户用逆变电源系统的研究与设计

作者：合肥工业大学能源研究所　郑诗程，苏建徽，余世杰，沈玉

摘要：分析、设计了一种以Intel80C196MC微处理器为控制核心的风能、光能互补应用的户用逆变电源系统。系统利用太阳能和风能对蓄电池充电，逆变器采用电流和电压双闭环调节方式，提高了系统的动态响应速度，有效抑制了系统的超调，实现稳态输出无静差。

关键词：户用电源系统；微控制器；双闭环调节方式

　　1　引言

　　我国西北地区国土面积辽阔，太阳能和风能资源非常丰富，其中太阳能年均辐射强度为6000～8400MJ/m2，年均太阳能光照时间为3000～3200h；风力平均为5～6级。西北边远地区经济不发达，且住户非常分散，若为这些用户提供市电，则成本太高，因而，如何合理利用现有的资源——太阳能和风能就成为解决这些问题的有效途径。

　　2　风、光互补型户用电源系统

　　系统的结构框图如图1所示。

　　本系统既可以利用太阳能和风能对蓄电池充电，将自然能转化为化学能储藏在蓄电池中，然后再将化学能逆变成220V交流电供给用户使用；又可以直接将太阳能和风能逆变为220V交流电供给用户使用。

　　3　系统的硬件电路

　　本系统的硬件电路主要包括主电路、隔离与驱动电路和控制电路等。

　　3．1　主电路

　　主电路的拓扑结构如图2所示。由图2可知主电路主要包括蓄电池的过充保护电路和逆变电路。图中uFP表示经过整流后的风机输出电压，uSP表示太阳电池输出电压，K为电磁继电器，GB为额定电压24V的蓄电池组。

　　3．1．1　过充保护电路的工作原理

　　当蓄电池的电压过高时，A点电压就会大于TL431的基准电压值Uref（=2.5V）从而使TL431导通，B点被钳为低电平，V1截止，C点为高电平，V3导通，V2截止，D点为高电平，此时VT14和VT15均导通，继电器K动作。根据太阳能电池和风机的特性，太阳能电池的输出电压被直接短路，风机的输出电压通过大功率卸载电阻R9卸放掉；相反，当蓄电池的电压过低时，VT14和VT15均截止，太阳能电池和风机的输出电压就对蓄电池充电。

　　3．1．2　逆变电路

　　采用单相全桥逆变电路，用功率MOSFET作为逆变电路的开关器件。功率MOSFET是一种多子导电的单极性电压控制型器件，具有开关动作快、输入阻抗大、驱动功率小、无二次击穿、驱动电路简单、安全工作区大等优点，特别是由于具有正温度系数，可以自动均衡电流，所以在输入电压低、工作电流大的逆变电源系统中可以将几只功率MOSFET并联以提高电流容量。在本系统中，将三只功率MOSFET并联，使电流容量增大到三倍。逆变器将整流后的直流电压转换成特定频率的SPWM波，再经过电感和电容滤波将其转换为220V的标准正弦波电压，其中电感用变压器次级的漏感代替，采用这种方式使系统结构简单，噪音低，并且能有效地抑制波形中的高次谐波成分。

　　SPWM控制方式预先将0～360