CN102364815A - 基于光、蓄、市电互补的智能可持续电源系统 - Google Patents

Abstract

一种基于光、蓄、市电互补的智能可持续电源系统。本发明公布了基于市电互补的可持续智能控制器。现有的控制器功能不全、适应能力不强、能源消耗大。本发明中的DSP单片机与光伏电池板、市电接口、备用蓄电池连接；内置AD采集模块实时采集检测；继电器驱动输出隔离；自动切换模块智能选择供电电源。根据AD采集模块的实时采集数据情况，若DSP控制器检测到光伏部分出现问题无法正常供电，则通过输出信号驱动外部设备将负载切换给市电供电；若控制器检测到光伏部分又恢复正常，则切换回光伏供电；若控制器检测到光伏，市电环节都不能正常工作时，能切换到蓄电池供电。本发明既节约了能源，又极大的提高了供电系统的稳定性，使得设备能够不间断、持续的工作，从而避免了因断电引起的损失。

Description

基于光、蓄、市电互补的智能可持续电源系统

技术领域

本发明属于电源智能切换控制技术领域，具体涉及基于光、蓄、市电互补的智能可持续电源系统。

背景技术

社会对于供电系统的要求越来越高，尤其是在一些边远地区的信用社、银行、通信基站等用电场所，一套持续、平稳的供电系统显得尤为重要。同时在我国的一些偏远缺电地区，虽然具有太阳能供电系统，但由于受到天气等原因的影响，造成供电不稳定、断电现象，带来了较大的不便和损失。常见的解决问题方法主要有市电互补控制器和不间断电源（UPS）。

市电互补控制器用于市电与太阳能互补负载系统。当天气晴好，太阳能工作状态良好时，蓄电池的电量由光伏电池供电。再输送给负载供电；当天气不理想，太阳能无法充满电池消耗的能量,电池电量消耗到一定程度，为保证光源的供电，控制器切换到市电输入，通过控制器转换之后为光源供电。当太阳能为电池充够能量，控制器切断市电输入，再由电池供电。

太阳能市电互补控制器虽然利用了太阳能，但存到的一定缺陷。当运用于电力系统不稳定地区或者缺电地区，再遇到阴雨天气时，光伏装置势必不能正常工作，必须使用市电供电，而市电不稳定，或者遇到特殊情况无法正常供电，这样一来，控制器就失去了作用。

    UPS是不间断电源（Uninterruptible Power Supply）的英文简称，是能够提供持续、稳定、不间断的电源供应的重要外部设备。一种含有储能装置，以逆变器为主要元件，稳压稳频输出的电源保护设备。主要由整流器、蓄电池、逆变器和静态开关等几部分组成。UPS可以在市电出现异常时，有效地净化市电；还可以在市电突然中断时持续一定时间给电脑等设备供电，使你能有充裕的时间应付。

    但是UPS仅仅是在蓄电池与市电两者之间进行智能切换，解决市电的突发状况，紧急供电问题，并没有涉及太阳能，节能问题。

 

发明内容

本发明针对现有技术的功能不齐全和各种不足，提出了一种基于光、蓄、市电互补的智能可持续电源系统。

本发明包括DSP控制器、光伏电压电流采集模块、光伏电池板、市电接口单元、交流电检测模块、蓄电池、蓄电池电压采集模块、光耦隔离模块、控制切换模块电路、继电器驱动模块、继电器组和逆变器。

DSP控制器通过光伏电压电流采集模块得到光伏电池板的电压电流信号,并计算光伏电池板提供的功率。交流电检测模块获取市电的电压信号传送至DSP控制器,由DSP控制器经过计算判断市电是否正常。蓄电池电压采集模块获取蓄电池的电压电流信号送入DSP控制器。DSP控制器经光耦隔离模块后控制继电器组,从而控制用户负载的供电来源。

控制切换模块电路包括DSP控制器、信号隔离驱动芯片、电源模块、继电器、接口电路和输出接口，DSP控制器将控制信号输出至信号隔离驱动芯片，经隔离放大后的信号输出至由电源模块供电的3个继电器组，3个继电器组其分别对应控制太阳能供电、市电供电、蓄电池供电三种模式，其中三路供给源由接口电路输入，并最终选择其中一路至输出接口给负载供电。

交流电检测模块电路包括变压器T1、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电阻R1、第二电阻R2、第一运算放大器U1；

交流电与变压器T1的1脚和2脚连接，变压器T1的3脚与第一二极管D1负极和第二二极管D2的正极连接，变压器T1的4脚与第三二极管D3负极和第四二极管D4的正极连接，第一二极管D1正极和第三二极管D3正极接地，第二二极管D2的负极与第四二极管D4的负极与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端和第一运算放大器U1的正相输入端连接，第二电阻R2的另一端接地，第一运算放大器U1的反相输入端与第一运算放大器U1的输出端和DSP控制器内置AD检测接口连接。

蓄电池电压采集模块电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第二运算放大器U2；蓄电池直流电信号与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与第四电阻R4的一端和第二运算放大器U2的正相输入端连接，第二运算放大器U2的反相输入端与第二运算放大器U2的输出端和DSP内置AD检测接口连接。

本发明的有益效果：本发明实现电源间的无缝切换。切换顺序优先选择光伏进行供电，其次由市电供电，最后由蓄电池供电。虽然初次投入成本较大，但长远使用成本逐年降低，同时太阳能本身不仅绿色环保而且零成本，代替电网供电将产生巨大的经济效益。既节约了能源，又极大的提高了供电系统的稳定性，使得设备能够不间断、持续的工作，从而避免了因断电引起的损失。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明控制切换模块电路示意图；

图3为本发明交流电检测模块电路；

图4为本发明直流电检测模块电路。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明，

如图1所示，DSP控制器通过光伏电压电流采集模块得到光伏电池板的电压电流信号,并计算光伏电池板提供的功率。交流电检测模块获取市电的电压信号传送至DSP控制器,由DSP控制器经过计算判断市电是否正常。蓄电池电压采集模块获取蓄电池的电压电流信号送入DSP控制器。DSP控制器经光耦隔离模块后控制继电器组,从而控制用户负载的供电来源。

如图2所示，控制切换模块电路包括DSP控制器、信号隔离驱动芯片、电源模块、继电器、接口电路和输出接口，DSP控制器将控制信号输出至信号隔离驱动芯片，经隔离放大后的信号输出至由电源模块供电的继电器1、继电器2、继电器3，继电器1、2、3其分别对应控制太阳能供电、市电供电、蓄电池供电三种模式，其中三路供给源由接口电路输入，并最终选择其中一路至输出接口给负载供电。

如图3所示，交流电（市电）检测模块电路包括变压器T1、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电阻R1、第二电阻R2、第一运算放大器U1；

交流电与变压器T1的1脚和2脚连接，变压器T1的3脚与第一二极管D1负极和第二二极管D2的正极连接，变压器T1的4脚与第三二极管D3负极和第四二极管D4的正极连接，第一二极管D1正极和第三二极管D3正极接地，第二二极管D2的负极与第四二极管D4的负极与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端和第一运算放大器U1的正相输入端连接，第二电阻R2的另一端接地，第一运算放大器U1的反相输入端与第一运算放大器U1的输出端和DSP控制器内置AD检测接口连接。

如图4所示，蓄电池电压采集模块电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第二运算放大器U2；蓄电池直流电信号与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与第四电阻R4的一端和第二运算放大器U2的正相输入端连接，第二运算放大器U2的反相输入端与第二运算放大器U2的输出端和DSP内置AD检测接口连接。

基于光、蓄、市电互补的智能可持续电源系统能够通过AD模块实时采集数据，检测太阳光照强度和市电存在与否，实现在光照微弱或出现阴雨天气以及夜晚的情况下，智能自动切换到由市电供给，若此时市电突然发生意外事件例如断电或者电压不稳，智能自动切换到由备用蓄电池供电，及时应对各种突发情况，完成一定智能化切换的操作行为。这就要求该智能控制器在多变的环境下具有一定的自采集、自识别、自切换、自操作和自适应能力。由于该智能可持续电源系统具有自动切换的操作能力，可以将该智能可持续电源系统视为具有采集检测、自动切换电源系统的原型。

为了实现上述目的，本发明采用实时AD采集检测，带动继电器输出隔离驱动，实现智能选择的自动切换的工作方式，组成采集检测模块、隔离驱动模块与自动切换模块三级分布式控制系统。其具体技术方案是：根据AD采集模块的实时采集数据情况，若DSP控制器检测到光伏部分出现问题无法正常供电，则通过输出信号驱动外部设备将负载切换给市电供电；若控制器检测到光伏部分又恢复正常，则切换回光伏供电；若控制器检测到光伏，市电环节都不能正常工作时，能快速切换到蓄电池供电。

Claims (1)

1.基于光、蓄、市电互补的智能可持续电源系统，包括DSP控制器、光伏电压电流采集模块、光伏电池板、市电接口单元、交流电检测模块、蓄电池、蓄电池电压采集模块、光耦隔离模块、控制切换模块电路、继电器驱动模块、继电器组和逆变器，其特征在于：

DSP控制器通过光伏电压电流采集模块得到光伏电池板的电压电流信号,并计算光伏电池板提供的功率，交流电检测模块获取市电的电压信号传送至DSP控制器,由DSP控制器经过计算并判断市电是否正常，蓄电池电压采集模块获取蓄电池的电压电流信号送入DSP控制器，DSP控制器经光耦隔离模块后控制继电器组,从而控制用户负载的供电来源；

控制切换模块电路包括DSP控制器、信号隔离驱动芯片、电源模块、继电器、接口电路和输出接口，DSP控制器将控制信号输出至信号隔离驱动芯片，经隔离放大后的信号输出至由电源模块供电的3个继电器，3个继电器其分别对应控制太阳能供电、市电供电、蓄电池供电三种模式，其中三路供给源由接口电路输入，并最终选择其中一路至输出接口给负载供电；

交流电检测模块电路包括变压器T1、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电阻R1、第二电阻R2、第一运算放大器U1；

交流电与变压器T1的1脚和2脚连接，变压器T1的3脚与第一二极管D1负极和第二二极管D2的正极连接，变压器T1的4脚与第三二极管D3负极和第四二极管D4的正极连接，第一二极管D1正极和第三二极管D3正极接地，第二二极管D2的负极与第四二极管D4的负极与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端和第一运算放大器U1的正相输入端连接，第二电阻R2的另一端接地，第一运算放大器U1的反相输入端与第一运算放大器U1的输出端和DSP控制器内置AD检测接口连接；

蓄电池电压采集模块电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第二运算放大器U2；蓄电池直流电信号与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与第四电阻R4的一端和第二运算放大器U2的正相输入端连接，第二运算放大器U2的反相输入端与第二运算放大器U2的输出端和DSP内置AD检测接口连接。

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