專利名稱:一種太陽能光伏水泵控制系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種太陽能光伏水泵控制系統，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。本實用新型通過對太陽能光伏組件電壓、電路、功率的AD采樣，經過控制器實時計算出最大功率點所對應的通用變頻器的運行頻率，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用在太陽能光伏水泵系統中，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

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及太陽能【技術領域】，尤其是一種太陽能光伏水泵控制系統。

【背景技術】
[0002]太陽能光伏水泵系統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，傳統的通用變頻器無法在太陽能光伏水泵系統中使用，因為通用變頻器額定工作在220V，50HZ交流輸入，380V 50HZ交流輸出的系統中，而太陽能光伏水泵系統的輸入端為太陽能直流電，太陽能光伏組件因為光照強度、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定工作，通用變頻器不知道在對應的直流電壓下應該工作在什么頻率是最優的，如果輸入電壓降低但同時通用變頻器不降低頻率到合適的值，那么系統就會死機，反之，如果輸入電壓升高但同時通用變頻器不升高頻率到合適的值，那么就浪費了一部分電能，沒有最大效率地轉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使用在太陽能光伏水泵系統中。
[0003]太陽能光伏水泵專用逆變器是最近新上市的專門應用在太陽能光伏水泵系統中的逆變器，但是光伏水泵專用逆變器目前價格很貴，是通用變頻器的好幾倍，原因在于太陽能光伏水泵系統目前應用還不是特別廣泛，光伏水泵專用逆變器每年的生產量還不大，遠遠沒有達到通用變頻器的生產量，所以價格上比通用變頻器貴好幾倍。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在于提供一種使通用變頻器能夠應用在太陽能光伏水泵系統中的太陽能光伏水栗控制系統。
[0005]為實現上述目的，本實用新型采用了以下技術方案:一種太陽能光伏水泵控制系統，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。
[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、基準電壓電路、CPU最小系統、16位AD采樣電路、485通信電路、電源轉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換電路供電，CPU最小系統通過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最小系統的輸入端相連，所述水位傳感器、電源轉換電路、基準電壓電路的輸出端均與CPU最小系統的輸入端相連。
[0008]所述CPU最小系統采用ATMEGA128-8AU單片機，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腳分別與發光二極管H1、H2的陰極相連，發光二極管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接運放N5A的正相輸入端，運放N5A的正相輸入端通過電阻R12接地，運放N5A的反相輸入端與其輸出端相連,運放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采樣電路包括可調電阻W1，其兩端分別接+12V直流電、地，其可調端分別與分壓電阻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]由上述技術方案可知，本實用新型通過對太陽能光伏組件電壓、電路、功率的AD采樣，經過控制器實時計算出最大功率點所對應的通用變頻器的運行頻率，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用在太陽能光伏水泵系統中，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均為本實用新型的系統框圖；
[0014]圖3、4、5、6分別為圖2中CPU最小系統、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。

【具體實施方式】
[0015]一種太陽能光伏水泵控制系統，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，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、基準電壓電路、CPU最小系統41、16位AD采樣電路、485通信電路、電源轉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向電源轉換電路供電，CPU最小系統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41的輸入端相連,所述水位傳感器、電源轉換電路、基準電壓電路的輸出端均與CPU最小系統41的輸入端相連。
[0017]如圖2所示，通用變頻器30都預留有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的電源轉換電路將24V轉換為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實時采樣光伏組件電壓、電流，并通過模擬乘法器電路實時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、功率三個值通過法計算后，將通用變頻器30應該運行的頻率實時通過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，從而可以應用在太陽能光伏水泵50系統中。
[0018]如圖3所示，所述CPU最小系統41采用ATMEGA128-8AU單片機，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腳分別與發光二極管H1、H2的陰極相連，發光二極管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，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組成復位電路；H1、H2為發光二極管，用于顯示控制器40狀態；電阻R19、R20用于限制發光二極管電流。
[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接運放N5A的正相輸入端，運放N5A的正相輸入端通過電阻R12接地，運放N5A的反相輸入端與其輸出端相連，運放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包括可調電阻W1，其兩端分別接+12V直流電、地，其可調端分別與分壓電阻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實時采樣太陽能光伏組件10輸出電壓、電流和功率，并通過計算通用變頻器30應該運行在哪個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化為三相交流輸出到水泵50，使得通用變頻器30可以應用在太陽能光伏水泵系統中，降低了成本，增大了通用變頻器30的使用范圍。
【權利要求】
1.一種太陽能光伏水泵控制系統，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。2.根據權利要求1所述的一種太陽能光伏水泵控制系統，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)、基準電壓電路、CPU最小系統(41)、16位AD采樣電路、485通信電路、電源轉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)向電源轉換電路供電，CPU最小系統(41)通過485通信電路與通用變頻器(30)雙向通訊。3.根據權利要求2所述的一種太陽能光伏水泵控制系統，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(41)的輸入端相連，所述水位傳感器、電源轉換電路、基準電壓電路的輸出端均與CPU最小系統(41)的輸入端相連。4.根據權利要求2所述的一種太陽能光伏水泵控制系統，其特征在于:所述CPU最小系統(41)采用ATMEGA128-8AU單片機，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腳分別與發光二極管H1、H2的陰極相連，發光二極管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.根據權利要求2所述的一種太陽能光伏水泵控制系統，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.根據權利要求2所述的一種太陽能光伏水泵控制系統，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接運放N5A的正相輸入端，運放N5A的正相輸入端通過電阻R12接地，運放N5A的反相輸入端與其輸出端相連，運放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.根據權利要求2所述的一種太陽能光伏水泵控制系統，其特征在于:所述功率AD采樣電路(44)包括可調電阻W1，其兩端分別接+12V直流電、地，其可調端分別與分壓電阻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
【發明者】郭春禹, 何必榮, 林軍, 許亮 [申請人]安徽四創電子股份有限公司