CN204441993U - 一种采用太阳能供电的用于自动化控制的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用太阳能供电的用于自动化控制的系统，包括数字信号处理器、AD转换器、信号调理电路、电源电路、译码电路、存储电路、E2PROM、PWM隔离电路，AD转换器连接数字信号处理器，信号调理电路连接AD转换器，数字信号处理器连接译码电路，数字信号处理器连接PWM隔离电路；电源电路内设置有太阳能电池板、稳压电路、电源控制器和直流供电电路，太阳能电池板连接稳压电路，稳压电路连接电源控制器，电源控制器连接直流供电电路，直流供电电路连接数字信号处理器，采用数字信号处理技术对电力电子器件进行功能控制，并采用太阳能进行系统供电，有效降低不可再生资源的损耗，并且能够满足恶劣天气下依然正常工作。

Description

一种采用太阳能供电的用于自动化控制的系统

技术领域

本实用新型涉及电力电子器件自动化控制技术领域，具体的说，是一种采用太阳能供电的用于自动化控制的系统。

背景技术

电力系统，由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、经济、优质的电能。

电力系统的主体结构有电源、电力网络和负荷中心。电源指各类发电厂、站，它将一次能源转换成电能；电力网络由电源的升压变电所、输电线路、负荷中心变电所、配电线路等构成。电力系统的功能是将电源发出的电能升压到一定等级后输送到负荷中心变电所，再降压至一定等级后，经配电线路与用户相联。电力系统中网络结点千百个交织密布，有功潮流、无功潮流、高次谐波、负序电流等以光速在全系统范围传播。它既能输送大量电能，创造巨大财富，也能在瞬间造成重大的灾难性事故。为保证系统安全、稳定、经济地运行，必须在不同层次上依不同要求配置各类自动控制装置与通信系统，组成信息与控制子系统。它成为实现电力系统信息传递的神经网络，使电力系统具有可观测性与可控性，从而保证电能生产与消费过程的正常进行以及事故状态下的紧急处理。

电力系统的运行指组成系统的所有环节都处于执行其功能的状态。系统运行中，由于电力负荷的随机变化以及外界的各种干扰(如雷击等)会影响电力系统的稳定，导致系统电压与频率的波动，从而影响系统电能的质量，严重时会造成电压崩溃或频率崩溃。电力系统运行分为正常运行状态与异常运行状态。其中，正常状态又分为安全状态和警戒状态；异常状态又分为紧急状态和恢复状态。电力系统运行包括了所有这些状态及其相互间的转移。各种运行状态之间的转移需通过不同控制手段来实现。

电力系统在保证电能质量、实现安全可靠供电的前提下，还应实现经济运行，即努力调整负荷曲线，提高设备利用率，合理利用各种动力资源，降低燃料消耗、厂用电和电力网络的损耗，以取得最佳经济效益。

电力电子器件(Power Electronic Device)又称为功率半导体器件，主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面大功率的电子器件(通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上)。

功率器件几乎用于所有的电子制造业,包括计算机领域的笔记本、PC、服务器、显示器以及各种外设；网络通信领域的手机、电话以及其它各种终端和局端设备；消费电子领域的传统黑白家电和各种数码产品；工业控制类中的工业PC、各类仪器仪表和各类控制设备等；除了保证这些设备的正常运行以外，功率器件还能起到有效的节能作用。

20世纪50年代，电力电子器件主要是汞弧闸流管和大功率电子管。60年代发展起来的晶闸管，因其工作可靠、寿命长、体积小、开关速度快，而在电力电子电路中得到广泛应用。70年代初期，已逐步取代了汞弧闸流管。80年代，普通晶闸管的开关电流已达数千安，能承受的正、反向工作电压达数千伏。在此基础上，为适应电力电子技术发展的需要，又开发出门极可关断晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管等一系列派生器件，以及单极型MOS功率场效应晶体管、双极型功率晶体管、静电感应晶闸管、功能组合模块和功率集成电路等新型电力电子器件。

各种电力电子器件均具有导通和阻断两种工作特性。功率二极管是二端(阴极和阳极)器件，其器件电流由伏安特性决定，除了改变加在二端间的电压外，无法控制其阳极电流，故称不可控器件。普通晶闸管是三端器件，其门极信号能控制元件的导通，但不能控制其关断，称半控型器件。可关断晶闸管、功率晶体管等器件，其门极信号既能控制器件的导通，又能控制其关断，称全控型器件。后两类器件控制灵活，电路简单，开关速度快，广泛应用于整流、逆变、斩波电路中，是电动机调速、发电机励磁、感应加热、电镀、电解电源、直接输电等电力电子装置中的核心部件。这些器件构成装置不仅体积小、工作可靠，而且节能效果十分明显(一般可节电10％～40％)。

单个电力电子器件能承受的正、反向电压是一定的，能通过的电流大小也是一定的。因此，由单个电力电子器件组成的电力电子装置容量受到限制。所以，在实用中多用几个电力电子器件串联或并联形成组件，其耐压和通流的能力可以成倍地提高，从而可极大地增加电力电子装置的容量。器件串联时，希望各元件能承受同样的正、反向电压；并联时则希望各元件能分担同样的电流。但由于器件的个异性，串、并联时，各器件并不能完全均匀地分担电压和电流。所以，在电力电子器件串联时，要采取均压措施；在并联时，要采取均流措施。

实用新型内容

本实用新型的目的在于设计出一种采用太阳能供电的用于自动化控制的系统，采用数字信号处理技术对电力电子器件进行功能控制，并采用太阳能进行系统供电，有效降低不可再生资源的损耗，并且能够满足恶劣天气下依然正常工作，整个系统具有设计科学合理、安全稳定、实用性强等特点。

本实用新型通过下述技术方案实现：一种采用太阳能供电的用于自动化控制的系统，包括数字信号处理器、AD转换器、信号调理电路、电源电路、译码电路、存储电路、E2PROM、PWM隔离电路，所述AD转换器连接数字信号处理器，所述信号调理电路连接AD转换器，所述数字信号处理器连接译码电路，所述译码电路连接AD转换器，所述数字信号处理器连接PWM隔离电路，所述PWM隔离电路连接电力电子器件，所述电源电路连接数字信号处理器，所述数字信号处理器连接存储电路；所述电源电路内设置有太阳能电池板、稳压电路、电源控制器和直流供电电路，所述太阳能电池板连接稳压电路，所述稳压电路连接电源控制器，所述电源控制器连接直流供电电路，所述直流供电电路连接数字信号处理器。

进一步的，为更好的实现本实用新型，能够满足在光照度不够使太阳能进行发电或夜间时候依然满足对整个系统进行供电，特别设置有下述结构：所述电源电路内还设置有蓄电池组，所述蓄电池组连接电源控制器。

进一步的，为更好的实现本实用新型，能够完成人机交互且实时显示状态信息，以供操作员进行参考，特别设置有下述结构：还包括鼠键套及显示电路，所述鼠键套及显示电路皆连接数字信号处理器。

进一步的，为更好的实现本实用新型，能采用多种存储方式进行存储，完成监测数据的备份亦可完成系统的资源整合，提高整个系统的处理性能，特别采用下述设置方式：所述存储电路包括FLASH存储器及随机存储器，所述FLASH存储器与随机存储器皆连接在数字信号处理器上。

进一步的，为更好的实现本实用新型，能够使数字信号处理器在进行数据处理时，特别是在进行存储数据交互的过程中，能够更加快速的进行数据处理，起到高速缓冲存储器的作用或/和主存储器的作用，提高数据处理性能，特别设置成下述结构：所述随机存储器采用静态随机存储器或/和动态随机存储器。

进一步的，为更好的实现本实用新型，能够对数字信号处理器提供不同的时钟信号，使得数字信号处理器根据不同需要进行稳定高效的工作；能够为数字信号处理器提供诸如看门狗信号、上电复位、欠电压检测复位、手动复位信号，使得数字信号处理器不至于由于程序跑偏或出现程序死循环现象，特别设置有下述结构：还包括时钟电路及复位电路，所述时钟电路连接数字信号处理器，所述复位电路连接数字信号处理器。

进一步的，为更好的实现本实用新型，便于进行仿真调试，特别设置有下述结构：还包括JTAG仿真接口，所述JTAG仿真接口连接数字信号处理器。

进一步的，为更好的实现本实用新型，可快速有效、精细化的对采样电压或电流转换为数字信号，以备数字信号处理器对各种调理信号进行收集，特别采用下述设置方式：所述AD转换器采用AD976A。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本实用新型采用数字信号处理技术对电力电子器件进行功能控制，并采用太阳能进行系统供电，有效降低不可再生资源的损耗，并且能够满足恶劣天气下依然正常工作，整个系统具有设计科学合理、安全稳定、实用性强等特点。

(2)本实用新型采用AD976A作为AD转换器的模数转换芯片，可快速有效、精细化的对采样电压或电流转换为数字信号，以备数字信号处理器对各种调理信号进行收集。

(3)本实用新型的FLASH存储器可用于完成监测数据的备份亦可完成系统的资源整合。

(4)本实用新型外挂的随机存储器能够使数字信号处理器在进行数据处理时，特别是在进行存储数据交互的过程中，能够更加快速的进行数据处理，起到高速缓冲存储器的作用或/和主存储器的作用，提高数据处理性能。

(5)本实用新型的随机存储器采用动态及静态随机存储器单用或结合使用，可在进行数据处理时，根据不同需要做相应的主存储器作用或高速缓冲存储作用。

(6)本实用新型应用数字信号处理技术进行电力电子器件控制，其快速强大的运算和处理能力以及并行运行的能力，满足了电力电子器件控制系统对实时性和处理算法复杂性的要求。

(7)本实用新型所述的蓄电池组能够满足在光照度不够使太阳能进行发电或夜间时候依然满足对整个系统进行供电。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理图。

图2为本实用新型所述的电源电路原理图。

图3为本实用新型所述的存储电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

一种采用太阳能供电的用于自动化控制的系统，如图1、图2、图3所示，包括数字信号处理器、AD转换器、信号调理电路、电源电路、译码电路、存储电路、E2PROM、PWM隔离电路，所述AD转换器连接数字信号处理器，所述信号调理电路连接AD转换器，所述数字信号处理器连接译码电路，所述译码电路连接AD转换器，所述数字信号处理器连接PWM隔离电路，所述PWM隔离电路连接电力电子器件，所述电源电路连接数字信号处理器，所述数字信号处理器连接存储电路；所述电源电路内设置有太阳能电池板、稳压电路、电源控制器和直流供电电路，所述太阳能电池板连接稳压电路，所述稳压电路连接电源控制器，所述电源控制器连接直流供电电路，所述直流供电电路连接数字信号处理器。

电力系统中的电压电流信号经过信号调理处理电路内设置的PT、CT将电压电流降低，再经过互感器、信号调理等预处理后供AD转换器，利用AD转换器将模拟的电流和电压信号转换为数字电平信号，而后通过数字信号处理器及与之相配合的E2PROM、存储电路等进行深度处理，而后形成控制指令信号经PWM隔离电路输出用于对电力电子器件进行有效控制；在使用时，电源电路为数字信号处理器提供所需的工作电压，使其正常工作，太阳能电池板将太阳能转化为直流电能，而后将通过稳压电路进行稳压，经稳压后的直流电源将通过电源控制器内的输出电路输送至直流供电电路内，而后通过直流供电电路对数字信号处理器进行供电，使其正常工作；存储电路完成数据交互时的数据存储、备份数据存储等多种存储功能；由于被烧写到数字信号处理器片内程序Flash中的程序在运行时不能被改写，而实际工作状态中又要根据需要对一些参数进行设置，因此，为系统扩展串行的E2PROM，与数字信号处理器的串行外设接口模块(SPI)连接实现参数设置、存储功能；译码器作为一种可电改写、可重复编程、可加密的新型可编程逻辑器件，它具有速度快、容量大、功耗低而且设计灵活的优点，其输入信号有数字信号处理器(DSP)读使能、写使能、数据空间选通、程序空间选通、I/O空间选通和高5位地址线，通过逻辑组合后，输出A/D等外围器件的片选信号；采用数字信号处理技术对电力电子器件进行功能控制，并采用太阳能进行系统供电，有效降低不可再生资源的损耗，并且能够满足恶劣天气下依然正常工作，整个系统具有设计科学合理、安全稳定、实用性强等特点；应用数字信号处理技术进行电力电子器件控制，其快速强大的运算和处理能力以及并行运行的能力，满足了电力电子器件控制系统对实时性和处理算法复杂性的要求。

实施例2：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本实用新型，能够满足在光照度不够使太阳能进行发电或夜间时候依然满足对整个系统进行供电，如图1、图2、图3所示，特别设置有下述结构：所述电源电路内还设置有蓄电池组，所述蓄电池组连接电源控制器。

在使用时，多余的电能将被存储在蓄电池组内，而出现太阳能光照不够或阴雨天气或夜间时，蓄电池组将进行释电，并通过电源控制器的输出电路输送至直流供电电路内，对数字信号处理器进行直流供电，达到24小时全天候的使整个系统工作。

实施例3：

进一步的，为更好的实现本实用新型，能够完成人机交互且实时显示状态信息，以供操作员进行参考，特别设置有下述结构：还包括鼠键套及显示电路，所述鼠键套及显示电路皆连接数字信号处理器。

鼠键套可完成人与机器之间的交互，当需要更改指令或参数等设置时，可通过鼠键套进行指令录入、参数录入；显示电路用于对控制信息、控制状态进行实时显示，以备操作者能够及时的知晓控制状态。

实施例4：

进一步的，为更好的实现本实用新型，能采用多种存储方式进行存储，完成监测数据的备份亦可完成系统的资源整合，提高整个系统的处理性能，如图1、图2、图3所示，特别采用下述设置方式：所述存储电路包括FLASH存储器及随机存储器，所述FLASH存储器与随机存储器皆连接在数字信号处理器上，FLASH存储器可用于完成监测数据的备份亦可完成系统的资源整合；随机存储器能够使数字信号处理器在进行数据处理时，特别是在进行存储数据交互的过程中，能够更加快速的进行数据处理，起到高速缓冲存储器的作用或/和主存储器的作用，提高数据处理性能，数字信号处理器在处理数据时，为进一步提高其处理性能，提高处理速度，在进行数据交互时，可加载在随机存储器内进行数据处理。

实施例5：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本实用新型，能够使数字信号处理器在进行数据处理时，特别是在进行存储数据交互的过程中，能够更加快速的进行数据处理，起到高速缓冲存储器的作用或/和主存储器的作用，提高数据处理性能，特别设置成下述结构：所述随机存储器采用静态随机存储器或/和动态随机存储器。

静态存储器(SRAM)的特点是工作速度快，只要电源不撤除，写入SRAM的信息就不会消失，不需要刷新电路，同时在读出时不破坏原来存放的信息，一经写入可多次读出，但集成度较低，功耗较大，在本实用新型中作高速缓冲存储器(Cache)使用。DRAM是动态随机存储器(Dynamic Random Access Memory)，它是利用场效应管的栅极对其衬底间的分布电容来保存信息，以存储电荷的多少，即电容端电压的高低来表示“1”和“0”，在本实用新型中作为主存储器使用。

实施例6：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本实用新型，能够对数字信号处理器提供不同的时钟信号，使得数字信号处理器根据不同需要进行稳定高效的工作；能够为数字信号处理器提供诸如看门狗信号、上电复位、欠电压检测复位、手动复位信号，使得数字信号处理器不至于由于程序跑偏或出现程序死循环现象，如图1、图2、图3所示，特别设置有下述结构：还包括时钟电路及复位电路，所述时钟电路连接数字信号处理器，所述复位电路连接数字信号处理器。

数字信号处理器利用挂接在片内外设总线上的锁相环时钟模块(PLL)合成系统需要的各种时钟信号(CPU时钟、系统时钟、模拟时钟和看门狗时钟)。外部时钟信号经PLL倍频后合成系统时钟频率。外部时钟信号可由lO MHz晶振提供，通过系统控制和状态寄存器(SCSR1)设置4倍频因子后，DSP以最大时钟频率(40MHz)工作。通过检查DSP时钟输出引脚(CLK0UT)的频率，可以判断DSP芯片是否已开始正常工作。PLL模块使用外部滤波器回路来抑制信号抖动和电磁干扰。

实施例7：

进一步的，为更好的实现本实用新型，便于进行仿真调试，特别设置有下述结构：还包括JTAG仿真接口，所述JTAG仿真接口连接数字信号处理器，当需要进行仿真调试时，即可通过JTAG仿真接口距离连接做调试工作。

实施例8：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本实用新型，可快速有效、精细化的对采样电压或电流转换为数字信号，以备数字信号处理器对各种调理信号进行收集，特别采用下述设置方式：所述AD转换器采用AD976A。

AD976/AD976A，16位逐次逼近式ADC—AD976/AD976A与8位和12位的AD转换器相比，16位ADC在精度要求较高的场合更能符合设计要求。AD976/AD976A是美国模拟器件(Analog Device)公司推出的一款16位高精度、高速、低功耗ADC。采用逐次逼近式工作原理，单一+5V供电，单通道输入，输入电压范围+/-10V，采样速率为100KSPS,AD976A为200KSPS。

此芯片满幅为±4VREF(VREF＝2.5V)时,±10V范围输入，传输特性如下：

AD979A具有窄型28脚DIP，SSOP及SOIC三种封装形式，芯片各引脚功能简述如下(说明：R/C即为CS即为BUSY即为)。

VIN(1脚)：模拟输入。该引脚和模拟信号源之间连接一个200Ω的电阻，满量程输入范围为±10V。

AGND1(2脚)：模拟地。作为REF引脚的参考地。

REF(3脚)：基准输入/输出。该引脚为内部+2.5V基准的输出或从该引脚输入一个外部基准。两种情况下，均应在该引脚和REF引脚之间接入一个2.2uF的钽电容。

CAP(4脚)：基准缓冲器输出。该引脚和AGND2引脚之间接入一个2.2LF:的钽电容。

AGND2(5脚)：模拟地。

D15(MSB)(6脚)：数据位15。

D14～D8(7脚～13脚)：数据位14～18。

DGND(14脚)：数字地。

D7～D1(15脚～21脚)：数据位7～1。

D0(LSB)(22脚)：数据位0。

BYTE(:23脚)：字节选择。BYTE:为低时，数据按上面所述方式输出；6脚(D15)为MSB，22脚(D0)为LSB。BYTE为高时，高低8位数据交换输出；D15～D8在15脚～22脚输出，D7～D0在6脚～13脚输出。

R/C(24脚)：读/转换输入。当CS为低时,R/C的下降沿使芯片内部的采样/保持进入保持状态并开始一次转换；R/C的上升沿允许输出数据位。

CS(25脚)：片选输入。内部与R/C相或。R/C为低时，CS下降沿初始化一次转换。R/C为高时，CS下降沿允许输出数据位。CS为高时，输出数据位呈高阻状态。

BUSY(26脚)：忙输出。一次转换开始时，BUSY变低并维持到该次转换结束，数据锁入输出锁存器。CS为低、R/C为高时，BUSY变高，输出数据有效。

VANA(27脚)：模拟电源，一般为+5V。

VDIG(28脚)：数字电源，一般为+5V。

本实用新型采用数字信号处理技术对电力电子器件进行功能控制，并采用太阳能进行系统供电，有效降低不可再生资源的损耗，并且能够满足恶劣天气下依然正常工作，整个系统具有设计科学合理、安全稳定、实用性强等特点。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种采用太阳能供电的用于自动化控制的系统，其特征在于：包括数字信号处理器、AD转换器、信号调理电路、电源电路、译码电路、存储电路、E2PROM、PWM隔离电路，所述AD转换器连接数字信号处理器，所述信号调理电路连接AD转换器，所述数字信号处理器连接译码电路，所述译码电路连接AD转换器，所述数字信号处理器连接PWM隔离电路，所述PWM隔离电路连接电力电子器件，所述电源电路连接数字信号处理器，所述数字信号处理器连接存储电路；所述电源电路内设置有太阳能电池板、稳压电路、电源控制器和直流供电电路，所述太阳能电池板连接稳压电路，所述稳压电路连接电源控制器，所述电源控制器连接直流供电电路，所述直流供电电路连接数字信号处理器。

2.根据权利要求1所述的一种采用太阳能供电的用于自动化控制的系统，其特征在于：所述电源电路内还设置有蓄电池组，所述蓄电池组连接电源控制器。

3.根据权利要求1所述的一种采用太阳能供电的用于自动化控制的系统，其特征在于：还包括鼠键套及显示电路，所述鼠键套及显示电路皆连接数字信号处理器。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种采用太阳能供电的用于自动化控制的系统，其特征在于：所述存储电路包括FLASH存储器及随机存储器，所述FLASH存储器与随机存储器皆连接在数字信号处理器上。

5.根据权利要求4所述的一种采用太阳能供电的用于自动化控制的系统，其特征在于：所述随机存储器采用静态随机存储器或/和动态随机存储器。

6.根据权利要求1或2或3或5所述的一种采用太阳能供电的用于自动化控制的系统，其特征在于：还包括时钟电路及复位电路，所述时钟电路连接数字信号处理器，所述复位电路连接数字信号处理器。

7.根据权利要求1或2或3或5所述的一种采用太阳能供电的用于自动化控制的系统，其特征在于：还包括JTAG仿真接口，所述JTAG仿真接口连接数字信号处理器。

8.根据权利要求1或2或3或5所述的一种采用太阳能供电的用于自动化控制的系统，其特征在于：所述AD转换器采用AD976A。