专利名称：风光电互补智能管理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风光电互补智能管理系统，可方便地利用光伏电池、风力发电机 以及市电对蓄电池进行充放点电的控制，并根据户用的要求提供用户所需求的交流、直流 的电能，安全、方便、高效、可靠。
背景技术：
我国“十一五”规划纲要的提出，“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20%左 右，主要污染物排放总量减少10%，随着经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出 了巨大的资源和环境代价，经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐，群众对环境污染问题反 应强烈。这种状况与经济结构不合理、增长方式粗放直接相关。现有的户用系统都是采用光 伏太阳能户用智能系统，一般由光伏电池板、蓄电池、控制器和逆变器等主要部件构成。白 天，光伏系统对蓄电池进行充电；发电系统对蓄电池所储存的电能进行逆变放电，实现对用 户负载的供电。由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，因此配置相应的蓄电池系 统显得相当重要。蓄电池的选择直接影响户用系统使用的稳定性，它必须满足用户的用电 需求，白天要把太阳能电池组件的能量存储下来，同时还要能够存储满足连续阴雨天的用 电需求，如果蓄电池容量小了就不能够满足用户的需求，容量大了，使蓄电池始终处在亏电 的状态，既影响蓄电池的寿命，又造成了浪费。
目前的户用智能系统存在一些问题
①如何引入市电对蓄电池辅充或者当蓄电池的欠压的时候切换到市电使用；
②当用户的用电量需求突然增大的时候，这个时候如果蓄电池的电量不足时怎么 处理；
③当用户用到一些不常见的电压的时候，如DC6V、DC9V任意的电压的时候怎么 办；
④如何提高对蓄电池的充电效率以及对于蓄电池的保养，如何让蓄电池的寿命增 长；
⑤最重要的一点就是安全问题，如何让自己的智能户用智能控制系统与用电设备 更加的安全，让用户放心使用。
现在使用的户用智能都没有引入市电这方面的控制(这方面的欠缺不能保证该 系统在较长的一段时间里面得不到充电且蓄电池亏电的情况下系统没有办法给负载供 电)，且现有的户用智能控制方式单一，都只有市电输出功能(如果用户需求的电压不是市 电，那传统的系统就不能满足用户的需求)，没有引入风机充电这方面的充电，太阳能对蓄 电池充电的时候效率不高且无法对蓄电池用市电充和市电切换使用。发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种保证蓄电池全天候对负载不间断供 电，当电池的电压降到一定程度的时运用市电对蓄电池进行辅充或者选择切换到市电来使用，对蓄电池的寿命起到很好的维护作用的风光电互补智能管理系统。
本发明所采用的技术方案是这样的风光电互补智能管理系统，包括作为核心处 理单元的中央控制处理器，以及与该中央控制处理器连接的光伏电池板、风力发电机、卸荷 器、AC/DC交换器、DC/DC变换器、DC/AC逆变器、市电充电电路，所述光伏电池板与风力发电 机通过中央控制处理器信号分析后对蓄电池充电，所述AC/DC交换器、DC/DC变换器直流输 出供电，DC/AC逆变器与市电同步(同频率、相位)交流输出供电，市电充电电路把市电降 压整流成直流给蓄电池充电，并可通过交流输出切换电路对负载直接供电，当风力发电机 充电的蓄电池电量饱和时，卸荷器可把多余风力发电机发的电量卸荷掉。
所述中央控制处理器由C8051F410单片机连接端口扩展电路构成。
所述光伏电池板、风力发电机、卸荷器与市电充电电路设有由电压比较器与电阻 组成的防反充保护电路。
所述中央控制处理器连接由风电整流电路、卸荷控制电路、交流电压\电流隔离 取样电路、交流输出切换电路、市电电压检测电路、充电电流检测电路，系统电压检测电路、 光伏电压检测、风电电压检测、卸荷刹车电路、市电辅助充电检测组成的多重防护检测电路。
所述中央控制处理器连接有空气开关漏电保护设备，该空气开关漏电保护设备输 出连接交流电器。
所述中央控制处理器输出连接控制两路灯控制电路。
所述中央控制处理器还连接有液晶显示器背光控制电路。
通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是
1、安全性极高。系统对防触电设置了交流空气开关(漏电开关)用户可以在紧急 的情况下断开交流电或者有漏电的时候会自动跳闸当用户处理完之后也可以方便的合闸 上电，有精准的过充过放过流保护功能，对市电也有超压保护功能，当系统的蓄电池欠压时 可以自动切换市电对负载供电或选择用市电对蓄电池电池进行辅充，在软硬件上设置了多 重措施防止充放电系统误动作或对光伏电池、风机反充电。实时监控系统的蓄电池电压、光 伏电池电压、风机电压、市电交流电压以及工作电流，具有蓄电池、光伏电池反接保护，具有 蓄电池和光伏电池电池过压保护及防雷电保护功能，蓄电池充满或风力太大可自动卸荷保 护蓄电池及风机。
2、高效的蓄电池充电和管理功能。利用先进的ABM、MCT等理念和技术，对蓄电池 全面实施科学管理，防止蓄电池的过充过放，除普通的PWM浮充、均充功能外，还具备混合 充电功能。根据环境的变化，对蓄电池进行_3mV/°C.Cell补偿。即是给蓄电池充电时进行 补偿用的，当蓄电池温度升高时充电电压要比正常低一些，温度低时要比正常电压高一些、 这样有助于保护电池。
3、多路负载控制方式。两路直流负载单独进行光开、定开、光关、定光、延关控制状 态设置；一路直流受控输出可方便DC/DC输出；交流输出可自动根据电瓶工作状况、市电温 度情况进行自动转换；环境亮度提高到一定程度或蓄电池欠压时强迫负载关闭。另一路由 DC/AC逆变器通过交流输出切换电路对负载直接供电。
4、人机交互界面。直观的液晶显示器背光显示屏，丰富的工作状态显示，电瓶电 压、光伏电池电压、风力发电机电压、交流电压、工作电流、环境温度实时监测。
5、工作参数具备掉电记忆恢复功能。
6、极低的待机功耗和工作功耗。
图1为本发明风光电互补智能管理系统的结构原理图2为本发明风光电互补智能管理系统的控制器连接示意图3为本发明风光电互补智能管理系统的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例来进一步说明本发明。
如图1、图2所示，风光电互补智能管理系统，包括作为核心处理单元的中央控制 处理器，以及与该中央控制处理器连接的光伏电池板、风力发电机、卸荷器、AC/DC交换器、 DC/DC变换器、DC/AC逆变器、市电充电电路，所述光伏电池板与风力发电机通过中央控制 处理器信号分析后对蓄电池充电，所述AC/DC交换器、DC/DC变换器直流输出供电，DC/AC逆 变器与市电同步(同频率、相位)交流输出供电，市电充电电路把市电降压整流成直流给蓄 电池充电，并可通过交流输出切换电路对负载直接供电，当风力发电机充电的蓄电池电量 饱和时，卸荷器可把多余风力发电机发的电量卸荷掉。所述中央控制处理器由C8051F410 单片机连接端口扩展电路构成。所述光伏电池板、风力发电机、卸荷器与市电充电电路设有 由电压比较器与电阻组成防反充保护电路。所述中央控制处理器连接有空气开关漏电保护 设备，该空气开关漏电保护设备输出连接交流电器，起到保护用户用电安全作用，所述中央 控制处理器输出连接两路灯控制单元控制电子保险丝，具有精准的负载过流保护功能，过 流条件消失后设备可自动恢复供电。所述中央控制处理器还连接有液晶显示器背光控制电 路，全面直观显示电瓶电压、光伏电池电压、风力发电机电压、环境温度、充电电流等参数。
如图3所示，第1单元为中央控制处理器，采用C8051F410单片机，功能强大，控制 精确，抗干扰性强。按键Kl按下时三极管Ql导通为控制单元提供手动复位，同时，三极管 Q2导通为显示器复位。总线K1-K4为键盘接口，当有按键按下时相应总线上变成低电位， 分别对应上翻、下翻、加、减。E、RW、RS(单片机的P2.2、P2. 1、P2.0的引脚)为液晶显示器 的串行数据接口。SP-EN、SP-CK、SP-D为总线扩展数据线。AD1-6、VACl、IACl为各种采样 数据入口，D1-4为系统C2通信总线保护电路，防止电压高或者反接损坏处理器。第2单元 为端口扩展电路，8位并行输出串行移位寄存器IC6、IC7为串入并出电路，将第1单元送出 的串行控制信号转换成并行信号，从而分别控制各部分电路，8位并行输出串行移位寄存器 IC6中SP-D为数据线，SP-CK为时钟线。触发器IC8、IC9为锁存器，在SP-EN的控制下锁 定各路控制信号。该端口扩展电路采用串入并出技术，可大量增加控制能力。第3单元为 系统智能供给电路，二极管D6为防反接电路。HDm-S05AIC5为隔离稳压模块，为交流电路 的电压、电流取样电路供电。稳压管IC2、稳压管IC3、稳压管IC4为三端稳压器，为系统供 电。第4单元为一路灯控制电路，场效应管U12、三极管Q5、三极管Q6为通断控制电路，由 第1单元送来的一路开灯信号Ll-ON使三极管Q4导通，三极管Q5截止，场效应管U12-1为 高电位，场效应管U12导通，一路灯亮。稳压管Dll为嵌位电路，其稳压值为15V，防止U12 的栅极电位高于20V损坏管子。电阻R24、比较器IClOA为电流取样放大电路，增益为7，由ADC6送入第1单元，由比较器IC10B、二极管D8、二极管D9等构成电子保险丝电路，电流超 过30A时比较器IClOB输出高电位，从而封锁场效应管U12使其截止，当第1单元的复位信 号Resum为高脉冲时，三极管Q6短促导通，解除电子保险。第5单元为二路灯控制电路，场 效应管U13、三极管Q8、三极管Q9为通断控制电路，由第1单元送来的一路开灯信号L2-0N 使三极管Q7导通，三极管Q8截止，场效应管U13-1为高电位，场效应管U13导通，二路灯亮。 稳压管D16为嵌位电路，其稳压值为15V，防止U13的栅极电位高于20V损坏管子。电阻R36、 比较器ICllA为电流取样放大电路，增益为7，由ADC7送入第1单元。由比较器IC11B、二 极管D13、二极管D14等构成电子保险丝电路，电流超过30A时比较器ICllB输出高电位，从 而封锁场效应管U13使其截止，当第1单元的复位信号Resum为高脉冲时，三极管Q9短促 导通，解除电子保险。第6单元为液晶显示器背光控制电路，由第2单元控制三极管Q3的 导通，从而控制液晶显示器的背光有无。第7单元为交流电压隔离取样电路，包括线性光耦 IC12，由比较器IC15B、比较器IC14B组成隔离放大电路，精度极高，隔离效果好。第8单元 为交流电流隔离取样电路，包括线性光耦IC13，由比较器IC15A、比较器IC14A组成隔离放 大电路，精度极高，隔离效果好。第9单元为交流输出切换电路，场效应管Ul、场效应管U2 为交流逆变器通断控制电路。交流逆变器输出的AC220V和市电同时加到继电器JKl输入 端，经第1单元判断后选择一路送到交流空气开关(带漏电保护)，最后送到输出端口，LED 指示灯D43为交流输出指示，三极管Q12为JKl驱动电路。第10单元为逆变电压检测电 路，包括二极管D42、电阻R91、电阻R92、光耦IC23、三极管Q22，当通电时三极管Q22导通， ACL2为低电位，为第1单元控制交流输出提供参考。第11单元为市电电压检测电路，包括 二极管D40、电阻R95、电阻R96、光耦IC22、三极管Q23，当通电时三极管Q23导通，ACLl为 低电位，为第1单元控制交流输出提供参考。第12单元为市电辅充通断控制电路，三极管 Q13、继电器JK2控制AC/DC转换模块的上电，为系统提供市电辅助充电。第13单元为市电 辅充控制电路，当第2单元送出的市电充电控制信号C-ACON控制三极管Q14导通，从而控 制三极管Q15导通，控制场效应管U3、U4导通，为蓄电瓶充电。由比较器IC17A、电阻R55、电 阻R56、电阻R57、电阻R58组成防反充保护电路，只有当市电充电电压高过蓄电瓶电压时， I C17A输出高电位，否则为低电位，IC17A输出低电位时，即使第2单元送出错误C-ACON信 号，场效应管U3、场效应管U4也不导通，从而防止反充。第14单元为直流输出控制电路。 当第2单元的D⑶Con信号使得三极管Q16导通、三极管Q17截止时，使得场效应管U5导 通，使得DC/DC模块工作。第15单元为光伏充电控制电路，当第2单元送出的光伏充电控 制信号C-SON控制三极管Q18导通，从而控制三极管Q19导通，控制场效应管U8、U9导通， 为蓄电瓶充电。由比较器IC18A、电阻R66、电阻R67、电阻R68、电阻R69组成防反充保护电 路，只有当市电充电电压高过蓄电瓶电压时，比较器IC18A输出高电位，否则为低电位。比 较器IC18A输出低电位时，即使第2单元送出错误的C-SON信号，场效应管U8、U9不导通， 从而防止反充。第16单元为风电充电控制电路，第2单元送出的风电充电控制信号C-FON 控制三极管Q20导通，从而控制三极管Q21导通，控制场效应管U10、Ull导通，为蓄电瓶充 电。由比较器IC19A、电阻R74、电阻R75、电阻R76、电阻R77组成防反充保护电路，只有当 市电充电电压高过蓄电瓶电压时，比较器IC19A输出高电位，否则为低电位。比较器IC19A 输出低电位时，即使第2单元送出错误C-FON信号，场效应管U10、Ull也不导通，从而防止 反充。第17单元为充电电流检测电路，充电电路经过电阻R120取样后，经电阻R121送到比较器IC20A，经7倍放大后由ADC5送入第1单元。二极管D36为嵌位电路，防止取样信号 高于2. 5V损坏处理器。第18单元为卸荷刹车电路，当风机输出电压大到一定程度时，第2 单元通过X-ON控制光耦IC21的第1、2脚截止，光耦IC21的第4、5脚截止，从而场效应管 U5、U6导通，从而接通卸荷器为风机卸荷。由二极管D45、电容C43、电阻RU6组成削峰电 路，保护场效应管U5、U6。第19单元为市电辅充电压检测电路，电阻R101、R100、R102、可 调电阻R103将市电辅充电压分压后，经电容C36滤波、二极管D22限幅后输送到第1单元。 第20单元为光伏电压检测电路，电阻R109、Rl 10、Rl 11、可调电阻Rl 12将光伏充电电压分 压后，经电容C37滤波、二极管D29限幅后送入第1单元。第21单元为风电电压检测电路。 电阻R114、R115、R116、可调电阻R117将风电充电电压分压后，经电容C39滤波、二极管D35 限幅后送入第1单元。第22单元为系统电压检测电路，电阻R118、可调电阻R119将市电辅 充电压分压后，经电容C38滤波、二极管D37限幅后送入第1单元。第23单元为风电整流 电路，超快恢复整流三极管DDl DD6将三相风电整流后对蓄电瓶充电，三极管DDl DD6 为大电流、高耐压、低导通阻抗的整流器件。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及其优点，本行业的技术人员应 该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明中描述的只是说明本发明的原 理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进 都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效方法界定。
权利要求
1.风光电互补智能管理系统，其特征在于包括作为核心处理单元的中央控制处理 器，以及与该中央控制处理器连接的光伏电池板、风力发电机、卸荷器、AC/DC交换器、DC/DC 变换器、DC/AC逆变器、市电充电电路，所述光伏电池板与风力发电机通过中央控制处理器 信号分析后对蓄电池充电，所述AC/DC交换器、DC/DC变换器直流输出供电，DC/AC逆变器与 市电同步(同频率、相位)交流输出供电，市电充电电路把市电降压整流成直流给蓄电池充 电，并可通过交流输出切换电路对负载直接供电，当风力发电机充电的蓄电池电量饱和时， 卸荷器可把多余风力发电机发的电量卸荷掉。
2.根据权利要求1所述的风光电互补智能管理系统，其特征在于所述中央控制处理 器由C8051F410单片机连接端口扩展电路构成。
3.根据权利要求1所述的风光电互补智能管理系统，其特征在于所述光伏电池板、风 力发电机、卸荷器与市电充电电路设有由电压比较器与电阻组成的防反充保护电路。
4.根据权利要求1所述的风光电互补智能管理系统，其特征在于中央控制处理器连 接由风电整流电路、卸荷控制电路、交流电压\电流隔离取样电路、市电电压检测电路、充 电电流检测电路，系统电压检测电路、光伏电压检测、风电电压检测、卸荷刹车电路、市电辅 助充电检测组成的多重防护检测电路。
5.根据权利要求1所述的风光电互补智能管理系统，其特征在于所述中央控制处理 器连接有空气开关漏电保护设备，该空气开关漏电保护设备输出连接交流电器。
6.根据权利要求1所述的风光电互补智能管理系统，其特征在于所述中央控制处理 器输出连接控制两路灯控制电路。
7.根据权利要求1所述的风光电互补智能管理系统，其特征在于所述中央控制处理 器还连接有液晶显示器背光控制电路。
全文摘要
本发明涉及一种风光电互补智能管理系统，包括作为核心处理单元的中央控制处理器，以及与该中央控制处理器连接的光伏电池板、风力发电机、卸荷器、AC/DC交换器、DC/DC变换器、DC/AC逆变器、市电充电电路，所述光伏电池板与风力发电机通过中央控制处理器信号分析后对蓄电池充电，所述AC/DC交换器、DC/DC变换器直流输出供电，DC/AC逆变器提与市电同步(同频率、相位)交流输出供电，市电充电电路把市电降压整流成直流给蓄电池充电，保证蓄电池全天候对负载不间断供电，当电池的电压降到一定程度的时运用市电对蓄电池进行辅充或选择切换到市电来供负载使用，并可通过交流输出切换电路对负载直接供电，对蓄电池的寿命起到很好的维护作用。
文档编号H02J9/06GK102035237SQ201010597318
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者姜少华, 李金钗 申请人:东电(福建)能源科技发展有限公司