摘要：研究针对传统家用储能系统供电不足、动态性能差、抑制谐波功能不佳等问题，设计了基于并联光伏逆变器的家用储能系统，采用S3C2440A芯片、ARM920T微处理器，设计驱动电路及反激式开关电源，在A/D采样模块、PWM模块等支持下建立软件程序，通过仿真试验证实，该系统具有较高的可行性，能够满足家用储能需求。 关键词：光伏逆变器；家用储能系统；并联；A/D采样模块
进入二十一世纪，分布式能源在国家及政府支持下得到了空前的发展，为社会生产及人们生活带来了极大的便利。作为分布式新能源的重要形式，家庭光伏储能在满足郊区及偏远山区用电需求方面有着重要的意义，不仅缓解了电能供需矛盾，而且促进了电网供电安全性与可行性的提升[1]。
1.家用储能系统整体架构
家庭储能系统指的是利用电池组对太阳能板多余电力进行储存的系统，其能够为家庭用电提供便利，在光照充足的环境下产生大量热量，存储在电池组，能够为夜间用电及阴雨天
气用电提供保障，使得电力资源应用更为合理、优化。家庭储能系统包括以下组成部分：①太阳能电池板，其主要功能为为系统提供外部能源。②家用储能系统，其主要由逆变器、电池管理组及太阳能控制器组成。其中电池管理系统所使用的储能电池包括壁挂式、落地滚轮式等，可以结合需求及用电量合理选择。③外部负载，包括直流负载与交流负载。 1.含并联光伏逆变器的家用储能系统设计
2.1硬件电路
2.1.1控制芯片
研究所用硬件电路开发板为Mini2440开发板，自带按键、发光二极管以及辅助功能部件，地板与核心板是其主要构成，前者是基础外设接口，如LED、LCD，后者核心为S3C2440A，其所用架构为高级微控制器，具有功耗低、集成度高等优势。
2.1.2控制、驱动电路设计
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研究所用S3C2440A芯片由三星公司提供，所用微处理器为ARM920T，能够实现对内部的有效控制，内核应用五级流水线技术，能够完成指令读取、译码、运算执行及结果存储等工作。
驱动电路能够将获得的功率较小的信号转化为大功率信号，进而完成IGBT开关通断，其设计原理如图1所示。PWM信号输入低电平，此时光电耦合器6号脚能够经过转化输出高电平，将T3113、T3114开关管导通，T3115管的栅级会处于关断状态。若PWM信号输入高电平，会出现相反结果。圣诞工艺品
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图1 驱动电路设计图
老化台2.1.3反激式开关电源设计
反激式开关电源可为驱动电路外部电源供电，基于此，研究采用DPA425电源控制芯片，制作反激式开关电源，成本低、结构简单。直流输电电压>48V，变换器电流断续，当<48V会处于连续状态，因此可将临界电压设置为48V，电源效率为80%。在对变压器进行设计时应注意合理控制磁芯绕的圈数，以减少铜损，避免变压器温度过高。
2.1.4电压检测模块
电压检测模块由隔离电源、线性隔离芯片、放大电路组成，其中线性隔离芯片是关键部件，本研究所用芯片为HCPL-7840芯片，输入信号为±0.2V，信号输入后经过内外部放大与偏移获得满意的输出电压，并传输至Mini2440控制板。由于本研究检测的电压信号强，因此需要采用信号调理与转化，以小信号的形式输入，经隔离芯片送至Mini2440开发板。
2.1.5过流保护设计
为确保系统运行安全性与稳定性，需要建立完备的具有较高灵敏度的保护电路设备，当出现意外情况时，能够及时将电路切断，保护系统[2]。过流保护电路如图2所示，若主电路
电流超出阈值，该电路会将高电平信号实施处理转变为低电平，然后在反相器GU1B作用下以高电平输出。在该系统中，反相器GU1B与GUIC形成锁相器，将电路过流信号锁住。
图2 过流保护电路示意图
2.2软件设计
2.2.1ADS集成开发工具
ADS属于控制器集成开发工具，其不仅编译效率高，而且系统库功能强大，其主要部件包括命令行开发工具、GUI开发环境等。通常，程序员完成代码编写后，进入程序调试环节，可在ADS集成开发工具上对ARM920T内核进行相应的调试。
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2.2.2A/D采样模块
该模块能够对获得的模拟量进行转化，经采样、保持、量化及编码处理进而更好的被系统处理，A/D模块由控制、I/O口配置、串口控制等组成。通常ARM920T接到控制命令后，会实施和模校验，以避免出现串口控制器通信错误，该系统间隔一段时间会自动启动，为提升采样精度，会将其平均值作为最终结果予以处理[3]。
2.2.3PWM生成与输出
在S3C2440芯片中存在5个定时器，均为16位，0-3为PWM定时器，4属于内部定时器，数量多，但其原理存在明显的差异性，PWM依据调制信号、载波信号明确输出电平高低，PWM定时器存在多个寄存器，作用不同，部分用于将定时器相关初始值、比较值的缓存，部分则是读取当前计数值。
逆变器应用VF-DPC对信号进行处理，然后传输至正弦波发生器，通过对比正弦波发生器与寄存器存放数值，获得PWM输出波形。
2.2.4锁相环设计
锁相环设计的目的是与输入信号保持同频，首先需要由鉴相器将电压相位差输入，然后将误差电压输出，压控振荡器频率变化，对鉴相器输出误差电压固定，输出频率。
2.3光伏逆变器并联控制
光伏逆变器并联技术能够实现多个电源模块同时进行高效运行，根据有无通信信号线可分为无互联线与有互联线控制，前者主要是由下垂控制，后者主要包括如下几种控制方法：
（1）集中控制。在一个控制器作用下产生多个具有相同频率或相位一致的同步信号，然后向各个电源模块传送，确保了输出频率与相位信号的同步。
（2）主从控制。系统多级光伏逆变器在并联运行状态下，会选择其中一个逆变器为主模块，其他则为从模块，由主模块进行控制。
（3）3C环链控制。并联组合首个逆变器响应后，经3C环链控制会向第二个逆变器输入，并将末尾逆变器输出电流在第一个逆变器中反馈，形成环形结构控制系统。
光伏逆变器并联控制采用的是VF-DPC控制策略，该方法无需对电流实施微分处理，且鲁
棒性强，在该控制策略基础上实施比例积分调节，能够对控制策略予以优化处理。将该方法与传统下垂控制策略对比，显示VF-DPC控制策略下，逆变电流幅值更为稳定。
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