CN201194335Y - 太阳能光伏发电控制器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种太阳能光伏发电控制器，包括功率部分和控制部分，其中，功率部分的采样信号、控制部分的键盘输入、液晶显示、声光系统和通讯接口均连接到控制部分的核心CPU控制器。具有如下优点：系统功能齐全完备；采用高速微处理器为核心，运算速度快，算法先进，使得系统达到了优良的电气性能和使用性能；具有备用控制方式，系统可靠性高；用户操作和显示界面良好；工业化、标准化程度高；整机可通过上位机通讯或控制，模块化程度高。

Description

太阳能光伏发电控制器
一、技术领域
本实用新型涉及一种控制器，尤其是用于太阳能光伏发电的控制器。
二、背景技术
太阳能光伏发电是目前已知发电方式中最清洁、最安全、潜力最大的新兴发电方式。随着能源短缺和环境污染问题的日益严重，对光伏发电的研究和应用具有重大意义。我国于1958年开始太阳能电池研究，于1971年首次成功应用于东方红二号卫星，1973年开始用于地面。在20世纪八、九时年代，限于价格和产量，我国光伏市场在缓慢中发展，除卫星电源，地面上太阳能电池多用于小功率系统，并先后从国外引进多条太阳能电池生长线。2000年，我国太阳能电池累计用量为15MW。从九十年代后期至今，中国光伏发电在产业化和应用方面都取得了很大的进展，在远离电网地区的电力建设中发挥了重要作用。2002年，原国家计委启动了“西部省区无电乡通电计划”，计划通过光伏和小型风力发电解决西部七省区780个无电乡的用电问题，这一项目大大刺激了我国光伏工业的发展。目前，我国在光伏电站、并网或独立运行逆变器、光伏户用系统、风光互补系统等方面均取得了一定进展，出现了一些太阳能专业厂家。作为太阳能发电核心部分之一的光伏控制器，对于提高光伏器件的利用率和使用性能意义重大，正朝着模块化、标准化、智能化、工业化的方向发展。
三、实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种模块化、标准化、智能化和工业化的太阳能光伏发电控制器。
为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型设计了一种太阳能光伏发电控制器，包括功率部分1和控制部分2，其中，功率部分1包括光伏阵列1_1、空气开关1_2、主功率电路1_3和蓄电池1_4，是将光伏阵列1_1的输出电压V1接空气开关1_2，空气开关1_2的输出电压V2接主功率电路1_3，蓄电池1_4电压V4同主功率电路连接，主功率电路1_3的输出电压V3接外界负载；控制部分2包括CPU控制器2_1、键盘输入2_2、液晶显示2_3、通讯接口2_4和声光系统2_5，其中，光伏阵列1_1的采样信号S1、空气开关1_2的采样信号S2、主功率电路1_3的采样信号S3、蓄电池1_4的采样信号S4接CPU控制器2_1，主功率电路的控制信号D1接CPU控制器2_1，键盘输入2_2、液晶显示2_3、声光系统25和通讯接口2_4的一端均连接到CPU控制器2_1，通讯接口2_4的另一端接外界的上位机。
本实用新型的太阳能光伏发电控制器采用高速DSP芯片为核心控制器，首先完成对功率部分的控制和保护，光伏发电控制采用“一点式”控制方法和电流电压双闭环控制策略；控制器具有备用控制方式，在控制器主板故障时，备用控制方式可完成基本的控制要求，控制方式为阶梯式控制方式；显示部分采用液晶显示屏，可对蓄电池电压，负载电流及充电电流、日发/放电量、月发/放电量、累计发/放电量、负载短路次数、环境温度进行实时监控和显示；系统支持对蓄电池参数、光伏电池参数、系统参数、时间参数进行编程设定；具有过充、过压、一次下电、二次下电、过载、短路、过热等一系列声光报警和保护功能；具有温度补偿功能，补偿系数可设定；具有密码保护功能；提供标准RS232/RS485接口；具有RTC功能，可以查寻当前时间并对时间参数进行修改；具有故障和运行状态查询功能；具有定时开关机功能。
有益效果：本实用新型是一种用于太阳能发电的光伏发电控制器，具有如下优点：(1)系统功能齐全完备；(2)采用高速微处理器为核心，运算速度快，算法先进，使得系统达到了优良的电气性能和使用性能；(3)具有备用控制方式，系统可靠性高；(4)用户操作和显示界面良好；(5)工业化、标准化程度高；(6)整机可通过上位机通讯或控制，模块化程度高。
四、附图说明
图1是本实用新型的太阳能光伏发电控制器结构示意图；
图2是本实用新型实施例的端子示意图。
五、具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作详细说明。
如图1所示，本实施例的太阳能光伏发电控制器，包括功率部分1和控制部分2，其中，功率部分1包括光伏阵列1_1、空气开关1_2、主功率电路1_3和蓄电池1_4，是将光伏阵列1_1的输出电压V1接空气开关1_2，空气开关1_2的输出电压V2接主功率电路1_3，蓄电池1_4电压V4同主功率电路连接，主功率电路1_3的输出电压V3接外界负载；控制部分2包括CPU控制器2_1、键盘输入2_2、液晶显示2_3、通讯接口2_4和声光系统2_5，其中，光伏阵列1_1的采样信号S1、空气开关1_2的采样信号S2、主功率电路1_3的采样信号S3、蓄电池1_4的采样信号S4接CPU控制器2_1，主功率电路的控制信号D1接CPU控制器2_1，键盘输入2_2、液晶显示2_3、声光系统2_5和通讯接口2_4的一端均连接到CPU控制器2_1，通讯接口2_4的另一端接外界的上位机。
光伏阵列1_1包括多路太阳能电池；CPU控制器2_1采用DSP芯片TMS320C2812，光伏阵列的电压信号V1、空气开关的电压信号V2、主功率电路输出电压V3、蓄电池电压V4、系统温度、负载电流信号送TMS320C2812的AD采样模块；TMS320C2812的通用输入输出端口GPIOA6到GPIOA12同液晶显示屏2_3连接，驱动液晶显示屏2_3工作；TMS320C2812的通用输入输出端口GPIOA13到GPIOA15、通用输入输出端口GPIOB00到GPIOB04同声光系统2_5连接，驱动声光系统2_5的蜂鸣器和指示灯导通报警或关断；
TMS320C2812的PWM模块产生主功率电路的驱动信号d1，完成主功率控制和保护功能：首先进行太阳能接反保护，如检测到光伏阵列1_1的太阳能电池“+”“-”极性接反，纠正后可继续使用；进行蓄电池接反保护：蓄电池“+”“-”极性接反，纠正后可继续使用；进行负载过载或短路保护：负载电流超过额定输出总电流120％时蜂鸣器报警，过载指示灯亮，系统延时15S，如仍然过载，负载关断输出；当发生短路时，CPU控制器2_1立即关断驱动信号d1输出，并且判断负载短路次数是否已经达到允许值，如果达到，控制器关闭太阳能电池并锁死控制器，此后在重新上电之前开机键无效。负载短路或负载过流保护后，待故障排除后可重新接通负载；蓄电池开路保护：当检测到蓄电池开路，若在太阳能电池正常充电时，控制器将限制负载两端电压，以保证负载不被损伤；蓄电池电压过放保护：蓄电池电压低于设定值时蜂鸣器常鸣报警，5分钟后如果蓄电池电压仍低于设定值，控制器将关断二次下电四路输出，如果控制器电压一直下降到35V，控制器将立即关断一次下电的四路输出；只有当电压恢复到设定值时，控制器才将自动恢复输出；蓄电池电压过高保护：输入直流高于设定值时蜂鸣器常鸣报警，延时15分钟后控制器关断输出，当电压恢复到设定值时，控制器将自动恢复输出；控制器过热保护:当控制器散热器过热时(即温度达到85℃时)，控制器将切出四路充电回路以减小充电电流，延时15分钟后再次检测散热器温度，如果温度仍达到85℃，控制器将再次切出两路充电回路以减小充电电流；只有当散热器温度降至低于85℃且满足其它充电条件时，控制器将逐渐增加充电电路以增大充电电流；均充保护：当蓄电池电压达到均充保护值时，关断目前正在充电的第一路太阳能电池，过1S如果电压仍然高于均充保护值，就关断下一路太阳能电池；再过1S如果电压仍然高于均充保护值，就关断下一路太阳能电池；直至所有太阳能电池全部关断。如果在检测电压期间，电压小于等于浮充值，开通所有太阳能充电回路。此时将全部太阳能电池全部开通，同时又电流闭环控制，即当充电电流高于最大允许充电电流时，关断目前正在充电的第一路，过15秒，如果依然高于最大允许充电电流，就关断下一路，依此类推，直到关断所有太阳能电池；蓄电池电压过充保护:当蓄电池电压高于过充保护点时，控制器将切断所有充电回路，只有当蓄电池电压降至过充恢复点时，控制器又将开通所有充电回路。
键盘输入2_2共设置5个按键，分别为：开关机按键、上翻键、下翻键、返回键、确认键，1个复位按钮。液晶显示菜单采用全中文多级菜单形式。可通过按键进行设置的参数主要包括：蓄电池参数二次下电值、过放恢复值、过压保护值、过压恢复值、过充保护值、浮充保护值、均充电压值、一次下电值、过充恢复值、温度补偿系数，光伏电池参数“目前保留！”最大开路电压、最大允许电流、太阳能路数等，系统参数最大充电电流、最大放电电流、最高允许温度、最低允许温度、短路允许次数等，时间参数年、月、日、星期、小时、分钟、秒。键盘输入2_2同CPU控制器2_1的SCI通讯模块相连，由TMS320C2812的SCI通讯模块完成与键盘输入2_2的通讯联系。
空气开关1_2用于光伏阵列1_1和主功率电路1_3电气连接的手动合闸，包括如图2所示的太阳能输入、一次下电、二次下电共14路端子。
声光系统2_5除蜂鸣器外，还包括下表所示指示灯：
 
指示灯名 功能说明
PV1-PV6灯 分别指示太阳能方阵1-6是否充电
LOW VOL灯 指示蓄电池是否欠压
OVER COL灯 指示蓄电池是否过压
OVER LOAD灯 指示控制器输出是否过载
SHORT灯 指示控制器输出是否短路
LOAD灯 指示输出是否正常
复位开关 用于控制器的关断与复位
太阳能输入空开1～6 用于太阳能输入的闭合或断开
负载输出空开1～8 用于负载输出的闭合或断开
CPU控制器1_1通过芯片内置的GPIOC组的通用输入输出口模拟RS232通讯协议，通过通讯接口1_2通外界的PC机近、远程联接实现以下控制：PC机上显示蓄电池电压、放电电流、充电电流、环境温度、负载短路次数等；PC机上显示当日发电量光伏充电电量、当日放电量负载放电电量、当月发电量光伏充电电量、当月放电量负载放电电量；故障告警：对控制器上出现的故障可通过RS232接口将故障信息传输到PC机上，并通过指示灯表明是何种故障；上位机可以对蓄电池参数进行设置。
虽然本实用新型通过实施例进行了描述，但实施例并非用来限定本实用新型。本领域技术人员可在本实用新型的精神的范围内，做出各种变形和改进，因此本实用新型的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (1)

1.一种太阳能光伏发电控制器，包括功率部分(1)和控制部分(2)，其中，功率部分(1)包括光伏阵列(1_1)、空气开关(1_2)、主功率电路(1_3)和蓄电池(1_4)，是将光伏阵列(1_1)的输出电压(V1)接空气开关(1_2)，空气开关(1_2)的输出电压(V2)接主功率电路(1_3)，蓄电池(1_4)电压(V4)同主功率电路连接，主功率电路(1_3)的输出电压(V3)接外界负载；控制部分(2)包括CPU控制器(2_1)、键盘输入(2_2)、液晶显示(2_3)、通讯接口(2_4)和声光系统(2_5)，其中，光伏阵列(1_1)的采样信号(S1)、空气开关(1_2)的采样信号(S2)、主功率电路(1_3)的采样信号(S3)、蓄电池(1_4)的采样信号(S4)接CPU控制器(2_1)，主功率电路的控制信号(D1)接CPU控制器(2_1)，键盘输入(2_2)、液晶显示(2_3)、声光系统(2_5)和通讯接口(2_4)的一端均连接到CPU控制器(2_1)，通讯接口(2_4)的另一端接外界的上位机。
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Assignor: Nanjing Guanya Power Equipment Co., Ltd.

Contract record no.: 2010320001226

Denomination of utility model: Solar photovoltaic generating controller

Granted publication date: 20090211

License type: Exclusive License

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Assignee: Nanjing Shaningshen Photovoltaic Co., Ltd.

Assignor: Nanjing Guanya Power Equipment Co., Ltd.

Contract record no.: 2010320001226

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Granted publication date: 20090211

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