專利名稱:一種太陽能光伏水泵控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種太陽能光伏水泵控制系統(tǒng)，包括太陽能光伏組件，其輸出端通過匯流箱分別向控制器和通用變頻器供電，通用變頻器與控制器之間雙向通訊，通用變頻器的輸出端與水泵的控制端相連，水泵的出水口通過水管與水源連通，控制器包括水位傳感器，水位傳感器安裝在水源內(nèi)。本實(shí)用新型通過對太陽能光伏組件電壓、電路、功率的AD采樣，經(jīng)過控制器實(shí)時(shí)計(jì)算出最大功率點(diǎn)所對應(yīng)的通用變頻器的運(yùn)行頻率，并通過485通信電路傳送給通用變頻器，使得通用變頻器可以應(yīng)用在太陽能光伏水泵系統(tǒng)中，降低了成本，增大了通用變頻器的使用范圍。
【專利說明】 一種太陽能光伏水泵控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及太陽能【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種太陽能光伏水泵控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]太陽能光伏水泵系統(tǒng)主要由太陽能光伏組件、光伏水泵專用逆變器、水泵及附件組成，傳統(tǒng)的通用變頻器無法在太陽能光伏水泵系統(tǒng)中使用，因?yàn)橥ㄓ米冾l器額定工作在220V，50HZ交流輸入，380V 50HZ交流輸出的系統(tǒng)中，而太陽能光伏水泵系統(tǒng)的輸入端為太陽能直流電，太陽能光伏組件因?yàn)楣庹諒?qiáng)度、溫度等因素的影響輸出電壓不斷變化，通用變頻器無法在這種輸入電壓大范圍變化的情況下穩(wěn)定工作，通用變頻器不知道在對應(yīng)的直流電壓下應(yīng)該工作在什么頻率是最優(yōu)的，如果輸入電壓降低但同時(shí)通用變頻器不降低頻率到合適的值，那么系統(tǒng)就會死機(jī)，反之，如果輸入電壓升高但同時(shí)通用變頻器不升高頻率到合適的值，那么就浪費(fèi)了一部分電能，沒有最大效率地轉(zhuǎn)換為交流電能輸出到水泵，即通用變頻器自身無法匹配輸入電壓和輸出頻率，所以通用變頻器無法單獨(dú)使用在太陽能光伏水泵系統(tǒng)中。
[0003]太陽能光伏水泵專用逆變器是最近新上市的專門應(yīng)用在太陽能光伏水泵系統(tǒng)中的逆變器，但是光伏水泵專用逆變器目前價(jià)格很貴，是通用變頻器的好幾倍，原因在于太陽能光伏水泵系統(tǒng)目前應(yīng)用還不是特別廣泛，光伏水泵專用逆變器每年的生產(chǎn)量還不大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到通用變頻器的生產(chǎn)量，所以價(jià)格上比通用變頻器貴好幾倍。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種使通用變頻器能夠應(yīng)用在太陽能光伏水泵系統(tǒng)中的太陽能光伏水栗控制系統(tǒng)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案:一種太陽能光伏水泵控制系統(tǒng)，包括太陽能光伏組件，其輸出端通過匯流箱分別向控制器和通用變頻器供電，通用變頻器與控制器之間雙向通訊，通用變頻器的輸出端與水泵的控制端相連，水泵的出水口通過水管與水源連通，控制器包括水位傳感器，水位傳感器安裝在水源內(nèi)。
[0006]所述控制器由用于采集太陽能光伏組件電壓信號的電壓AD采樣電路、用于采集太陽能光伏組件電流信號的電流AD采樣電路、功率AD采樣電路、基準(zhǔn)電壓電路、CPU最小系統(tǒng)、16位AD采樣電路、485通信電路、電源轉(zhuǎn)換電路和水位傳感器組成,太陽能光伏組件的輸出端通過匯流箱依次向電壓AD采樣電路、電流AD采樣電路和通用變頻器供電，通用變頻器向電源轉(zhuǎn)換電路供電，CPU最小系統(tǒng)通過485通信電路與通用變頻器雙向通訊。
[0007]所述電壓AD采樣電路的輸出端分別與功率AD采樣電路、16位AD采樣電路的輸入端相連，電流AD采樣電路的輸出端與功率AD采樣電路的輸入端相連，功率AD采樣電路的輸出端與16位AD米樣電路的輸入端相連，16位AD米樣電路的輸出端與CPU最小系統(tǒng)的輸入端相連，所述水位傳感器、電源轉(zhuǎn)換電路、基準(zhǔn)電壓電路的輸出端均與CPU最小系統(tǒng)的輸入端相連。
[0008]所述CPU最小系統(tǒng)采用ATMEGA128-8AU單片機(jī)，其1、3、5、6、9腳分別與程序仿真接口 JATGl的57、55、56、20、54腳相連;其4、5腳分別與發(fā)光二極管H1、H2的陰極相連，發(fā)光二極管H1、H2的陽極分別與通過電阻R19、R20接+5V直流電；其22、63腳接地，其21、52腳接+5V直流電；其63、64腳上跨接電容C10，其63腳還與電感L3的一端相連，電容ClO的另一端接地，電感L3的另一端接+5V直流電；其24,23腳分別與晶振N8的1、2腳相連，晶振N8的I腳與電容C19相連，晶振N8的2腳與電容C20相連。
[0009]所述電壓AD采樣電路包括接線端子XS1，接線端子XSl的2腳即太陽能光伏組件輸出電壓正極與電阻Rl的一端相連，電阻Rl的另一端分別接二極管Vl的陰極和光耦N2A的I腳；接線端子XSl的I腳即太陽能光伏組件輸出電壓負(fù)極與電阻R3的一端相連，電阻R3的另一端分別接二極管Vl的陽極和光耦N2A的2腳；光耦N2A的8腳、比較器N3A的8腳、跟隨器N2B的6腳均接+12V直流電，光耦N2A的7腳分別與電阻R4、比較器N3A的正相輸入端相連，電阻R4的另一端接地，比較器N3A的反相輸入端分別與電容C6和電阻R9的一端相連，電容C6的另一端接比較器N3A的輸出端，比較器N3A的輸出端與光耦N2B的3腳相連，光耦N2B的4腳分兩路輸出，一路通過電阻R8接地，另一路通過電阻R6接跟隨器N3B的正相輸入端，光耦N2B的5腳通過電阻R2接地，跟隨器N3B的反相輸出端與其輸入端相連，跟隨器N3B的輸出端通過電阻R7分別與功率AD采樣電路、16位AD采樣電路的輸入端相連。
[0010]所述電流AD采樣電路包括電流傳感器Tl，其I腳接+5V直流電，其2腳接地，其3腳通過分壓電阻RlO接運(yùn)放N5A的正相輸入端，運(yùn)放N5A的正相輸入端通過電阻R12接地，運(yùn)放N5A的反相輸入端與其輸出端相連,運(yùn)放N5A的輸出端分別與電阻R11、電容C14的一端相連，電容C14的另一端接地，電阻Rll的另一端與功率AD采樣電路的輸入端相連。
[0011]所述功率AD采樣電路包括可調(diào)電阻W1，其兩端分別接+12V直流電、地，其可調(diào)端分別與分壓電阻R21、R26相連，分壓電阻R21的另一端與乘法器NlO的I腳相連，分壓電阻R26的另一端接地，乘法器NlO的4、5、6腳接地，9腳接+12V直流電，7、8腳相連后接跟隨器N5B的正相輸入端，跟隨器N5B的反相輸入端與其輸出端相連，跟隨器N5B的輸出端與電阻R27的一端相連，電阻R27通過電阻R29接地。
[0012]由上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型通過對太陽能光伏組件電壓、電路、功率的AD采樣，經(jīng)過控制器實(shí)時(shí)計(jì)算出最大功率點(diǎn)所對應(yīng)的通用變頻器的運(yùn)行頻率，并通過485通信電路傳送給通用變頻器，使得通用變頻器可以應(yīng)用在太陽能光伏水泵系統(tǒng)中，降低了成本，增大了通用變頻器的使用范圍。

【附圖說明】

[0013]圖1、2均為本實(shí)用新型的系統(tǒng)框圖；
[0014]圖3、4、5、6分別為圖2中CPU最小系統(tǒng)、電壓AD采電路、電流AD采電路、功率AD采樣電路的電路原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]一種太陽能光伏水泵控制系統(tǒng)，包括太陽能光伏組件10，其輸出端通過匯流箱20分別向控制器40和通用變頻器30供電，通用變頻器30與控制器40之間雙向通訊，通用變頻器30的輸出端與水泵50的控制端相連，水泵50的出水口通過水管與水源連通，控制器40包括水位傳感器，水位傳感器安裝在水源內(nèi)，如圖1所示。
[0016]如圖2所示，所述控制器40由用于采集太陽能光伏組件電壓信號的電壓AD采樣電路42、用于采集太陽能光伏組件電流信號的電流AD采樣電路43、功率AD采樣電路44、基準(zhǔn)電壓電路、CPU最小系統(tǒng)41、16位AD采樣電路、485通信電路、電源轉(zhuǎn)換電路和水位傳感器組成，太陽能光伏組件10的輸出端通過匯流箱20依次向電壓AD采樣電路42、電流AD采樣電路43和通用變頻器30供電，通用變頻器30向電源轉(zhuǎn)換電路供電，CPU最小系統(tǒng)41通過485通信電路與通用變頻器30雙向通訊。所述電壓AD采樣電路42的輸出端分別與功率AD采樣電路44、16位AD采樣電路的輸入端相連，電流AD采樣電路43的輸出端與功率AD采樣電路44的輸入端相連，功率AD采樣電路44的輸出端與16位AD采樣電路的輸入端相連，16位AD米樣電路的輸出端與CPU最小系統(tǒng)41的輸入端相連,所述水位傳感器、電源轉(zhuǎn)換電路、基準(zhǔn)電壓電路的輸出端均與CPU最小系統(tǒng)41的輸入端相連。
[0017]如圖2所示，通用變頻器30都預(yù)留有24V電源接口，控制器40連接通用變頻器30的24V電源接口，通過24V-12V，24V-5 V的電源轉(zhuǎn)換電路將24V轉(zhuǎn)換為12V、5V供給控制器40使用，控制器40通過電壓AD采樣電路42、電流AD采樣電路43實(shí)時(shí)采樣光伏組件電壓、電流，并通過模擬乘法器電路實(shí)時(shí)采集光伏組件的功率，即光伏組件電壓乘以光伏組件電流，將電壓、電流、功率三個(gè)值通過法計(jì)算后，將通用變頻器30應(yīng)該運(yùn)行的頻率實(shí)時(shí)通過485通信電路傳遞給通用變頻器30，通用變頻器30的頻率運(yùn)行一直通過控制器40來控制，這樣通用變頻器30就能夠適應(yīng)太陽能電壓的不斷變化并且有最大功率跟蹤功能，從而可以應(yīng)用在太陽能光伏水泵50系統(tǒng)中。
[0018]如圖3所示，所述CPU最小系統(tǒng)41采用ATMEGA128-8AU單片機(jī)，其1、3、5、6、9腳分別與程序仿真接口 JATGl的57、55、56、20、54腳相連；其4、5腳分別與發(fā)光二極管H1、H2的陰極相連，發(fā)光二極管H1、H2的陽極分別與通過電阻R19、R20接+5V直流電；其22、63腳接地，其21、52腳接+5V直流電；其63、64腳上跨接電容C10，其63腳還與電感L3的一端相連，電容ClO的另一端接地，電感L3的另一端接+5V直流電；其24、23腳分別與晶振N8的1、2腳相連，晶振N8的I腳與電容C19相連，晶振N8的2腳與電容C20相連。Dl為ATMEGA128-8AU單片機(jī)，JATGl為程序仿真接口，用于燒寫仿真程序；N8為CPU外接晶振；電容C18、C19是晶振電容；電感L3和電容ClO為CPU濾波；電阻R17和電容C22組成復(fù)位電路；H1、H2為發(fā)光二極管，用于顯示控制器40狀態(tài)；電阻R19、R20用于限制發(fā)光二極管電流。
[0019]如圖4所示，所述電壓AD采樣電路包括接線端子XSl，接線端子XSl的2腳即太陽能光伏組件10輸出電壓正極與電阻Rl的一端相連，電阻Rl的另一端分別接二極管Vl的陰極和光耦N2A的I腳；接線端子XSl的I腳即太陽能光伏組件10輸出電壓負(fù)極與電阻R3的一端相連，電阻R3的另一端分別接二極管Vl的陽極和光耦N2A的2腳；光耦N2A的8腳、比較器N3A的8腳、跟隨器N2B的6腳均接+12V直流電，光耦N2A的7腳分別與電阻R4、比較器N3A的正相輸入端相連，電阻R4的另一端接地，比較器N3A的反相輸入端分別與電容C6和電阻R9的一端相連，電容C6的另一端接比較器N3A的輸出端，比較器N3A的輸出端與光耦N2B的3腳相連，光耦N2B的4腳分兩路輸出，一路通過電阻R8接地，另一路通過電阻R6接跟隨器N3B的正相輸入端，光耦N2B的5腳通過電阻R2接地，跟隨器N3B的反相輸出端與其輸入端相連，跟隨器N3B的輸出端通過電阻R7分別與功率AD采樣電路44、16位AD采樣電路的輸入端相連。電阻R1、R3為功率電阻，用于限流；V1為防反接二極管；N2A、N2B用于光電隔離；電阻R4、R8、R2、R9、R6為限流電阻；電阻R7、電容C7組成RC濾波電路；電容C6為濾波電容。
[0020]如圖5所示，所述電流AD采樣電路43包括電流傳感器Tl，其I腳接+5V直流電，其2腳接地，其3腳通過分壓電阻RlO接運(yùn)放N5A的正相輸入端，運(yùn)放N5A的正相輸入端通過電阻R12接地，運(yùn)放N5A的反相輸入端與其輸出端相連，運(yùn)放N5A的輸出端分別與電阻R11、電容C14的一端相連，電容C14的另一端接地，電阻Rll的另一端與功率AD采樣電路44的輸入端相連。
[0021]如圖6所示，所述功率AD采樣電路44包括可調(diào)電阻W1，其兩端分別接+12V直流電、地，其可調(diào)端分別與分壓電阻R21、R26相連，分壓電阻R21的另一端與乘法器NlO的I腳相連，分壓電阻R26的另一端接地，乘法器NlO的4、5、6腳接地，9腳接+12V直流電，7、8腳相連后接跟隨器N5B的正相輸入端，跟隨器N5B的反相輸入端與其輸出端相連，跟隨器N5B的輸出端與電阻R27的一端相連，電阻R27通過電阻R29接地。
[0022]綜上所述，控制器40實(shí)時(shí)采樣太陽能光伏組件10輸出電壓、電流和功率，并通過計(jì)算通用變頻器30應(yīng)該運(yùn)行在哪個(gè)頻率會使太陽能板輸出的太陽能得到最大的利用，即太陽能板輸出多少直流電能，通用變頻器30就將這部分能量最大效率轉(zhuǎn)化為三相交流輸出到水泵50，使得通用變頻器30可以應(yīng)用在太陽能光伏水泵系統(tǒng)中，降低了成本，增大了通用變頻器30的使用范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能光伏水泵控制系統(tǒng)，其特征在于:包括太陽能光伏組件(10)，其輸出端通過匯流箱(20)分別向控制器(40)和通用變頻器(30)供電，通用變頻器(30)與控制器(40)之間雙向通訊，通用變頻器(30)的輸出端與水泵(50)的控制端相連，水泵(50)的出水口通過水管與水源連通，控制器(40)包括水位傳感器，水位傳感器安裝在水源內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能光伏水泵控制系統(tǒng)，其特征在于:所述控制器(40 )由用于采集太陽能光伏組件電壓信號的電壓AD采樣電路(42 )、用于采集太陽能光伏組件電流信號的電流AD采樣電路(43 )、功率AD采樣電路(44)、基準(zhǔn)電壓電路、CPU最小系統(tǒng)(41)、16位AD采樣電路、485通信電路、電源轉(zhuǎn)換電路和水位傳感器組成，太陽能光伏組件(10 )的輸出端通過匯流箱(20 )依次向電壓AD采樣電路(42 )、電流AD采樣電路(43 )和通用變頻器(30)供電，通用變頻器(30)向電源轉(zhuǎn)換電路供電，CPU最小系統(tǒng)(41)通過485通信電路與通用變頻器(30)雙向通訊。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種太陽能光伏水泵控制系統(tǒng)，其特征在于:所述電壓AD采樣電路(42)的輸出端分別與功率AD采樣電路(44)、16位AD采樣電路的輸入端相連，電流AD采樣電路(43)的輸出端與功率AD采樣電路(44)的輸入端相連，功率AD采樣電路(44)的輸出端與16位AD采樣電路的輸入端相連，16位AD采樣電路的輸出端與CPU最小系統(tǒng)(41)的輸入端相連，所述水位傳感器、電源轉(zhuǎn)換電路、基準(zhǔn)電壓電路的輸出端均與CPU最小系統(tǒng)(41)的輸入端相連。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種太陽能光伏水泵控制系統(tǒng)，其特征在于:所述CPU最小系統(tǒng)(41)采用ATMEGA128-8AU單片機(jī)，其1、3、5、6、9腳分別與程序仿真接口 JATGl的57、55、56、20、54腳相連；其4、5腳分別與發(fā)光二極管H1、H2的陰極相連，發(fā)光二極管H1、H2的陽極分別與通過電阻R19、R20接+5V直流電；其22、63腳接地，其21、52腳接+5V直流電；其63、64腳上跨接電容C10，其63腳還與電感L3的一端相連，電容ClO的另一端接地，電感L3的另一端接+5V直流電；其24,23腳分別與晶振N8的1、2腳相連，晶振N8的I腳與電容C19相連，晶振N8的2腳與電容C20相連。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種太陽能光伏水泵控制系統(tǒng)，其特征在于:所述電壓AD采樣電路(42)包括接線端子XS1，接線端子XSl的2腳即太陽能光伏組件(10)輸出電壓正極與電阻Rl的一端相連，電阻Rl的另一端分別接二極管Vl的陰極和光耦N2A的I腳；接線端子XSl的I腳即太陽能光伏組件(10)輸出電壓負(fù)極與電阻R3的一端相連，電阻R3的另一端分別接二極管Vl的陽極和光耦N2A的2腳；光耦N2A的8腳、比較器N3A的8腳、跟隨器N2B的6腳均接+12V直流電，光耦N2A的7腳分別與電阻R4、比較器N3A的正相輸入端相連，電阻R4的另一端接地，比較器N3A的反相輸入端分別與電容C6和電阻R9的一端相連，電容C6的另一端接比較器N3A的輸出端，比較器N3A的輸出端與光耦N2B的3腳相連，光耦N2B的4腳分兩路輸出，一路通過電阻R8接地，另一路通過電阻R6接跟隨器N3B的正相輸入端，光耦N2B的5腳通過電阻R2接地，跟隨器N3B的反相輸出端與其輸入端相連，跟隨器N3B的輸出端通過電阻R7分別與功率AD采樣電路(44)、16位AD采樣電路的輸入端相連。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種太陽能光伏水泵控制系統(tǒng)，其特征在于:所述電流AD采樣電路(43)包括電流傳感器Tl，其I腳接+5V直流電，其2腳接地，其3腳通過分壓電阻RlO接運(yùn)放N5A的正相輸入端，運(yùn)放N5A的正相輸入端通過電阻R12接地，運(yùn)放N5A的反相輸入端與其輸出端相連，運(yùn)放N5A的輸出端分別與電阻R11、電容C14的一端相連，電容C14的另一端接地，電阻Rll的另一端與功率AD米樣電路(44)的輸入端相連。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種太陽能光伏水泵控制系統(tǒng)，其特征在于:所述功率AD采樣電路(44)包括可調(diào)電阻W1，其兩端分別接+12V直流電、地，其可調(diào)端分別與分壓電阻R21、R26相連，分壓電阻R21的另一端與乘法器NlO的I腳相連，分壓電阻R26的另一端接地，乘法器NlO的4、5、6腳接地，9腳接+12V直流電，7、8腳相連后接跟隨器N5B的正相輸入端，跟隨器N5B的反相輸入端與其輸出端相連，跟隨器N5B的輸出端與電阻R27的一端相連，電阻R27通過電阻R29接地。
【文檔編號】F04B49-06GK204272011SQ201420615873
【發(fā)明者】郭春禹, 何必榮, 林軍, 許亮 [申請人]安徽四創(chuàng)電子股份有限公司