论文摘要：提出一种光伏并网逆变器人机接口模块的设计方法。分析了光伏并网逆变器人机接口模块的工作原理，设计了人机接口模块的电路。应用模块化方法设计人机接口软件，分析了人机接口模块的通信协议和循环冗余校验算法。在一台光伏并网逆变器上实验，实验结果证明了该设计方法的可行性。
论文关键词：光伏并网逆变器,人机接口,模块化,通信协议,循环冗余校验
引言
光伏并网发电作为一种重要的可再生能源应用形式，得到人们的广泛关注，其核心是光伏并网逆变器。光伏并网逆变器作用是实现功率变换、向电网发电等功能，而人机接口的作用是监控光伏并网逆变器的运行，显示光伏并网逆变器的运行参数和运行状态，同时提供人工操作功能，在必要时实施强制开机、关机或参数修正等操作，并可向监控计算机提供监控数据。光伏并网逆变器认证标准规定作为产品的光伏并网逆变器必须提供人机接口功能，人机接口功能由人机接口模块来实现。
1光伏并网逆变器的人机接口模块
图1所示为光伏并网逆变器的人机接口模块框图。
图1光伏并网逆变器及人机接口模块
Fig.1Photovoltaicgrid-connectedinverterandHMImodule
图中，光伏电池阵列、滤波电容C、C、开关管（VT、VD~VT、VD）、滤波电感L和L、滤波电容C和工频变压器T构成了光伏并网逆变器的主电路。电流传感器SNS、SNS、SNS，电压传感器SNS、SNS、DSP(TMS320F2406A)和SPWM驱动电路构成了控制系统。
阴影部分为人机接口模块，该模块由单片机（MCU）、带光电隔离的RS485总线接口、液晶显示器（LCD）、按键、日历时钟和串行EEPROM等部分构成。控制核心为MCU，通过RS485总线分别与控制系统的DSP和监控计算机通信，LCD用于显示光伏并网逆变器的运行参数和状态，按键提供人工操作，日历时钟用于给模块提供定时，串行EEPROM用于存放需要保存的关键数据。
2人机接口模块硬件设计
2.1人机接口模块电路
图2为人机接口单元模块电路原理图。
图2人机接口模块电路原理图
Fig2.SchematicofHMImodule
人机接口模块的核心选用8位MCUSTC12C5A60S2（48脚封装型）。STC12C5A60S2是带两个UART接口的51内核兼容MCU。MCU的一个UART接口通过RS485总线与并网逆变器控制系统DSP通信，另一个UART接口通过RS485总线与监控计算机通信。由RS485总线收发器MAX485和光电耦合器TLP113、TLP521构成了光电隔离型RS485总线接口（其中，与并网逆变器控制系统连接的RS485总线接口，其光电隔离是在并网逆变器控制系统一侧实现的，图中未画出）。显示界面采用12864点阵LCD。串行EEPROM选用X5045，X5045除提供断电数据保存功能外，还向MCU提供上电复位和看门狗定时器功能，通过SPI总线与STC12C5A60S2连接。日历时钟选用DS1302，断电条件下备份电池向DS1302供电保证定时不间断。强制开机、关机和参数修正等人工操作通过按键KEY、KEY实现。与监控计算机通信的RS485总线接口由隔离型DC-DC变换器NMV0505DAC供电，从而实现人机接口模块和监控计算机的电气隔离。人机接口模块与并网逆变器的电气隔离（包括光电耦合电路和隔离供电电源）在并网逆变器的控制系统上实现，图中未画出。
2.2带光电隔离的RS485总线接口电路的设计
人机接口模块与并网逆变器控制系统DSP和监控计算机通信都是通过RS485总线实现的，为了防止通信过程中出现电磁干扰造成误码，RS485总线接口均加入光电耦合电路以实现光电隔离，且加入了其它抗干扰措施。图3为带光电隔离的RS485总线接口电路的原理图。
图3带光电隔离的RS485总线接口电路原理图
Fig.3SchematicofRS485interfacecircuitwithphotoelectricisolation
图中，MAX485为半双工RS485总线收发器，其作用是实现UART单端信号与RS485总线差分信号之间的转换。MAX485接收到来自RS485总线的信号后将之转换成单端TTL电平信号并从RO端输出。该信号经过高速光耦TLP113光电隔离后形成接收信号RXD，由MCU的串行数据接收端接收RXD信号。MCU的串行数据发送端发出TXD信号，TXD信号经过高速光耦TLP113光电隔离后传送到MAX485的DI端，MAX485再将该信号转换成差分信号发送到RS485总线。DD为MCU输出的数据方向控制信号，DD信号经过光耦TLP521光电隔离后，送入MAX485的RE/DE端，用于控制MAX485的信号传输方向。
电阻R、R构成偏置电路，其作用是当线路进入空闲状态时，使总线避开逻辑“0”电平，防止出现数据误传输。双向瞬态抑制二极管T、T和T提供过电压瞬态抑制，防止RS485总线收发器被过电压信号击穿。
3人机接口模块软件设计
人机接口模块软件采用模块化方式程序设计。系统的程序由主程序、子程序模块和中断服务程序构成。系统总的功能由主程序调用子程序模块或进入中断来实现。 1/3 1 2 3 下一页 尾页 |
