專利名稱：基于功率控制的太陽能和ct混合蓄能供電裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種復合能源的供電裝置，更特別地說，是指一種基于功率控制的太陽能和CT混合蓄能供電裝置。該供電裝置能夠為戶外IOkV柱上開關智能控制器進行供電。
背景技術：
隨著社會經濟和科學技術的迅速發展，電力系統的規模在不斷擴大，各個行業對供電質量和供電可靠性的要求越來越高。配電網是面對最終用戶的關鍵環節，IOkV饋電線的安全供電十分重要，針對IOkV柱上開關和箱式變電站的智能終端設備的投入使用，使得配電網的可靠性大大提高。目前終端設備多采用電壓互感器取電方式，不利于減輕重量和體積，而且存在鐵磁諧振的隱患。為了保障智能終端設備的不間斷供電，設計應用于戶外IOkV柱上開關的獨立電源尤為重要。
目前常用的供電方式有電容分壓取電、電流互感器感應取電、太陽能電池以及激光供電等。電容分壓式供電要求嚴格的過電壓保護與電磁兼容設計，且輸出功率有限；激光取電必須采取措施進行溫度控制，且成本高，不利于IOkV配電網廣泛使用；太陽能是利用最靈活，最可行的一種可再生能源，由于光伏電池輸出具有非線性特點，能量轉換效率較低而且容易受陰雨天氣影響，在光強較弱的地區不能滿足終端設備的正常耗電；對于線路電流取電方式，在母線電流不足的情況下，提供的功率非常有限，功率消耗較大的模塊的實現即受到影響，而線路過流時必須解決變壓器飽和發熱問題。在專利申請號201120147436. 5，實用新型名稱為“光磁互補型輸配電線路在線監測系統通用獨立供電裝置”，該專利申請公開了利用太陽能電池與取電型電流互感器組成的在線監測系統通用的獨立供電裝置，但輸出功率小(1W)，不足以支持智能裝置的多種功能，而且缺少最大功率控制，太陽能和電流互感器均有不同程度的能量損失，不利于減小裝置的重量和體積。
發明內容
本發明的目的是提供一種基于功率控制的太陽能和CT混合蓄能供電裝置，該裝置充分利用太陽能與母線電流能量，通過充電控制策略，使得太陽能和電流互感器均能實現能量的最高效傳輸，防止出現過充過放，利于遠方監控中心進行實時監測，延長電池使用壽命，實現在較大的環境變化以及母線電流范圍內能提供24V額定電壓，5W以上額定功率，滿足戶外IOkV柱上開關智能控制器的供電要求。本發明的一種基于功率控制的太陽能和CT混合蓄能供電裝置，該裝置包括有充電控制器(10)、整流穩壓電路(20)、升壓充電電路(30)、太陽能光伏電池組件(40)、鉛酸免維護蓄電池(50)和電流互感器(60)；太陽能光伏電池組件(40)為充電控制器(10)和升壓充電電路(30)提供光能轉電
倉泛U太陽能；電流互感器(60)輸出的三相電流Isbs為升壓充電電路(30)供電；所述三相電流I Sis包括有A相電流Ial，B相電流Ibl和C相電流Icl ；電流互感器(60)—方面將采集到的IOkV母線電流進行降流后輸出三相電流Ias#，另一方面將所述三相電流ISis輸出給整流穩壓電路(20)；升壓充電電路(30)依據充電控制器(10)輸出的脈沖控制信號PWM啟動光能轉電能UMg是否向鉛酸免維護蓄電池(50)充電； 整流穩壓電路(20)依據充電控制器(10)輸出的電流控制信號Iich3ci啟動三相電流
ISis是否向鉛酸免維護蓄電池(50)充電；鉛酸免維護蓄電池(50)輸出蓄電池充電電壓信號Ubattery和蓄電池充電電流信號
Ibattery
給充電控制器(10)；充電控制器(10)依據充電控制策略對鉛酸免維護蓄電池(50)進行充電控制。在本發明中，充電控制器(10)以單片機ATMEGA16L為核心，采集太陽能光伏電池組件(40)輸出的太陽能輸出電壓Usolar和太陽能輸出電流Istjlal 、鉛酸免維護蓄電池(50)輸出蓄電池充電電壓信號Ubattwy和蓄電池充電電流信號Ibattwy，通過高速光耦6N137向升壓充電電路(30)輸出脈沖控制信號PWM，通過光耦TP521向整流穩壓模塊輸出電流控制信號I1CH2O;指示燈報警電路對蓄電池過放欠壓信號進行聲光報警。本發明基于功率控制的太陽能和CT混合蓄能供電裝置的優點在于①本發明混合蓄能供電裝置采用太陽能和電流互感器CT敏感母線電流作為能量輸入，然后通過充電控制器的控制方式為柱上開關控制器提供電能，這種混合儲能方式保證了柱上開關的正常工作；同時為柱上開關控制器提供不間斷的獨立電源。②本發明對充電進行不同能量的控制方式，充分考慮了環境變化以及母線電流變化對鉛酸免維護蓄電池影響。防止鉛酸免維護蓄電池的過充或欠壓。③本發明采用單片機的編程形式對太陽能變步長最大功率進行跟蹤，實現太陽能最大能量的利用。④整流穩壓電路對電流互感器敏感到的柱上開關母線電流進行先整流后穩壓的處理，保證電流互感器的工作點在磁化曲線的接近膝點附近，然后輸出能量給鉛酸免維護蓄電池。此種方式的儲能實現了對柱上開關母線能量的回收利用。⑤本發明混合蓄能供電裝置取代了傳統的電壓互感器取電方式，改為一方面用電流互感器取電，另一方面用太陽能取電。避免了電壓互感器的鐵磁諧振隱患，同時減輕了柱上開關的重量，縮小了柱上開關的體積。
圖I是本發明基于功率控制的太陽能和CT混合蓄能供電裝置的結構框圖。圖2是本發明升壓充電電路的電路原理圖。圖3是本發明電流互感器的三相電流輸出示意圖。圖4是本發明整流穩壓電路的電路原理圖。圖5是本發明充電控制器的結構框圖。
具體實施例方式下面將結合附圖對本發明做進一步的詳細說明。
參見圖I、圖5所示，本發明是一種基于功率控制的太陽能和CT混合蓄能供電裝置，該裝置包括有充電控制器10、整流穩壓電路20、升壓充電電路30、太陽能光伏電池組件40、鉛酸免維護蓄電池50和電流互感器60 ；所述電流互感器60是一種具有三相主回路電流的互感器；太陽能光伏電池組件40為充電控制器10和升壓充電電路30提供光能轉電能U太
陽能；電流互感器60 —方面將采集到的IOkV母線電流進行降流后輸出三相電流I另一方面將所述三相電流I Sis輸出給整流穩壓電路20 ；升壓充電電路30依據充電控制器10輸出的脈沖控制信號PWM啟動光能轉電能U 能是否向鉛酸免維護蓄電池50充電；整流穩壓電路20依據充電控制器10輸出的電流控制信號Iich3q啟動三相電流I互is是否向鉛酸免維護蓄電池50充電；鉛酸免維護蓄電池50輸出蓄電池充電電壓信號Ubattery和蓄電池充電電流信號
Ibattery
給充電控制器10;充電控制器10依據充電控制策略對鉛酸免維護蓄電池50進行充電控制。在本發明中，對鉛酸免維護蓄電池50的充電采用了太陽能和感應電能，當遇長時間陰雨天氣造成的太陽能充電的不足時，采用感應電能充電，有效保證了戶外IOKV柱上開關控制器的正常工作。(一)太陽能光伏電池組件40太陽能光伏電池組件40輸出的光能轉電能能夠為充電控制器10和升壓充電電路30供電。所述光能轉電能Uicratg包括有太陽能輸出電壓Usolar和太陽能輸出電流ISoial ，光遺轉電遺米用集合形式表達為U
太陽能 (Usoiar，Is0Iar)'。在本發明中，太陽能光伏電池組件40使用單晶硅材料，開路電壓22V，短路電流0. 66 A，工作電壓18V，額定功率10W，尺寸為355mmX 250mmX 25mm。(二)電流互感器60參見圖3所示，電流互感器60輸出的三相電流Is■為升壓充電電路30供電。所述三相電流I 包括有A相電流Ial，B相電流Ibl和C相電流Icl。三相電流I 采用集合形式表達為I互感器={lal，Ibl, Icl}。所述電流互感器采用環形硅鋼鐵心，飽和磁感應強度高，繞組原邊匝數25，副邊匝數500，正常工作原邊電流5A，承受2倍過流。采用電流互感器感應取電時，由于母線線路電流波動大，在線路過流時容易引起變壓器飽和現象，為解決該問題，實用新型專利(申請號為201120147436. 5)提出類似保護電流互感器的設計，使互感器在20倍過流情況下不飽和，并采用寬電壓輸入的芯片作為穩壓方法。這種方法不可避免地造成了能量損失，在正常工作時，互感器工作在磁化曲線較低的位置，傳遞功率低。發明專利(申請號為200910309627. 、4)提出采用功率控制法，當出現線路過流時通過控制開關管的占空比限制輸出功率，防止互感器出現飽和，但是控制方法復雜，對控制器提出了較高的要求。在本發明中，線路正常工作輸出5A電流時，互感器工作點設計在磁化曲線的接近膝點處，此時磁導率最大，能量傳遞效率最高。線路出現過載電流時，濾波穩壓電路以及CT充電控制策略即時動作，可以有效防止電流互感器飽和。(三)整流穩壓電路20參見圖4所示，所述整流穩壓電路由三個整流橋D31 D33、濾波電感L31 L32、復合三極管Q31、二極管D34/D36/D38/D39、穩壓二極管D35/D37/D310、電阻R31 R37、電解電容C31、去耦電容C32和運算放大器LM224組成。三個整流橋D31/D32/D33分別連接三相電流互感器降流后的輸出IaUIbl和Icl，形成串聯電路。濾波電感L31的I端連接整流橋D31，濾波電感L31的2端與復合三極管Q31的C極連接，濾波電感L31的2端與穩壓二極管D35的陰極連接，濾波電感L31的2端與二極管D34的陽極連接。濾波電感L32的I端連接整流橋D33，2端連接在鉛酸免維護蓄電池50的輸入端的負極上。
復合三極管Q31的G極與二極管D36的陰極連接，復合三極管Q31的G極與電阻R32的I端連接，復合三極管Q31的G極與電阻R31的I端連接。二極管D34的陽極連接濾波電感L31的2端，二極管D34的陰極與電阻R33的I端連接；二極管D36的陽極連接穩壓二極管D35的陽極，二極管D36的陰極與復合三極管Q31的G極連接；二極管D38的陽極與運算放大器LM224的I端連接，二極管D38的陽極與電阻R31的I端連接，二極管D38的陰極與二極管D39的陰極連接，二極管D38的陰極與穩壓二極管D37的陰極連接；二極管D39的陽極與充電控制器10提供的電流控制信號Iich3ci連接， 二極管D39的陰極與二極管D38的陰極連接，二極管D39的陰極與穩壓二極管D37的陰極連接。穩壓二極管D35的陽極與二極管D36的陽極連接，穩壓二極管D35的陰極與濾波電感L31的2端連接，穩壓二極管D35的陰極與二極管D34的陽極連接；穩壓二極管D37的陽極與電阻R32的2端連接，穩壓二極管D37的陰極與二極管D38的陰極連接，穩壓二極管D37的陰極與二極管D39的陰極連接；穩壓二極管D310的陽極連接在鉛酸免維護蓄電池50的輸入端的負極上；穩壓二極管D310的陰極與電阻R37的2端連接，穩壓二極管D310的陰極與運算放大器LM224的2端連接。電阻R31的I端連接復合三極管Q31的G極，電阻R31的I端連接電阻R32的I端，電阻R31的I端與二極管D36的陰極連接，電阻R31的2端連接在鉛酸免維護蓄電池50的輸入端的負極上；電阻R32的I端連接電阻R31的I端，電阻R32的I端連接復合三極管Q31的G極，電阻R32的I端與二極管D36的陰極連接，電阻R32的2端與穩壓二極管D37的陽極連接；電阻R33的I端連接二極管D34的陰極，電阻R33的2端連接在鉛酸免維護蓄電池50的輸入端的正極上；電阻R34的I端連接運算放大器LM224的I端，電阻R34的I端連接二極管D38的陽極，電阻R34的2端連接運算放大器LM224的3端，電阻R34的2端與電阻R35的2端連接，電阻R34的2端與電阻R36的I端連接；電阻R35的I端連接在鉛酸免維護蓄電池50的輸入端的正極上；電阻R35的2端連接電阻R34的2端，電阻R35的2端連接運算放大器LM224的3端，電阻R35的2端與電阻R36的I端連接；電阻R36的I端連接LM224的3端，電阻R36的I端與電阻R34的2端連接，電阻R36的I端與電阻R35的
2端連接，電阻R36的2端連接在鉛酸免維護蓄電池50的輸入端的負極上；電阻R37的I端連接在鉛酸免維護蓄電池50的輸入端的正極上，電阻R37的2端連接在運算放大器LM224的2端，電阻R37的2端連接穩壓二極管D310的陰極。電解電容C31和去耦電容C32并聯在鉛酸免維護蓄電池50的輸入端的正負極上。運算放大器LM224的I端連接二極管D38的陽極，運算放大器LM224的I端與電阻R34的I端連接；運算放大器LM224的2端連接電阻R37的2端，運算放大器LM224的2端連接穩壓二極管D310的陰極；運算放大器LM224的3端連接電阻R34的2端，運算放大器LM224的3端連接電阻R35的2端，運算放大器LM224的3端與電阻R36的I端連接；運算放大器LM224的4端連接在鉛酸免維護蓄電池50的輸入端的負極上；運算放大器LM224的11端連接在鉛酸免維護蓄電池50的輸入端的正極上。三個整流橋D31 D33串聯構成三相全橋不控整流電路，此電路為三相電壓全橋整流的對偶電路。每個時刻通過整流橋的電流為三相電流的瞬時最大值，因此整流橋的輸出電流波形為三相電流的包絡線。三相電流平衡時，整流橋輸出電流平均值為單相電流有 效值的2. 34倍。電感L31 L32構成濾波電路，將輸出的六脈波電流中的高頻分量濾除。電阻R34 R37、穩壓二極管D310、復合三極管Q31和運算放大器LM224構成滯環比較器穩壓電路。電阻R37和穩壓二極管D310構成基準電源，連接運算放大器LM224的負端輸入。電阻R35和電阻R36將鉛酸免維護蓄電池50的輸入電壓進行分壓后連接運算放大器LM224的正端輸入，并與基準電源比較。當鉛酸免維護蓄電池50的輸入電壓大于26V時，運算放大器LM224輸出高電平控制信號，通過復合三極管Q31泄流降低鉛酸免維護蓄電池50的輸入電壓；當鉛酸免維護蓄電池50的輸入電壓小于26V時，運算放大器LM224輸出低電平控制信號，使得蓄電池繼續充電。為了防止在邊界條件26V頻繁切換造成電路不穩定，在LM224的正極輸入端和輸出端之間并聯大電阻R34，構成正反饋滯環比較電路，當鉛酸免維護蓄電池50的輸入電壓大于27V時輸出高電平信號，鉛酸免維護蓄電池50的輸入電壓小于25. 5V時輸出低電平信號。穩壓二極管D35、二極管D36、電阻R31和復合三極管Q31構成保護電路。當線路電流過大時，LM224不足以提供足夠大的基極電流使得復合三極管Q31充分泄流，鉛酸免維護蓄電池50的輸入電壓會繼續上升，當輸入電壓超過30V時，穩壓二極管D35擊穿，穩壓二極管D35和二極管D36支路為復合三極管Q31補充基極電流，使復合三極管Q31充分泄流，降低鉛酸免維護蓄電池50的輸入電壓。三相輸入電流在15% 20倍額定電流的范圍內，鉛酸免維護蓄電池50的輸入電壓保持穩定。二極管D38 D39、穩壓二極管D37和電阻R32組成復合三極管Q31的基極驅動電路。穩壓管D37降低基極功耗，二極管D38和D39構成控制信號的并聯輸入，運算放大器LM224的比較輸出以及充電控制器10的電流控制信號Iich2ci均能實現對復合三極管Q31的導通控制。電解電容C31和去耦電容C32實現鉛酸免維護蓄電池50的輸入電壓濾波。該濾波穩壓電路同樣實現了對電流互感器的保護，防止線路電流過大引起互感器飽和發熱現象。當線路出現過載電流時，電容C31充電電流迅速升高，使鉛酸免維護蓄電池
50的輸入電壓升高，運算放大器LM224控制復合三極管Q31導通，電路自動保護泄流，勵磁電流下降，防止互感器飽和。線路出現短路電流時，充電控制器10檢測到蓄電池充電電流信號Ibattey迅速升高，輸出電流控制信號I1CH2O信號使互感器充電退出，電流互感器自動退出飽和區，與此同時，終端保護設備也迅速動作將短路電流切除，保護電流互感器。由此避免了過流和短路電流對互感器造成的沖擊和飽和現象，電流互感器工作穩定性高。(四)升壓充電電路30參見圖2所示，在本發明中升壓充電電路30采用Boost電路結構，由電容C21 C25、電感L21、電阻R21 R23、穩壓二極管D21、快恢復二極管D22以及N溝道MOSFET管Ql組成。太陽能光伏電池組件40的輸出端的正負極上并聯有去耦電容C21、電解電容C22、電解電容C23 ；鉛酸免維護蓄電池50的輸入端的正負極上并聯有去耦電容C24和濾波電解電容C25 ；
電感L21的I端與電解電容C23的正極連接，電感L21的2端與快恢復二極管D22的陽極連接，電感L21的2端與MOSFET管Ql的D端連接；電阻R21的I端與驅動器(驅動芯片型號IR2121)連接，電阻R21的2端與電阻R22的I端連接，電阻R21的2端與穩壓二極管D21的陰極連接，電阻R21的2端與MOSFET管Ql的G端連接；電阻R22的I端與電阻R21的2端連接，電阻R22的2端連接在太陽能光伏電池組件40的輸出端的負極上；穩壓二極管D21的陽極連接在太陽能光伏電池組件40的輸出端的負極上，穩壓二極管D21的陰極與電阻R21的2端連接；快恢復二極管D22的陽極與電感L21的2端連接，快恢復二極管D22的陰極與去耦電容C4的一端連接，快恢復二極管D22的陰極與濾波電解電容C5的陽極連接，快恢復二極管D22的陰極連接在鉛酸免維護蓄電池50的輸入端的正極上；電阻R23的I端與MOSFET管Ql的S端連接，電阻R23的I端與驅動器(驅動芯片型號IR2121)連接，電阻R23的2端連接在太陽能光伏電池組件40的輸出端的負極上。在本發明的升壓充電電路30中，去耦電容C21能夠對輸入的光能轉電能Uicratg進行低通濾波處理，電解電容C22和C23將光能轉電能Uicratg進行儲能，在電感L21電流斷續情況下補充能量。電感L21、MOSFET管Ql、快恢復二極管D22、電解電容C25和去耦電容C24構成BOOST電路結構。MOSFET管Ql導通時，電感L21儲能，MOSFET管Ql關斷時，電感L21釋放能量，電感L21電流連續的情況下，鉛酸免維護蓄電池50的輸入電壓是光能轉電能中
太陽能輸出電壓Ustjlm的倍(D為MOSFET管Ql的控制信號PWM占空比)。電解電容C25
I — U
和去耦電容C24能夠對鉛酸免維護蓄電池50的輸入電壓進行濾波。電阻R23作為MOSFET管Ql電流的取樣電阻，防止MOSFET管不受控導通時電流過大燒壞。電阻R23的電壓輸出給驅動芯片IR2121的3腳，由IR2121輸出過流保護信號閉鎖PWM控制信號的輸出。穩壓二極管D21防止柵極電壓過高造成Ql損壞。電阻R21和電阻R22用于防止MOSFET管Ql的柵極G端和源極S端阻抗過高引起的振蕩。R21破壞起振條件，R22減低柵極G端和源極S端間阻抗。驅動芯片IR2121連接充電控制器10輸出的PWM信號，產生MOSFET管Ql的驅動信號。(五)充電控制器10參見圖5所示，所述充電控制器以單片機ATMEGA16L為核心，采集太陽能光伏電池組件40輸出的太陽能輸出電壓Usolar和太陽能輸出電流Istjla,、鉛酸免維護蓄電池50輸出蓄電池充電電壓信號Ubattery和蓄電池充電電流信號Ibattey,通過高速光耦6N137向升壓充電電路30輸出脈沖控制信號PWM，通過光耦TP521向整流穩壓模塊輸出電流控制信號I1Q_2Q。指示燈報警電路對蓄電池過放欠壓信號進行聲光報警。RS-485通信電路采用通信芯片MAX485，將電源監測數據傳輸給遠方監控中心，并及時發出告警信號。在本發明中，充電控制器10首先根據蓄電池充電電壓信號Ubattwy進行蓄電池充電 策略的轉換，該蓄電池充電轉換有下列步驟步驟11 :在一個蓄電池充電周期內，單片機每間隔60s檢測一次蓄電池充電電壓表示檢測電壓次數)，然后進行判斷若U頂,則過放告警計數值lOW_COunt加一，電流控制信號Iich2ci為高電平，互感器充電電路投入充電；太陽能充電采用變步長最大功率跟蹤策略；充電監控程序投入；若aoy<u(Ly m則過放告警計數值low_count清零，電流控制信號Ikkm為低電平，互感器充電電路投入充電，進入互感器充電監控程序；太陽能充電采用變步長最大功率跟蹤策略；充電監控程序投入；若24V<f/!l,7S26V，則過放告警計數值low_count清零，電流控制信號Ikkm保持低電平，互感器充電電路投入充電；太陽能充電保持采用恒壓充電策略；充電監控程序投入；若孤一謂,則過放告警計數值low_count清零，電流控制信號Ikkm為高電平，互感器充電電路退出；太陽能充電PWM信號保持高電平，太陽能充電退出；充電監控程序退出；步驟12 :單片機對過放告警計數值low_count進行判斷若low_count>30,則l0w_C0unt清零，過放欠壓指示燈亮，蜂鳴器報警，RS-485將過放信號傳輸到智能控制器以及遠方監控中心，切斷非核心負載或進行電池更換；若low_count^ 30，則回到步驟11進行重新判斷，直至結束向蓄電池充電。在本發明中，充電控制器進行的充電監控程序包含以下步驟步驟21 :電流控制信號IltH2tl為低電平時，單片機每間隔Is采集一次蓄電池充電電流(n表示檢測電流次數)，所述/LnLri與前一次的充電電流進行比較得到充電電
流的變化量AZ6卿=Id-/Si，然后進行判斷若AIbattery>0. 3A,則電流控制信號Iich2ci為高電平，互感器充電電路退出；脈沖控制信號PWM占空比增加K1X A Ibattwy，減小功率輸出以防止蓄電池受電流沖擊收到損壞。占空系數K1取0.5 ;若A Ibattery ( 0. 3A，電流控制信號Iich2ci為低電平，脈沖控制信號PWM占空比不變，進入步驟22，對/〖!^進行判斷步驟22 :針對步驟21的結果進行進一步判斷，若41t>1.5A,則電流控制信號Iich2ci為高電平，互感器充電電路退出，保護電流互感器，防止飽和過熱；
_2]若:4:1,1.5A,則電流控制信號Iich2ci為低電平，互感器充電電路投入，回到步驟21進行下一次判斷，結束對充電控制器的充電監控。在本發明中，充電控制器進行的太陽能變步長最大功率跟蹤策略包含以下步驟步驟31 :單片機計算蓄電池充電電壓[/IlLy與前一次充電電壓V=；之間的變化量
^jbatm, = \UtLj，然后進行判斷若AUbattery彡 eb，貝U:保持上一計算周期的占空比D(i-l)作為當前周期的占空比D(i)，即D(i)=D(i-l)，結束太陽能變步長最大功率跟蹤；若AUbattery> eb，則以上一計算周期的占空比D(i-l)為起始占空比，初始擾動步長為0. 1，進行最大功率點搜索；e b是初始化時設定的蓄電池電壓變化量比較標準，取0. IV ；步驟32 :單片機每間隔Is對太陽能光伏電池組件的輸出電壓C/丨工,和輸出電流/Si進行采樣，計算當前時刻光伏電池組件的輸出功率所述￠4=與前一次的輸出電壓乍比，得到輸出電壓變化量=UZl-UZ^;所述與前一次的輸出電流d比，得到輸出電流變化量AZs- =IZlr ;所述與前一次的輸出功率C作比，得到輸出功率變化量AP* =; W表示檢測到的太陽能光伏電池組件的輸出次數；步驟33 :根據步驟32的計算結果進行判斷若I A Usolar ( e us,則進行下一次采樣；若IA Usolar > e us,則對功率變化量A Psolar進行判斷若I APs()1」(ep，則保存當前占空比D(W)以及輸出電壓[/12 ,作為下一輪判斷的依據，回到步驟31 ;否則進入步驟34。^us和ep是初始化設定的太陽能電壓和功率變化量比較標準，￡^取0. 05V，￡1)取0. 05W; 步驟34 :計算當前占空比變化量
權利要求
1.一種基于功率控制的太陽能和CT混合蓄能供電裝置，其特征在于該裝置包括有充電控制器(10)、整流穩壓電路(20)、升壓充電電路(30)、太陽能光伏電池組件(40)、鉛酸免維護蓄電池(50)和電流互感器(60)； 電流互感器(60)—方面將采集到的IOkV母線電流進行降流后輸出三相電流I ，另一方面將所述三相電流Iais輸出給整流穩壓電路(20)； 升壓充電電路(30)依據充電控制器(10)輸出的脈沖控制信號PWM啟動光能轉電能UMg是否向鉛酸免維護蓄電池(50)充電； 整流穩壓電路(20)依據充電控制器(10)輸出的電流控制信號Iich3ci啟動三相電流Isis是否向鉛酸免維護蓄電池(50)充電； 鉛酸免維護蓄電池(50)輸出蓄電池充電電壓信號Ubattwy和蓄電池充電電流信號Ibattf517給充電控制器(10)； 充電控制器(10)依據充電控制策略對鉛酸免維護蓄電池(50)進行充電控制。
2.根據權利要求I所述的基于功率控制的太陽能和CT混合蓄能供電裝置，其特征在于所述電流互感器(60)輸出的三相電流升壓充電電路(30)供電；所述三相電流I Sis包括有A相電流Ial，B相電流Ibl和C相電流Icl。
3.根據權利要求I所述的基于功率控制的太陽能和CT混合蓄能供電裝置，其特征在于太陽能光伏電池組件(40)為充電控制器(10)和升壓充電電路(30)提供光能轉電能U太陽能。
4.根據權利要求I所述的基于功率控制的太陽能和CT混合蓄能供電裝置，其特征在于太陽能光伏電池組件(40)使用單晶硅材料，開路電壓22V，短路電流0. 66A，工作電壓18V，額定功率 10W，尺寸為 355mmX 250mmX 25mm。
5.根據權利要求I所述的基于功率控制的太陽能和CT混合蓄能供電裝置，其特征在于所述整流穩壓電路(20 )由三個整流橋D31 D33、濾波電感L31 L32、復合三極管Q31、二極管D34/D36/D38/D39、穩壓二極管D35/D37/D310、電阻R31 R37、電解電容C31、去耦電容C32和運算放大器LM224組成； 三個整流橋D31/D32/D33分別連接三相電流互感器降流后的輸出Ial、Ib I和Icl，形成串聯電路；濾波電感L31的I端連接整流橋D31，濾波電感L31的2端與復合三極管Q31的C極連接，濾波電感L31的2端與穩壓二極管D35的陰極連接，濾波電感L31的2端與二極管D34的陽極連接。濾波電感L32的I端連接整流橋D33，2端連接在鉛酸免維護蓄電池50的輸入端的負極上； 復合三極管Q31的G極與二極管D36的陰極連接，復合三極管Q31的G極與電阻R32的I端連接，復合三極管Q31的G極與電阻R31的I端連接； 二極管D34的陽極連接濾波電感L31的2端，二極管D34的陰極與電阻R33的I端連接；二極管D36的陽極連接穩壓二極管D35的陽極，二極管D36的陰極與復合三極管Q31的G極連接；二極管D38的陽極與運算放大器LM224的I端連接，二極管D38的陽極與電阻R31的I端連接，二極管D38的陰極與二極管D39的陰極連接，二極管D38的陰極與穩壓二極管D37的陰極連接；二極管D39的陽極與充電控制器10提供的電流控制信號Iich3ci連接，二極管D39的陰極與二極管D38的陰極連接，二極管D39的陰極與穩壓二極管D37的陰極連接；穩壓二極管D35的陽極與二極管D36的陽極連接，穩壓二極管D35的陰極與濾波電感L31的2端連接，穩壓二極管D35的陰極與二極管D34的陽極連接；穩壓二極管D37的陽極與電阻R32的2端連接，穩壓二極管D37的陰極與二極管D38的陰極連接，穩壓二極管D37的陰極與二極管D39的陰極連接；穩壓二極管D310的陽極連接在鉛酸免維護蓄電池50的輸入端的負極上；穩壓二極管D310的陰極與電阻R37的2端連接，穩壓二極管D310的陰極與運算放大器LM224的2端連接； 電阻R31的I端連接復合三極管Q31的G極，電阻R31的I端連接電阻R32的I端，電阻R31的I端與二極管D36的陰極連接，電阻R31的2端連接在鉛酸免維護蓄電池50的輸入端的負極上；電阻R32的I端連接電阻R31的I端，電阻R32的I端連接復合三極管Q31的G極，電阻R32的I端與二極管D36的陰極連接，電阻R32的2端與穩壓二極管D37的陽極連接；電阻R33的I端連接二極管D34的陰極，電阻R33的2端連接在鉛酸免維護蓄電池50的輸入端的正極上；電阻R34的I端連接運算放大器LM224的I端，電阻R34的I端連 接二極管D38的陽極，電阻R34的2端連接運算放大器LM224的3端，電阻R34的2端與電阻R35的2端連接，電阻R34的2端與電阻R36的I端連接；電阻R35的I端連接在鉛酸免維護蓄電池50的輸入端的正極上；電阻R35的2端連接電阻R34的2端，電阻R35的2端連接運算放大器LM224的3端，電阻R35的2端與電阻R36的I端連接；電阻R36的I端連接LM224的3端，電阻R36的I端與電阻R34的2端連接，電阻R36的I端與電阻R35的2端連接，電阻R36的2端連接在鉛酸免維護蓄電池50的輸入端的負極上；電阻R37的I端連接在鉛酸免維護蓄電池50的輸入端的正極上，電阻R37的2端連接在運算放大器LM224的2端，電阻R37的2端連接穩壓二極管D310的陰極； 電解電容C31和去耦電容C32并聯在鉛酸免維護蓄電池50的輸入端的正負極上；運算放大器LM224的I端連接二極管D38的陽極，運算放大器LM224的I端與電阻R34的I端連接；運算放大器LM224的2端連接電阻R37的2端，運算放大器LM224的2端連接穩壓二極管D310的陰極；運算放大器LM224的3端連接電阻R34的2端，運算放大器LM224的3端連接電阻R35的2端，運算放大器LM224的3端與電阻R36的I端連接；運算放大器LM224的4端連接在鉛酸免維護蓄電池50的輸入端的負極上；運算放大器LM224的11端連接在鉛酸免維護蓄電池50的輸入端的正極上。
6.根據權利要求I所述的基于功率控制的太陽能和CT混合蓄能供電裝置，其特征在于所述升壓充電電路(30)采用Boost電路結構，由電容C21 C25、電感L21、電阻R21 R23、穩壓二極管D21、快恢復二極管D22以及N溝道MOSFET管Ql組成； 太陽能光伏電池組件(40)的輸出端的正負極上并聯有去耦電容C21、電解電容C22、電解電容C23 ； 鉛酸免維護蓄電池(5 0 )的輸入端的正負極上并聯有去耦電容C 2 4和濾波電解電容C25 ； 電感L21的I端與電解電容C23的正極連接，電感L21的2端與快恢復二極管D22的陽極連接，電感L21的2端與MOSFET管Ql的D端連接； 電阻R21的I端與型號IR2121驅動器連接，電阻R21的2端與電阻R22的I端連接，電阻R21的2端與穩壓二極管D21的陰極連接，電阻R21的2端與MOSFET管Ql的G端連接; 電阻R22的I端與電阻R21的2端連接，電阻R22的2端連接在太陽能光伏電池組件.40的輸出端的負極上； 穩壓二極管D21的陽極連接在太陽能光伏電池組件40的輸出端的負極上，穩壓二極管D21的陰極與電阻R21的2端連接； 快恢復二極管D22的陽極與電感L21的2端連接，快恢復二極管D22的陰極與去耦電容C4的一端連接，快恢復二極管D22的陰極與濾波電解電容C5的陽極連接，快恢復二極管D22的陰極連接在鉛酸免維護蓄電池50的輸入端的正極上； 電阻R23的I端與MOSFET管Ql的S端連接，電阻R23的I端與驅動器連接，電阻R23的2端連接在太陽能光伏電池組件40的輸出端的負極上。
7.根據權利要求I所述的基于功率控制的太陽能和CT混合蓄能供電裝置，其特征在于所述充電控制器(10)以單片機ATMEGA16L為核心，采集太陽能光伏電池組件(40)輸出的太陽能輸出電壓Usolar和太陽能輸出電流Istjlal 、鉛酸免維護蓄電池(50)輸出蓄電池充電電壓信號Ubattey和蓄電池充電電流信號Ibattey，通過高速光耦6N137向升壓充電電路(30)輸出脈沖控制信號PWM，通過光耦TP521向整流穩壓模塊輸出電流控制信號Iich2ci ;指示燈報警電路對蓄電池過放欠壓信號進行聲光報警。
8.根據權利要求7所述的基于功率控制的太陽能和CT混合蓄能供電裝置，其特征在于充電控制器(10)首先根據蓄電池充電電壓信號Ubattwy進行蓄電池充電策略的轉換，該蓄電池充電轉換有下列步驟 步驟11 :在一個蓄電池充電周期內，單片機每間隔60s檢測一次蓄電池充電電壓UbaLy，然后進行判斷 若S20V,則過放告警計數值low_count加一，電流控制信號Ikkm為高電平，互感器充電電路投入充電；太陽能充電采用變步長最大功率跟蹤策略；充電監控程序投入； 若20V<UZa7 S24V，則過放告警計數值l0W_C0Unt清零，電流控制信號Iich2ci為低電平，互感器充電電路投入充電，進入互感器充電監控程序；太陽能充電采用變步長最大功率跟蹤策略；充電監控程序投入；若-.2AV<U^tteij <26V，則過放告警計數值low_count清零，電流控制信號I1(KEci保持低電平，互感器充電電路投入充電；太陽能充電保持采用恒壓充電策略；充電監控程序投入；若[€_>26V，則過放告警計數值low_count清零，電流控制信號Iich2ci為高電平，互感器充電電路退出；太陽能充電PWM信號保持高電平，太陽能充電退出；充電監控程序退出； 步驟12 :單片機對過放告警計數值low_count進行判斷 若low_count>30,則low_count清零,過放欠壓指示燈亮，蜂鳴器報警，RS-485將過放信號傳輸到智能控制器以及遠方監控中心，切斷非核心負載或進行電池更換； 若low_count ( 30,則回到步驟11進行重新判斷,直至結束向蓄電池充電； 所述充電控制器進行的充電監控程序包含以下步驟 步驟21 :電流控制信號Iich2ci為低電平時，單片機每間隔Is采集一次蓄電池充電電流^Lf>.，所述與前一次的充電電流進行比較得到充電電流的變化量 切，然后進行判斷 若A lbattery>0. 3A，則電流控制信號為高電平，互感器充電電路退出；脈沖控制信號PWM占空比增加
全文摘要
本發明公開了一種基于功率控制的太陽能和CT混合蓄能供電裝置，該裝置中的太陽能光伏電池組件將太陽能轉化成電能，并通過升壓充電電路向蓄電池充電；三相主回路電流經電流互感器、整流穩壓模塊變換后，作為蓄電池的另一路能量來源，補償長時間陰雨天氣造成的太陽能充電的不足。充電控制器采集蓄電池電壓和電流、光伏組件輸出電壓和電流，執行基于最大功率傳輸的充電控制策略，實現蓄電池的快速充電，防止過充過放。該裝置充分利用清潔能源和線路電流能量，在較大的環境變化以及母線電流范圍內能提供24V額定電壓，5W以上功率，并跟蹤最大功率傳輸點，提高充電效率，而且在線路電流過大時，避免發生鐵心飽和發熱現象，解決戶外10KV柱上開關智能控制器供電問題，取代電壓互感器取電方式，減小了柱上開關的重量和體積。
文檔編號H02J17/00GK102751754SQ20121021986
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月28日 優先權日2012年6月28日
發明者史巖華, 唐偉, 廉世軍, 張路明, 武建文 申請人:北京航空航天大學, 珠海市可利電氣有限公司