电单元蓄电池充电单元包括太阳能充电、风力发电和(脉宽调制)PWM无级卸荷三部分组 成。(脉宽调制)PWM无级卸荷控制单元是对蓄电池电压进行检测，以防止蓄电池过充电。(脉宽调制)PWM无级卸荷电路本系统加入了(脉宽调制)PWM无级卸荷电路，如图2所示，当蓄电池电压大于设定值时，比较器LM324输出为高电平，蓄电池电压低于设定 值时，比较器LM324输出为低电平，将比较器的输出送给IR2104驱动芯片，控制开关管的导 通与关断，将电压过高时多余的电能加到卸荷电阻上，就可以防止蓄电池的电压过高。本系 统采用硬件保护措施，在芯片出现故障时仍然可以有效地保护蓄电池和控制装置，有效地 提高了控制器的安全性能。2) DC-DC升压稳压单元DC-DC升压稳压电路如图3所示。DC-DC变换采用(直流到交流到交流到直流) DC-AC-AC-DC的变换模式，低压侧采用单相全桥工作方式实现(直流到交流)DC-AC变换， (交流到交流)AC-AC变换采用高频变压器，(交流到直流)AC-DC变换采用整流和低通滤 波实现。如图4所示，(直流到直流)DC-DC升压稳压单元由高频变压器和(数字信号处理 器)DSP为核心器件构成，采用光耦TLP521 (如图6，通过调整R34，使其工作于线性工作区) 对输出的直流电压进行检测，由(数字信号处理器)DSP进行直流母线电压的(模拟/数 字)A/D转换、电压环(比例积分)PI调节，其输出作为低压侧全桥功率拓扑结构功率开关 管VTl VT4的控制信号，实现了(直流到直流)DC-DC升压稳压控制，从而得到一个稳定 的直流电压，本系统设定为650V。功率驱动电路采用IR公司的IR2110集成功率驱动芯片，在芯片中采用了高度集 成的电平转换技术，大大简化了逻辑电路对功率器件的控制要求，同时提高了控制电路的 可靠性。尤其是采用自举驱动技术，使得驱动电路较其它IC驱动大大减少，在工程上大大 减少了控制变压器体积和电源数目，降低了产品成本。如图5自举功率驱动电路所示，当上 管关断，下管导通时，IR2110的6脚电位为+12V，E点为+12V电源地，若忽略二极管D12的 导通压降，则自举电容E2的电压为+12V;而当上管导通，下管关断时E点的电压为二极管 D12压降Vdc，IR2110的6脚电位由于自举电容E2电压不能瞬变，瞬时IR2110的6脚电位 为(Vdc+12)V，则自举二极管D12承受反压关断，从而保护+12V电源。自举电容E2需采用 较大电容值(本系统取为10 μ F)，在载波频率为IOkHz的条件下自举电容的电压波动不超 过IOOmV,从而保证上桥功率开关管能够安全、可靠地运行。本实用新型采用高频变压器的供电方式，高频变压器与常规工频变压器相比大大 减小了变压器的体积，同时由于变压器能够双向励磁，因此利用率较高。本发明中的输出 部分使用全波整流、低通滤波方式，由于采用高频能量传输方式，也大大减小了滤波器的体 积。具体做法是采用单闭环控制策略，直流输出电压的实测值Vt经(模拟/数字)A/D采 样后与给定值进行电压外环(比例积分)PI调节，(比例积分)PI调节的结果送给(比较控 制寄存器)CMPR0，生成(脉宽调制)PWM1、(脉宽调制)PWM2输出，经功率驱动芯片IR2110 驱动全桥功率开关器件VTl VT4，电路如图4、图5所示。(模拟/数字)A/D转换和电压环(比例积分)PI调节在(数字信号处理器)DSP 中实现，采样电路如图6所示。直流输出电压通过光耦TLP521检测、(电阻电容)RC(R32、 C9)低通滤波、二极管限幅后送至(数字信号处理器)DSP的(模拟/数字)A/D转换口，(数 字信号处理器)DSP得到采样后的输出电压值后，通过(数字信号处理器)DSP内部程序的 电压环(比例积分)PI运算后发出驱动信号，控制功率管的通断，使(直流到直流)DC-DC 的输出电压稳定。3)逆变单元[0040]将蓄电池中的直流电经过(直流到直流)DC-DC升压变换，得到电压为650V的直 流电，再将650V直流电经过逆变单元转化成三相交流电，其中逆变单元选用三菱公司生产 的PM25RSB120智能功率模块，本模块的直流侧耐压1200V，耐流25A，完全满足本逆变器功 率要求。智能功率模块IPMdntelligent Power Module)不仅把功率开关器件和驱动电 路集成在一起，而且还内藏有过电压，过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到 CPU或DSP作中断处理。它由高速低功耗的管芯和优化的门级驱动电路以及快速保护电路 构成。即使发生负载事故或使用不当，也可以使IPM自身不受损坏。IPM —般使用IGBT作 为功率开关元件，并内置电流传感器及驱动电路的集成结构。它具有如下优点①开关速度快。IPM内的IGBT芯片都选用高速型，而且驱动电路紧靠IGBT芯片， 驱动延时小，所以IPM开关速度快，损耗小。②低功耗。IPM内部的IGBT导通压降低，开关速度快，故IPM功耗小。③快速的过流保护。IPM实时检测IGBT电流，当发生严重过载或直接短路时，IGBT 将被软关断，同时送出一个故障信号。④过热保护。在靠近IGBT的绝缘基板上安装了一个温度传感器，当基板过热时， IPM内部控制电路将截止栅级驱动，不响应输入控制信号。⑤桥臂对管互锁。在串联的桥臂上，上下桥臂的驱动信号互锁。有效防止上下臂 同时导通。⑥抗干扰能力强。优化的门级驱动与IGBT集成，布局合理，无外部驱动线。⑦驱动电源欠压保护。当低于驱动控制电源(一般为15V)就会造成驱动能力不 够，增加导通损坏。IPM自动检测驱动电源，当低于一定值超过 ομ S时，将截止驱动信号。逆变部分所需控制信号由(数字信号处理器)DSP控制产生。在采样控制理论中 有一个重要的结论冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本 相同。因此本设计采用面积等效法实现SPWM控制，将正弦波的正半周进行N等分，则每一 等分的宽度为η/N弧度，利用面积等效法计算出半个周期内N个不同的脉宽值，将产生的 脉宽数列以列表形式存于(数字信号处理器)DSP的程序存储器ROM中，通过定时器中断调 用SPWM正弦表，从而产生SPWM信号给(智能功率模块)IPM驱动电路，驱动功率管的开通 与关断产生三相正弦交流电。逆变(数字信号处理器)DSP的系统软件流程如图8所示。4)保护单元过压保护当风力发电机和太阳能电池板发出的电能大于负载所消耗的电能时， 将把多余的电能储存在蓄电池中。如果能量过剩就会使蓄电池的电压超过蓄电池的安全电 压，此时必须控制蓄电池电压的进一步升高，因此必须加入卸荷负载，将多余的能量消耗在 卸荷电阻上，从而保护蓄电池免受损坏。过温保护任何电子元件以及功率器件都有一个工作范围，温度过高会影响系统 的正常运行，本系统通过温度开关控制，当温度达到温度开关的动作点时，温度开关闭合， 风扇开始工作，当温度降下来时，温度开关断开，风扇停止工作。欠压保护本实用新型具有欠压保护的功能，欠压保护的目的是为了避免蓄电池 出现过放电，否则容易损坏蓄电池。欠压保护的实现是通过(数字信号处理器)DSP检测蓄 电池电压来判断是否欠压，当电池欠压时系统停止工作。[0054]5)接触器控制单元本实用新型的优点在于系统的安全可靠性能比较完善，具体表现在对负载的不间 断供电上。通过(数字信号处理器)DSP时刻监测逆变器的工作状态，在线监测蓄电池是否 欠压、逆变器是否正常逆变输出，一旦逆变器由于欠压、过载或者过流等故障而不能正常进 行逆变输出时，(数字信号处理器)DSP发出控制信号使接触器1断开，此时不能立即发出信 号使接触器2导通，因为此时会造成逆变器与电网直接短路，严重时会使整个控制器损坏， 因此将接触器1、2设置成互锁工作方式，在确定接触器1完全断开后方可使接触器2导通。 接触器互锁子程序流程图如图13所示。在控制器可正常逆变时，接触器1导通，接触器2断开，负载所用电能由逆变输出 的交流电提供；当逆变器停止逆变输出时，接触器1断开，接触器2导通，市电接入给负载供 电。接触器1、2的互锁功能保证了系统的供电安全性，同时由于市电的互补接入保证了负 载可以不间断工作。
权利要求一种冷库用风光互补控制逆变器，它是由蓄电池充电单元(1)、DC DC升压稳压单元(2)、逆变单元(3)、过流保护单元(4)和接触器控制单元(5)组成的，其特征在于蓄电池充电单元(1)连接DC DC升压稳压单元(2)，DC DC升压稳压单元(2)连接逆变单元(3)、逆变单元(3)连接过流保护单元(4)和接触器控制单元(5)。
2.根据权利要求1所述的一种冷库用风光互补控制逆变器，其特征在于所述的蓄电 池充电单元⑴包括整流电路(6)、蓄电池(7)、二极管(8)、太阳能光伏阵列(9)和PWM无 极卸荷电路(10)，整流电路(6)连接蓄电池(7)，蓄电池(7)通过二极管⑶连接太阳能光 伏阵列(9)，蓄电池(7)连接PWM无极卸荷电路(10)。
3.根据权利要求1所述的一种冷库用风光互补控制逆变器，其特征在于所述的逆变 单元⑶包括逆变电路(11)、LC滤波器(12)、驱动电路(13)、数字信号处理器(14)、霍尔电 压传感器(15)和液晶显示电路(16)，逆变电路(11)连接LC滤波器(12)和驱动电路(13)， 驱动电路(13)连接数字信号处理器(14)、数字信号处理器(14)连接霍尔电压传感器(15) 和液晶显示电路(16)。
4.根据权利要求1所述的一种冷库用风光互补控制逆变器，其特征在于所述的接触 器控制单元(5)包括接触器1 (17)和接触器2 (18)，接触器1 (17)连接接触器2 (18)。
专利摘要本实用新型提供一种利用太阳能和风能互补、发电时间长、提高太阳能和风能利用效率的冷库用风光互补控制逆变器。它是由蓄电池充电单元、DC-DC升压稳压单元、逆变单元、过流保护单元和接触器控制单元组成的，蓄电池充电单元连接DC-DC升压稳压单元，DC-DC升压稳压单元连接逆变单元、逆变单元连接过流保护单元和接触器控制单元。本实用新型利用太阳能和风能二者在时间上的互补性，提高太阳能和风能资源的利用效率；逆变部分选用智能功率模块IPM，降低了功率损耗，使逆变器性能更加安全可靠。逆变器的电压输出闭环采用全数字控制方式实现，提高了系统的稳定性。
文档编号H02J9/04GK201690268SQ20102021708
公开日2010年12月29日 申请日期2010年6月7日 优先权日2010年6月7日
发明者刘京波, 宋博, 宋宏明, 杨玉环, 王哲修, 王有琨, 王瑞, 简优宗, 贾新楠, 高晗璎 申请人:哈尔滨卓尔科技有限公司