CN102856977B - 一种基于spi的太阳能不间断电源系统 - Google Patents

Abstract

一种基于SPI的太阳能不间断电源系统，涉及新能源控制与应用技术领域，其电路包括太阳能控制器、转换开关电路和稳压、逆变、充电集成器，太阳能控制器连接有MPPT主控芯片，转换开关电路和稳压、逆变、充电集成器均连接有逆变器主控芯片，通过将MPPT主控芯片和逆变器主控芯片两种不同设备通过SPI通信有效结合，并达到智能化、一体化管理的目的，系统无需进行内部设备连接，也不需要人为操作，通过系统的自动控制就可以保证用电设备不断电和最大限度的利用太阳能发电，MPPT主控芯片和逆变器主控芯片在SPI通信故障时可独立运行，互不干扰，并进入各自预设的通信故障模式，为用户提供安全、节能、绿色的新型太阳能不间断电源。

Description

一种基于SPI的太阳能不间断电源系统

技术领域

 本申请涉及新能源控制与应用技术领域，特别涉及一种基于SPI的太阳能不间断电源系统。

背景技术

随着传统能源，如石油、煤炭、天然气等资源的日益缺乏，人类再次通过新的为掠夺能源而爆发的大规模战争已经不太可能。那么发展新型能源应用技术已经成为摆在各国科技人员面前的迫切需求，而太阳能则是新型能源的重要组成部分。此外，各种重要设备，如个人工作电脑、服务器、金融、证券交易所等重要场所用电的安全要求，使得UPS（不间断电源）、EPS（应急电源）的需求也得到迅猛发展，但UPS（不间断电源）或者EPS（应急电源）与新能源技术的合理、有效、智能化结合还是处于摸索阶段。

申请号为201120050358.7的中国实用新型专利，公开了“一种新能源电力系统”，系统包括：新能源供电装置1、MPPT电路2、钳位开关与分流器3、充电器4、交直流转换器5、电力调控管理器6、逆变器7、市电供电8、用户负载9、系统电源10、通信模块与接口12、软件模块61、以及电控开关A、监测模块B和蓄电池组C。采用用蓄电池分组,独立并行工作方式,其中一组蓄电池为充电电路补电,由钳位电路自动完成通断实现自动补电,简单方便、节省投资、提高效率、减少损耗，对市电与新能源电力进行统筹供电,多元多路进行调控和管理,根据设定安全电量,既保证用电的经济性,又达到了安全用电的效果,特别是市电的全天候支持和蓄电的安全应急保证,得到了有效执行。该系统主要通过电力调控管理器6实现对系统的检测及监控，当电力调控管理器6发生损坏时，系统将处于无管理状态，将会导致一系列的问题出现，如使得供电中断、新能源的利用不合理等。

另外，现有技术中，一体化多路供电系统都需要进行硬件的内部连接，并且一般需要通过人为操作才能保证用电设备不断电和最大限度的利用太阳能发电。

发明内容

本申请的目的是在于避免现有技术中的不足之处而提供一种基于SPI的太阳能不间断电源系统，该基于SPI的太阳能不间断电源系统无需进行内部设备连接，也不需要人为操作，通过系统的自动控制就可以保证用电设备不断电和最大限度的利用太阳能发电，符合环保节能的理念。

为此给出一种基于SPI的太阳能不间断电源系统，包括一体化多路供电装置，一体化多路供电装置包括太阳能控制器、转换开关电路和稳压、逆变、充电集成器，还包括MPPT主控芯片和逆变器主控芯片，MPPT主控芯片与太阳能控制器连接，逆变器主控芯片均与转换开关电路和稳压、逆变、充电集成器连接，MPPT主控芯片与逆变器主控芯片通过SPI通讯，一体化多路供电装置、MPPT主控芯片和逆变器主控芯片集成在一块PCB板。

MPPT主控芯片与人机交互装置通讯。

逆变器主控芯片与上位机通讯。

一体化多路供电装置包括市电输入支路、太阳能输入支路和蓄电池输入支路，以上三个支路通过转换开关电路为交流负载供电。

市电输入支路包括正常负载支路、过载支路，正常负载支路和过载支路通过转换开关电路为交流负载供电。

正常负载支路包括输入开关和所述稳压、逆变、充电集成器，输入开关接于市电与稳压、逆变、充电集成器之间，稳压、逆变、充电集成器与转换开关电路连接。

过载支路包括所述输入开关和旁路，旁路接于所述输入开关与转换开关电路之间。

还包括维修旁路支路，维修旁路支路包括维修开关和维修旁路，维修开关接于市电与维修旁路之间，维修旁路与交流负载连接。

太阳能输入支路包括太阳能电池板、所述太阳能控制器和所述稳压、逆变、充电集成器，太阳能控制器接于太阳能电池板与稳压、逆变、充电集成器之间，稳压、逆变、充电集成器与转换开关电路连接。

蓄电池输入支路包括所述太阳能电池板、所述太阳能控制器、所述稳压、逆变、充电集成器和蓄电池，太阳能控制器接于太阳能电池板与稳压、逆变、充电集成器之间，稳压、逆变、充电集成器与转换开关电路连接，蓄电池与稳压、逆变、充电集成器连接。

本申请的有益效果是，通过将MPPT主控芯片和逆变器主控芯片两种不同设备通过SPI通信有效结合，并达到智能化、一体化管理的目的，与现有技术需要将太阳能控制器与逆变器部分进行实线连接相比，系统由于集成在一块PCB板，无需进行内部设备连接，也不需要人为操作，通过系统的自动控制就可以保证用电设备不断电和最大限度的利用太阳能发电，MPPT主控芯片和逆变器主控芯片在SPI通信故障时可独立运行，互不干扰，并进入各自预设的通信故障模式：MPPT主控芯片进入较小电流充电模式，保证蓄电池不过流过压，并同时进行SPI故障告警，使用户知道系统的工作状态；逆变器主控芯片则进入不间断电源工作模式，可以保证后端负载不掉电，为用户提供安全、节能、绿色的新型太阳能不间断电源。

附图说明

图1是一种基于SPI的太阳能不间断电源系统的电路框图

图2是正常负载支路为交流负载供电的电路示意图

图3是过载支路为交流负载供电的电路示意图

图4是太阳能输入支路或者蓄电池输入支路为交流负载供电的电路示意图

图5是维修旁路支路为交流负载供电的电路示意图

图1至图5中包括有：

1——一体化多路供电装置、11——稳压、逆变、充电集成器、12——转换开关电路、13——维修旁路、14——旁路、15——太阳能电池板、16——太阳能控制器、17——蓄电池；

2——MPPT主控芯片；

3——逆变器主控芯片；

4——人机交互装置；

5——上位机；

K1——输入开关；

K2——维修开关；

K3——总开关。

具体实施方式

本实施例的一种基于SPI的太阳能不间断电源系统如图1所示，包括一体化多路供电装置1，一体化多路供电装置1包括太阳能控制器16、转换开关电路12和稳压、逆变、充电集成器11，还包括MPPT主控芯片2和逆变器主控芯片3，MPPT主控芯片2与太阳能控制器16连接，逆变器主控芯片3均与转换开关电路12和稳压、逆变、充电集成器11连接，MPPT主控芯片2与逆变器主控芯片3通过SPI通讯，一体化多路供电装置1、MPPT主控芯片2和逆变器主控芯片3集成在一块PCB板。

本申请通过将MPPT主控芯片2和逆变器主控芯片3两种不同设备通过SPI通信有效结合，并达到智能化、一体化管理的目的，系统无需进行内部设备连接，也不需要人为操作，通过系统的自动控制就可以保证用电设备不断电和最大限度的利用太阳能发电，MPPT主控芯片2和逆变器主控芯片3在SPI通信故障时可独立运行，互不干扰，并进入各自预设的通信故障模式：MPPT主控芯片2进入较小电流充电模式，保证蓄电池17不过流过压，并同时进行SPI故障告警；使用户知道系统的工作状态；逆变器主控芯片3则进入不间断电源工作模式，可以保证后端负载不掉电；为用户提供安全、节能、绿色的新型太阳能不间断电源。

将稳压器、逆变器、充电器集成在一起，方便逆变器主控芯片3的统一管理。

MPPT主控芯片2与人机交互装置4通讯。用户只需通过简单的人机交互装置4进行简单的选择操作即可实现对本系统的控制，达到智能、安全、环保的工作目的。

逆变器主控芯片3与上位机5通讯。逆变器主控芯片3与上位机5之间可通过USB、RS232、RS485、SNMP等通信接口进行通讯，可对电源进行实时监控、远程监控与管理等。

本实施例的工作原理如下：

通过高速SPI通信将MPPT主控芯片2（MCU或者DSP）与逆变器主控芯片3（MCU或者DSP）进行连接、通讯，能够有效提高两者的独立计算与控制速度，通过正常的SPI通信，两者又可以恢复到正常数据交换的全双工通信运行模式，可更加有效的利用各自的MCU或者DSP资源，达到高速运算和合理利用太阳能的目的；

当PV（光伏太阳能）长时间没有，且蓄电池17容量不足时，MPPT主控芯片2会通过SPI通信告知逆变器主控芯片3对蓄电池17进行补充充电，此时逆变器主控芯片3就会利用AC（市电）对蓄电池17进行充电；

当蓄电池17容量达到80-90%时或者PV充电能量恢复，MPPT控制器也会通过SPI通信告知逆变器关闭充电；

以上操作可保证蓄电池17不至于干涸损坏，也尽可能利用太阳能绿色能源充电的目的。

逆变器主控芯片3可通过SPI通信，同时将数据和状态传输给MPPT主控芯片2，把蓄电池17逆变给交流负载的电流信息告诉MPPT主控芯片2，可达到实时控制充电电流，确保蓄电池17充电不过流过压的目的，且动态响应速度较快。

具体的，一体化多路供电装置1包括市电输入支路、太阳能输入支路和蓄电池输入支路，以上三个支路通过转换开关电路12为交流负载供电。

本实施例通过将市电输入支路、太阳能输入支路和蓄电池输入支路整合在一起，以上三个支路通过转换开关电路12为交流负载供电，当太阳能输入支路优先工作或者市电输入支路发生故障时，转换开关电路12自动切换至太阳能输入支路为交流负载供电；当无太阳能输入并且市电输入支路发生故障时，转换开关电路12自动切换至蓄电池17支路为交流负载供电；当选择市电优先工作并且有太阳能输入时，转换开关电路12自动切换至市电输入支路为交流负载供电，太阳能输入支路为蓄电池17充电，通过将多种供电方式进行集中控制与管理，在确保对负载的不间断供电的前提下，实现合理利用电力资源。

市电输入支路包括正常负载支路、过载支路，正常负载支路和过载支路通过转换开关电路12为交流负载供电。

正常负载支路包括输入开关K1和所述稳压、逆变、充电集成器11，输入开关K1接于市电与稳压、逆变、充电集成器11之间，稳压、逆变、充电集成器11与转换开关电路12连接。当用户选择使用市电为交流负载供电并且负载处于正常情况下，如图2所示，转换开关电路122自动切换至与稳压、逆变、充电集成器11中的稳压器连接，用户合上输入开关K1，市电通过稳压端为交流负载供电。

过载支路包括所述输入开关K1和旁路14，旁路14接于所述输入开关K1与转换开关电路12之间。当负载产生过载后，如图3所示，转换开关电路12自动切换与旁路14连接，由过载支路为交流负载供电；等待过载消失后，转换开关电路12自动恢复正常负载支路或者太阳能输入支路为交流负载供电。

以上两种情况，即当用户现在使用市电为交流负载供电时，如果有太阳能，则太阳能为蓄电池17充电。

还包括维修旁路支路，维修旁路支路包括维修开关K2和维修旁路13，维修开关K2接于市电与维修旁路13之间，维修旁路13与交流负载连接。当整机需要检修时，利用维修旁路支路为交流负载供电，可保证交流负载不断电。

太阳能输入支路包括太阳能电池板15、所述太阳能控制器16和所述稳压、逆变、充电集成器11，太阳能控制器16接于太阳能电池板15与稳压、逆变、充电集成器11之间，稳压、逆变、充电集成器11与转换开关电路12连接。如图4所示，当用户选择太阳能输入支路为交流负载供电时，在有市电的情况下，且此时蓄电池17剩余容量较满时，转换开关电路12会自动选用太阳能由稳压、逆变、充电集成器中的逆变器供给交流负载。当市电发生故障时，也会不间断切换至该能量流向模式，实现不间断供电和太阳能供电的目的。

如图4所示，蓄电池输入支路包括所述太阳能电池板15、所述太阳能控制器16、所述稳压、逆变、充电集成器11和蓄电池17，太阳能控制器16接于太阳能电池板15与稳压、逆变、充电集成器11之间，稳压、逆变、充电集成器11与转换开关电路12连接，蓄电池17与稳压、逆变、充电集成器11连接。当市电发生故障并且无太阳能时，转换开关电路12会自动选用蓄电池17的电能由稳压、逆变、充电集成器11的逆变器供给交流负载。

转换开关电路12与交流负载之间接有总开关K3。当个系统发生故障时，如图5所示，可通过断开总开关K3进行维修，此时可通过合上维修开关K2，利用维修旁路支路直接为交流负载供电。

太阳能控制器16接有直流输出电路。可为直流负载供电。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种基于SPI的太阳能不间断电源系统，包括一体化多路供电装置，一体化多路供电装置包括太阳能控制器、转换开关电路和稳压、逆变、充电集成器，其特征是，还包括MPPT主控芯片和逆变器主控芯片，MPPT主控芯片与太阳能控制器连接，逆变器主控芯片均与转换开关电路和稳压、逆变、充电集成器连接，MPPT主控芯片与逆变器主控芯片通过SPI通讯，一体化多路供电装置、MPPT主控芯片和逆变器主控芯片集成在一块PCB板；

MPPT主控芯片和逆变器主控芯片在SPI通信故障时可独立运行，互不干扰，并进入各自预设的通信故障模式：MPPT主控芯片进入较小电流充电模式，保证蓄电池不过流过压，并同时进行SPI故障告警；使用户知道系统的工作状态；逆变器主控芯片则进入不间断电源工作模式，可以保证后端负载不掉电；

一体化多路供电装置包括市电输入支路、太阳能输入支路和蓄电池输入支路，以上三个支路通过转换开关电路为交流负载供电；

市电输入支路包括正常负载支路、过载支路，正常负载支路和过载支路通过转换开关电路为交流负载供电；

正常负载支路包括输入开关和所述稳压、逆变、充电集成器，输入开关接于市电与稳压、逆变、充电集成器之间，稳压、逆变、充电集成器与转换开关电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于SPI的太阳能不间断电源系统，其特征是，MPPT主控芯片与人机交互装置通讯。

3.根据权利要求1所述的一种基于SPI的太阳能不间断电源系统，其特征是，逆变器主控芯片与上位机通讯。

4.根据权利要求1所述的一种基于SPI的太阳能不间断电源系统，其特征是，过载支路包括所述输入开关和旁路，旁路接于所述输入开关与转换开关电路之间。

5.根据权利要求1所述的一种基于SPI的太阳能不间断电源系统，其特征是，还包括维修旁路支路，维修旁路支路包括维修开关和维修旁路，维修开关接于市电与维修旁路之间，维修旁路与交流负载连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于SPI的太阳能不间断电源系统，其特征是，太阳能输入支路包括太阳能电池板、所述太阳能控制器和所述稳压、逆变、充电集成器，太阳能控制器接于太阳能电池板与稳压、逆变、充电集成器之间，稳压、逆变、充电集成器与转换开关电路连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于SPI的太阳能不间断电源系统，其特征是，蓄电池输入支路包括太阳能电池板、所述太阳能控制器、所述稳压、逆变、充电集成器和蓄电池，太阳能控制器接于太阳能电池板与稳压、逆变、充电集成器之间，稳压、逆变、充电集成器与转换开关电路连接，蓄电池与稳压、逆变、充电集成器连接。