CN209233486U - 光伏发电单片机控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光伏发电单片机控制系统，包括太阳能发电模块、储能模块和控制器，所述控制器包括监测模块、转换模块、驱动模块和单片机控制模块，所述单片机控制模块向所述监测模块对系统运行状态进行数据采集和控制，控制整个系统充放电回路的状态，组成光伏发电控制系统。建立了合理的模型，采用单片机芯片进行了主控制器设计，设计了以快速光耦合芯片为驱动的光耦式驱动电路，以便检测人员实时监测，发现故障可以及时处理消缺，确保了电网的供电可靠性，整个系统电路简洁，使用方便，易于维护。且该系统内的直流/交流电转换速度快，数据实时性极好，功耗低。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种发电控制技术领域，尤其涉及光伏发电单片机控制系统。
背景技术
世界能源危机和环境问题使得开发利用可再生能源和各种绿色能源以实现可持续发展成为人类必须采取的措施，而随着太阳能电池和电力电子技术的不断进步，太阳能光伏发电得到了长足的发展并已成为新能源利用的主流之一，当前，光伏发电不断向低成本、高效率和高功率密度方向发展，太阳能光伏利用的主要形式将是并网发电系统高性能的数字信号处理器芯片的出现，使得一些先进的控制策略应用于光伏并网的控以提高太阳能光伏发电系统的效率成为可能，一套基本的太阳能光伏发电系统一般是由太阳能电池板、太阳能控制器、逆变器和蓄电池（组）构成，光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，这种技术的关健元件是太阳能电池，太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置，光伏发电的优点是较少受地域限制，因为阳光普照大地；光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染。
太阳能交流发电系统是由太阳能电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池共同组成：太阳能逆变器直流发电系统则不包括逆变，逆变器是一种电源转换装置，逆变器按激励方式可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变。主要功能是将电池的直流电逆变成交流电，直流电通过全桥电路，一般采用SPM处理器经过调制、滤波、升压，得到与照明负载频率、额定电压等相匹配的正弦交流电供系统终端用户使用。有了逆变器，就可使用直流蓄电池为电器提供交流电，逆变器的首要功能是把输入的DC电压转换为一稳定的值。该功能通过升压转换器来实现，并需要升压开关和升压二极管。在第一种结构中，升压之后是一个隔离的全桥变换器。全桥变换器的作用是提供隔离。输出上的第二个全桥变换器是用来将第一级的全桥变换器的直流电（DC）变换成交流电（AC），其输出再经由额外的双触点继电器开关连接到交流电网网络之前被滤波，目的是在故障事件中提供安全隔离，在夜间将太阳能发电系统与供电电网隔离。第二种结构是非隔离方案。其中，AC交流电压由升压级输出的DC电压直接产生。第三种结构利用功率开关和功率二极管的创新型拓扑结构，把升压和AC交流产生部分的功能整合在一个专用拓扑中，尽管太阳能电池板的转换效率非常低，让逆变器的效率尽可能接近100％却非常重要。
实用新型内容
本实用新型的目的是在于克服上述现有技术的缺点，对于独立光快发电系统各部分进行了理论分析和研究，对独立光伏发电系统的工作原理、结构类型以及应用领域进行了详细的分析，根据系统技术指标要求，对于光伏电池、蓄电池以及Boot变换电路，进行了设计计算与器件选用。
为实现上述目的，该光伏发电单片机控制系统包括太阳能发电模块、储能模块和控制器，所述控制器包括监测模块、转换模块、驱动模块和单片机控制模块，所述单片机控制模块向所述监测模块对系统运行状态进行数据采集和控制，控制整个系统充放电回路的状态，保证供电系统能在长期无人值守的情况下可地运行，组成光伏发电控制系统，太阳能发电模块包括光伏电池阵列，所述监测模块对光伏电池阵列进行实时检测，太阳能发电模块连接所述储能模块向储能模块内进行充电；储能模块包括直流蓄电池，所述直流蓄电池用于在有日光的情况下将所述光伏电池阵列产生的直流电存储，并在负载启动时，为其供电，所述直流蓄电池在无直流电输入时，负载启动时不供电，并且由市电对直流蓄电池充电，达到一定数值保证其待机工作；所述监测模块包括光伏电池电压/电流采样模块、直流蓄电池电压/电流采样模块和光伏电池温度采集模块，所述光伏电池电压采样模块包括电压传感器，所述电压传感器为T－25P／50型，其测量范围为-75至+75W，输出电压为－5W至+5W；所述光伏电池电流采样模块包括电流传感器，所述电流传感器为DT－10P型电流传感器；所述转换模块由单片机控制模块控制，包括逆变器和配电箱，所述逆变器实现将所述直流蓄电池输出的直流逆变为标准正弦波或准正弦波交流供电输出；所述驱动模块为输出驱动模块，所述输出驱动模块包括充电控制电路和放电控制电路。
所述电压传感器并联选接，通过与模块原边电路的电阻R得到与测量电压成比例的电流，使输入电阻R的数值同额定电压以及原边电流对应，所述传感器包括两个原边端子，两个原边段子包括被测电压输入端正极和被测电压输入端负极，副边端子包括M端，所述M端为信号输出端，保证了霍尔元件工作在最佳精度的范围内。
所述电流传感器有正极接线端、负极接线端和M端，所述M端也是信号输出端。
所述逆变器为WDH－300H型号的逆变器，所述逆变器的输入电压为30V，所述逆变器的输出电压为110V和/或220V，所述逆变器的输出频率为50HZ，所述逆变器的低压警报（空载）数值为10.2 V，所述逆变器的高压警报数值（空载）为15.5V，所述逆变器的无负载损耗小于4.5N，所述逆变器的转换效率大于97％，持续输出功率为150W到300W，最大瞬间功率为300W和/或600W, 该逆变器转换速度快，功耗低，转换效率高。
所述驱动模块中包括三极管和继电器，所述继电器的型号为T7NS5D1－48。
综上所述，本实用新型建立了合理的模型，采用单片机芯片进行了主控制器设计，设计了以快速光耦合芯片为驱动的光耦式驱动电路，以便检测人员实时监测，发现故障可以及时处理消缺，确保了电网的供电可靠性，整个系统电路简洁，使用方便，易于维护,且该系统内的直流/交流电转换速度快，数据实时性极好，功耗低。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：
图1是本实用新型实施例的控制器结构框图；
图2是本实用新型实施例的电压采样模块电路图；
图3是本实用新型实施例的电流采样模块电路图；
图4是本实用新型实施例的驱动模块电路图。
具体实施方式
参照附图，该光伏发电单片机控制系统包括太阳能发电模块、储能模块和控制器，所述控制器包括监测模块、转换模块、驱动模块和单片机控制模块，所述单片机控制模块向所述监测模块对系统运行状态进行数据采集和控制，控制整个系统充放电回路的状态，保证供电系统能在长期无人值守的情况下可地运行，组成光伏发电控制系统。
太阳能发电模块包括光伏电池阵列，所述监测模块对光伏电池阵列进行实时检测，太阳能发电模块连接所述储能模块向储能模块内进行充电；储能模块包括直流蓄电池，所述直流蓄电池用于在有日光的情况下将所述光伏电池阵列产生的直流电存储，并在负载启动时，为其供电，所述直流蓄电池在无直流电输入时，负载启动时不供电，并且由市电对直流蓄电池充电，达到一定数值保证其待机工作。
所述监测模块包括光伏电池电压/电流采样模块、直流蓄电池电压/电流采样模块和光伏电池温度采集模块，所述光伏电池电压采样模块包括电压传感器，所述电压传感器为T－25P／50型，其测量范围为-75至+75W，输出电压为－5W至+5W，所述电压传感器并联选接，通过与模块的原边电路的电阻R得到与测量电压成比例的电流，为了保证霍尔元件工作在最佳精度的范围内，应尽量使输入电阻R的数值同额定电压以及原边电流对应。所述传感器包括两个原边端子，两个原边段子包括被测电压输入端正极和被测电压输入端负极，副边端子包括M端，所述M端为信号输出端。
所述光伏电池电流采样模块包括电流传感器，所述电流传感器为DT－10P型电流传感器，所述电流传感器有正极接线端、负极接线端和M端，所述M端也是信号输出端。
所述转换模块由单片机控制模块控制，包括逆变器和配电箱，所述逆变器实现将所述直流蓄电池输出的直流逆变为标准正弦波或准正弦波交流供电输出，所述逆变器为WDH－300H型号的逆变器，所述逆变器的输入电压为30V，所述逆变器的输出电压为110V和/或220V，所述逆变器的输出频率为50HZ，所述逆变器的低压警报（空载）数值为10.2 V，所述逆变器的高压警报数值（空载）为15.5V，所述逆变器的无负载损耗小于4.5N，所述逆变器的转换效率大于97％，持续输出功率为150W到300W，最大瞬间功率为300W和/或600W。
所述驱动模块为输出驱动模块，所述输出驱动模块包括充电控制电路和放电控制电路，所述驱动模块中包括三极管和继电器，所述继电器的型号为T7NS5D1－48，当单片机发出电信号之后，使三极管Q9导通，继电器T7NS5D1－48线圈通电，使得光伏电池阵列对直流蓄电池充电，蓄电池对负载供电。
综上所述，本实用新型光伏电池阵列将太阳能转换成直流电，存入直流蓄电池中，在负载需要用电时，经过逆变器转换成交流电，再通过逆变器器转换成符合要求的交流电，直接接入公共电网，光伏发电系统中的直流负载可以直接通过DC／DC变压器器变换为合近电压的直流电工作，对处在用电不便的边远地区的电力设备正常运行提供了更多的保障。
综上，本实用新型不限于上述具体实施方式。本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，可做若干的更改和修饰。本实用新型的保护范围应以本实用新型的权利要求为准。
Claims (5)
1.一种光伏发电单片机控制系统，其特征在于：包括太阳能发电模块、储能模块和控制器，所述控制器包括监测模块、转换模块、驱动模块和单片机控制模块，所述单片机控制模块向所述监测模块对系统运行状态进行数据采集和控制，控制整个系统充放电回路的状态，组成光伏发电控制系统；
太阳能发电模块包括光伏电池阵列，所述监测模块对光伏电池阵列进行实时检测，太阳能发电模块连接所述储能模块向储能模块内进行充电；
储能模块包括直流蓄电池，所述直流蓄电池用于在有日光的情况下将所述光伏电池阵列产生的直流电存储，并在负载启动时，为其供电，所述直流蓄电池在无直流电输入时，负载启动时不供电，并且由市电对直流蓄电池充电，达到一定数值保证其待机工作；
所述监测模块包括光伏电池电压/电流采样模块、直流蓄电池电压/电流采样模块和光伏电池温度采集模块，所述光伏电池电压采样模块包括电压传感器，所述电压传感器为T－25P／50型，其测量范围为-75 W至+75W，输出电压为－5W至+5W,所述光伏电池电流采样模块包括电流传感器，所述电流传感器为DT－10P型电流传感器；
所述转换模块由单片机控制模块控制，包括逆变器和配电箱，所述逆变器实现将所述直流蓄电池输出的直流逆变为标准正弦波或准正弦波交流供电输出；
所述驱动模块为输出驱动模块，所述输出驱动模块包括充电控制电路和放电控制电路。
2.如权利要求1所述的光伏发电单片机控制系统，其特征是：所述电压传感器并联选接，通过与模块原边电路的电阻R得到与测量电压成比例的电流，为了保证霍尔元件工作在最佳精度的范围内，应尽量使输入电阻R的数值同额定电压以及原边电流对应，所述传感器包括两个原边端子，两个原边段子包括被测电压输入端正极和被测电压输入端负极，副边端子包括M端，所述M端为信号输出端。
3.如权利要求1所述的光伏发电单片机控制系统，其特征是：所述电流传感器有正极接线端、负极接线端和M端，所述M端也是信号输出端。
4.如权利要求1所述的光伏发电单片机控制系统，其特征是：所述逆变器为WDH－300H型号的逆变器，所述逆变器的输入电压为30V，所述逆变器的输出电压为110V和/或220V，所述逆变器的输出频率为50HZ，所述逆变器空载的低压警报数值为10.2V，所述逆变器空载的高压警报数值为15.5V，所述逆变器的无负载损耗小于4.5N，所述逆变器的转换效率大于97％，持续输出功率为150W到300W，最大瞬间功率为300W和/或600W。
5.如权利要求1所述的光伏发电单片机控制系统，其特征是：所述驱动模块中包括三极管和继电器，所述继电器的型号为T7NS5D1－48。
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