CN204928230U - 二义性专用电源控制器 - Google Patents

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娄林涛
于斌
邰礼兴
包伟香
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Abstract

本实用新型公开了二义性专用电源控制器，包括微处理器，微处理器包括通讯子单元、人机交互子单元、三相BUCK控制器、市电管理单元及蓄电池管理单元，通讯子单元与串口通讯单元相联，人机交互子单元与人机交互系统相联，三相BUCK控制器通过三相交错并联BUCK变换器与光伏极板相联，市电管理单元与市电旁路、同步切换单元相联，同步切换单元与交流输出单元相联；三相交错并联BUCK变换器与直流母线相联，直流母线通过DC/AC逆变模块与同步切换单元相联；蓄电池管理单元与蓄电池组相联，市电电网通过市电充电模块与蓄电池组相联，蓄电池组与直流母线相联，直流母线与直流输出单元相联。

Description

二义性专用电源控制器
技术领域
本实用新型属于电源控制装置技术领域，尤其涉及一种运用于太阳能光伏发电技术中的并网光伏技术(如：并网逆变器，专用控制、监测系统)的电源控制器，其适用于可再生清洁能源领域。
背景技术
目前在电力设备户外应用如交通通信系统、无线系统、视频监控系统等领域，特别是户外无人值守环境下，需要不间断供电，而此类户外场所一般环境比较恶劣、供电设备(应急电源或UPS)架设困难，但对于用电品质要求较高。电源是此类电力设备的关键部件之一，但现有技术中，电源的控制较为简便，不能满足现代电力发展的需求。
实用新型内容
为解决现有技术存在的上述问题，本实用新型公开了一种二义性专用电源控制器。
本实用新型采取如下技术方案：二义性专用电源控制器，包括微处理器，微处理器包括通讯子单元、人机交互子单元、三相BUCK控制器、市电管理单元及蓄电池管理单元，通讯子单元与串口通讯单元相联，人机交互子单元与人机交互系统相联，三相BUCK控制器通过三相交错并联BUCK变换器与光伏极板相联，市电管理单元与市电旁路、同步切换单元相联，同步切换单元与交流输出单元相联；三相交错并联BUCK变换器与直流母线相联，直流母线通过DC/AC逆变模块与同步切换单元相联；蓄电池管理单元与蓄电池组相联，市电电网通过市电充电模块与蓄电池组相联，蓄电池组与直流母线相联，直流母线与直流输出单元相联。
优选的，串口通讯单元将二义性专用电源控制器运行实时状态信息及时上传至上位机。
优选的，微处理器联接一温度传感器，所述温度采样模块对电源机箱温度进行实时采样。
优选的，微处理器联接一风扇散热模块，所述风扇散热模块根据电源机箱温度变化进行散热处理。
优选的，人机交互系统包括时钟模块、RJ45模块、flash模块，时钟模块、RJ45模块、flash模块都与所述的微处理器相联；所述时钟模块提供时间管理单元；所述RJ45模块将电源运行的实时状态信息通过网口上传至上级网络；所述flash存储模块保存二义性专用电源控制器的控制参数和运行出错信息。
优选的，人机交互系统包括显示及按钮单元，显示及按钮单元包括液晶显示屏、发光二极管及操作按钮，所述液晶显示屏、发光二极管及操作按钮分别与微处理器联接，液晶显示屏用于显示二义性专用电源控制器的状态信息和控制信息，发光二极管用于指示设备运行故障或正常，操作按钮提供操作人员与设备的访问接口。
优选的，市电充电模块对市电进行AC/DC降压后对蓄电池进行充电，输入端接市电，输出端接蓄电池。
优选的，DC/AC逆变模块作为市电不稳或市电未输入时保证交流输出的模块，输入端接直流24V，通过内部控制升压转换，输出为220V交流。
优选的，直流输出单元在蓄电池电量充足时向后端负载提供24V直流输出。
优选的，交流输出单元是所述电源控制器向负载提供的220V交流输出，市电电压正常时旁路输出，市电断电或异常时自动切换至逆变输出。
本实用新型的微处理器处于中心控制位置，首先，电源控制器单元控制光伏调制模块对太阳能极板电压进行DC/DC降压变换在对蓄电池组进行充电，同时电源控制器单元具备完善的电池管理功能确保电池组工作在正常电压范围。其次，当太阳能极板输入功率不足时，电源控制器单元自动启动市电功率补偿，向后端负载提供充足的输出功率。再次，在市电断电或异常时，电源控制器单元自动切换至逆变输出状态，向负载提供稳定的220V正弦交流输出。同时，利用串口通讯单元上传系统运行状况。显示、指示和操作按钮单元以数字、文字方式显示系统工作状态，并可进行控制参数设置。
本实用新型二义性专用电源控制器具有如下优点：
(1)当光照良好太阳能极板功率充足时，由极板向蓄电池组充电进而向负载输出功率；当极板输出功率不足时，可启动市电自动补偿功能，进而向负载提供充足的功率。
(2)当市电输入状况良好时，由市电旁路向负载提供220V交流输出；当市电断电或异常时，220V交流输出同步切换至逆变电路供电状态，保证后端交流负载设备正常工作。
(3)微控制器实时监测电源运行状况，且同步上传运行状态数据至上级管理单元，方便运营者管理和维护。
附图说明
图1是本实用新型的原理框图。
图2是本实用新型一种优选实施例的结构框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本实用新型进行进一步说明，但并不将本实用新型局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本实用新型涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
参见图1、2，本实施例二义性专用电源控制器包括微处理器即MCU控制系统，微处理器上联接有串口通讯单元、RJ45模块、时钟模块、flash存储模块、液晶显示模块及按键与LED故障指示灯、光伏充电模块、市电补偿充电模块、逆变电路模块、DC24V输出模块、AC220V输出模块、市电供电的AC/DC供电模块、温度传感器模块、散热风扇模块等，微处理器主要完成光伏极板的调制充电、市电和太阳能自动功率互补、蓄电池充/放电管理、市电状态的检测、交/直流输出控制等功能。
光伏极板充电模块主要由光伏极板单元10、极板电压/电流检测电路1、三相交错并联Buck主电路2、Buck驱动电路3等，光伏极板单元10、极板电压/电流检测电路1、三相交错并联Buck主电路2、Buck驱动电路3依次相联，Buck驱动电路3与微处理器内的Buck电路控制器相联。光伏充电模块对光伏极板直流电压进行PWM调制后对蓄电池组充电。光伏极板单元由多节光伏极板并联组成，最大输出功率800W。极板电压通过电阻分压法检测，由于单片机管脚输入电压范围为0～3.3V，因此，通过电阻分压器将极板电压降至管脚电压输入范围内，后送至单片机ADCIN管脚进行采样，得到极板电压值。极板电流采用ACS758电流传感器检测，该霍尔传感器输入电流与输出电压成线性变化，当极板电流流经传感器时会产生一定的电压，将该电压送至单片机ADCIN管脚，可得到极板电流。三相交错并联Buck主电路由3路并联的Buck电路构成，采用75N75作为主功率开关管，开关频率f＝65kHz，驱动电压u＝15V；采用MBR20100作为续流二极管，为减少热损耗，将3路开关功率管并联，3路续流二极管并联，每路分担总损耗功率的1/3，该结构可有效降低开关功率损耗，并降低MOS开关管的热耗散。Buck驱动电路采用驱动器TC4427放大驱动能力，单片机输出的PWM信号经驱动器放大后达到15V的驱动电压，并经过隔离驱动电压器，使变压器副边具有足够的能力驱动Buck电路。光伏极板充电模块通过微控制器3路交错PWM调制给蓄电池充电。
市电补偿充电单元通过现有的市电补偿充电单元4将电流汇流至直流母线，直流母线接入蓄电池单元，蓄电池单元与微处理器内的蓄电池管理子单元8相联，蓄电池管理子单元8与Buck电路控制器相联。蓄电池管理子单元8主要完成蓄电池电量的检测，蓄电池电压和充/放电电流的检测。蓄电池电量采用按时积分法检测电池当前的电量，蓄电池电压/电流的检测同上。根据蓄电池电量、电压和电流采用三段式方案对蓄电池进行充电，三阶段包括直冲、恒压充和浮充。当极板功率充足时该模块不工作，仅由光伏极板充电回路向负载提供功率；当极板功率不足时启动市电补偿充电单元，由2路充电回路同时对负载提供功率输出。市电补偿充电模块根据自动功率平衡，在光伏极板功率不足时引入市电补偿充电，为后端负载提供足够的功率。
AC220V输出模块单元由市电电压检测单元5、交流输出同步切换单元6、逆变输出单元7等组成，市电输入通过市电电压检测单元5、交流输出同步切换单元6与逆变输出单元7相联，交流输出同步切换单元6交流输出，逆变输出单元7与直流线线相联。AC220V输出模块是电源控制器向负载提供的220V交流输出，市电电压正常时旁路输出，市电断电或异常时自动切换至逆变输出，保证负载的稳定运行。市电电压检测单元采用DL-PT202D电压互感器来检测，该电流型互感器将初级高压变换至次级低压，并在次级端抬高一定电压值(使正弦信号都为正)，然后输入至单片机ADCIN管脚进行采样，可以得到市电电压瞬时值。逆变单元采用现有的逆变器模块提供交流输出，同上会对逆变输出的电压进行实时测量。交流输出同步切换单元采用双路继电器进行同步切换控制，当市电电压稳定时采用市电旁路输出(继电器常闭状态)；当市电断电时同步切换至逆变单元输出(继电器常开)，向负载提供稳定的交流输出。AC220V模块在市电和电源正常情况下，向后端负载提供220V的交流输出信号。AC/DC供电模块是当蓄电池未接入时，可以保证微控制器电路的正常工作，同时保持与上级管理系统正常通信，便于在异常状态下实时监控电源供电状态。
DC24V输出单元由直流负载电压/电流检测电路9、负载输出控制单元即蓄电池单元等组成，直流负载电压/电流检测电路9与蓄电池单元相联，直流负载电压/电流检测电路9直流输出。负载电压检测同上，电流采用采样电阻来检测。当负载电流流经采样电阻时会产生一定电压，将该电压经过运算放大器放大后送至单片机ADCIN管脚进行采样，可得到负载电流值。负载输出控制单元由MCU控制器控制，在电池状态良好时提供DC24V输出。DC24V输出模块在电源控制器运行正常情况下,向负载提供稳定的24V输出。市电补偿充电模块对市电进行AC/DC降压后对蓄电池进行充电。输入端接市电，输出端接蓄电池。通过内部模块控制给蓄电池充电。市电AC/DC供电模块，是在蓄电池未接入的情况下，保证系统仍能够正常运行。逆变电路模块是DC/AC的转换，将作为市电不稳或市电未输入时的保证交流输出的模块，模块输入端接直流24V，通过内部控制器升压转换，输出为220V交流。逆变电路模块将电池电压经DC-AC转换，在市电断电或市电不稳情况下为交流负载提供稳定的正弦波交流输出。DC24V输出模块是与蓄电池组连接，在蓄电池电量充足时向后端负载提供24V直流输出。
通信子单元11即串口通讯单元由RS485和RS232串口通信单元等组成，主要将二义性专用电源控制器运行的实时工作状态信息通过RS485和RS232通信单元及时上传至上级管理系统，可使远程工作人员实现对现场工作设备运行状态的实时监控和管理。串口通讯单元将数据通过485和232转换模块上传至上位机，其分别于电源模块和微处理器相连接。
人机交互子单元12由操作按键、LCD液晶屏、指示灯等组成，实现对设备工作状态的查看、指示和控制。
显示及按钮单元包括液晶显示屏、发光二极管和操作按钮，液晶显示屏、发光二极管和操作按钮分别与微处理器连接。显示及按键单元用于显示二义性专用电源控制器的状态信息和控制信息，按键单元提供操作人员与设备的访问接口；LED用于指示设备运行故障或正常。
RJ45模块将电源运行的实时状态信息通过网口上传至上级网络。RJ45模块分别与电源模块和微处理器相连接。
时钟模块为设备提供时间管理单元，并可通过上级管理单元校时。时钟模块分别与电源模块和微处理器相连接。
flash存储模块保存二义性专用电源控制器的控制参数和运行出错信息。flash模块分别于电源模块和微处理器相连接。
温度采样模块是对机箱温度进行实时采样。
风扇散热模块是根据机箱温度变化适时对设备进行散热处理。
温度采样模块和风扇运行模块使用高精度温度传感器实时采集机箱温度，在设备过热时及时通过风扇进行散热。

Claims (10)

1.二义性专用电源控制器，其特征是：包括微处理器，微处理器包括通讯子单元、人机交互子单元、三相BUCK控制器、市电管理单元及蓄电池管理单元，通讯子单元与串口通讯单元相联，人机交互子单元与人机交互系统相联，三相BUCK控制器通过三相交错并联BUCK变换器与光伏极板相联，市电管理单元与市电旁路、同步切换单元相联，同步切换单元与交流输出单元相联；三相交错并联BUCK变换器与直流母线相联，直流母线通过DC/AC逆变模块与同步切换单元相联；蓄电池管理单元与蓄电池组相联，市电电网通过市电充电模块与蓄电池组相联，蓄电池组与直流母线相联，直流母线与直流输出单元相联。
2.根据权利要求1所述的二义性专用电源控制器，其特征是：所述串口通讯单元将二义性专用电源控制器运行实时状态信息及时上传至上位机。
3.根据权利要求1所述的二义性专用电源控制器，其特征是：所述微处理器联接一温度传感器，所述温度采样模块对电源机箱温度进行实时采样。
4.根据权利要求1或3所述的二义性专用电源控制器，其特征是：所述微处理器联接一风扇散热模块，所述风扇散热模块根据电源机箱温度变化进行散热处理。
5.根据权利要求1所述的二义性专用电源控制器，其特征是：所述的人机交互系统包括时钟模块、RJ45模块、flash模块，时钟模块、RJ45模块、flash模块都与所述的微处理器相联；所述时钟模块提供时间管理单元；所述RJ45模块将电源运行的实时状态信息通过网口上传至上级网络；所述flash存储模块保存二义性专用电源控制器的控制参数和运行出错信息。
6.根据权利要求1或3或5所述的二义性专用电源控制器，其特征是：所述的人机交互系统包括显示及按钮单元，显示及按钮单元包括液晶显示屏、发光二极管及操作按钮，所述液晶显示屏、发光二极管及操作按钮分别与微处理器联接，液晶显示屏用于显示二义性专用电源控制器的状态信息和控制信息，发光二极管用于指示设备运行故障或正常，操作按钮提供操作人员与设备的访问接口。
7.根据权利要求1所述的二义性专用电源控制器，其特征是：所述市电充电模块对市电进行AC/DC降压后对蓄电池进行充电，输入端接市电，输出端接蓄电池。
8.根据权利要求1或7所述的二义性专用电源控制器，其特征是：所述DC/AC逆变模块作为市电不稳或市电未输入时保证交流输出的模块，输入端接直流24V，通过内部控制升压转换，输出为220V交流。
9.根据权利要求1所述的二义性专用电源控制器，其特征是：所述直流输出单元在蓄电池电量充足时向后端负载提供24V直流输出。
10.根据权利要求1或7或9所述的二义性专用电源控制器，其特征是：所述交流输出单元是所述电源控制器向负载提供的220V交流输出，市电电压正常时旁路输出，市电断电或异常时自动切换至逆变输出。
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