本實用新型涉及太陽能發(fā)電技術領域，特別涉及一種多節(jié)點控制光伏控制器原理實驗箱。

背景技術：

光伏發(fā)電是目前高校新能源科學與工程專業(yè)教學的重點，而光伏控制部分是課程內容的重要環(huán)節(jié)。一種多節(jié)點控制光伏控制器原理實驗箱主要針對光伏發(fā)電控制實訓而設計的實訓設備。傳統(tǒng)的工業(yè)用控制器能夠實現(xiàn)光伏發(fā)電的控制功能，但是工業(yè)設備集成化程度較高，學生無法了解其中的工作原理和控制方法。工業(yè)光伏發(fā)電控制器的控制電路中所有元器件都已經固化設計好，學生無法對其中的電路結構進行設計。工業(yè)光伏發(fā)電控制器的控制程序都是無法修改的，學生很難掌握其中的控制原理。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的旨在至少解決所述技術缺陷之一。

為此，本實用新型的目的在于提出一種多節(jié)點控制光伏控制器原理實驗箱。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的實施例提供一種多節(jié)點控制光伏控制器原理實驗箱，包括：模擬光源，所述模擬光源模擬太陽光特性，為光伏組件發(fā)電提供光照環(huán)境；光伏組件，所述光伏組件在所述模擬光源提供的光照環(huán)境下輸出電能，與光伏控制充電回路相連；光伏控制充電回路，所述光伏控制充電回路調節(jié)光伏組件輸出的電能，可供蓄電池充電，與電壓表、電流表及充電回路驅動器相連；充電回路驅動器，所述充電回路驅動器與光伏控制器充電回路相連，為光伏充電回路提供驅動信號；中央控制器，所述中央控制器分別與充電回路控制器、放電回路控制器相連，為充電回路控制器、放電回路控制器提供控制算法；蓄電池，所述蓄電池與光伏控制器放電回路相連，為光伏控制器放電回路提供電能；光伏控制器放電回路，所述光伏控制器放電回路與可編程阻性負載和直流感性負載相連，為其工作提供電能；放電回路驅動器，所述放電回路驅動器與光伏控制器放電回路相連，為其提供驅動信號；輔助電源；電壓表；電流表。

本實用新型的一個實施例中，2.所述中央控制器可以進行自動控制和手動控制兩種控制模式。

本實用新型的又一個實施例中，所述負載為直流感性負載與可編程阻性負載。

本實用新型的再一個實施例中，所述中央控制器具有人機交互通訊接口，通過人機交互通訊接口可與上位機相連。

根據(jù)本實用新型實施例的一種多節(jié)點控制光伏控制器原理實驗箱，針對新能源科學與工程專業(yè)教學而開發(fā)的實訓設備。光伏發(fā)電控制器是光伏發(fā)電離網系統(tǒng)的核心部件，本實用新型采用開放式的電路與控制方式，學生能夠了解光伏發(fā)電控制器的整個工作原理，熟悉光 伏控制器充電回路與光伏控制器放電回路工作模式與電路特點，掌握中央控制器的控制原理與控制算法。學生還可以根據(jù)不同的負載與光伏組件特性設計不同的光伏發(fā)電控制器元器件、控制算法，輔助學生迅速理解和掌握光伏發(fā)電控制器的工作原理與設計方法。設備面板展示了整個光伏發(fā)電控制的工作電路，配備有標準的安全接口，學生可以參與到電路設計中進行硬件的連接和系統(tǒng)搭建工作。

本實用新型附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。

附圖說明

本實用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下圖附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1為根據(jù)本實用新型實施例的一種多節(jié)點控制光伏控制器原理實驗箱的系統(tǒng)結圖構；

圖2為根據(jù)本實用新型實施例的一種多節(jié)點控制光伏控制器原理實驗箱的控制原理圖；

圖3為根據(jù)本實用新型實施例的一種多節(jié)點控制光伏控制器原理實驗箱通訊模塊原理圖。

圖4為根據(jù)本實用新型實施例的一種多節(jié)點控制光伏控制器原理實驗箱的充電回路原理圖；

圖5為根據(jù)本實用新型實施例的一種多節(jié)點控制光伏控制器原理實驗箱的放電回路原理圖；

圖6為根據(jù)本實用新型實施例的一種多節(jié)點控制光伏控制器原理實驗箱的輔助電源原理圖；

圖7為根據(jù)本實用新型實施例的一種多節(jié)點控制光伏控制器原理實驗箱的采樣電路原理圖；

圖8為根據(jù)本實用新型實施例的一種多節(jié)點控制光伏控制器原理實驗箱的控制流程圖。

具體實施方式

下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的符號表示相同或類似的元件或具有相同或類似的功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。

如圖1所示，本實用新型實施例的一種多節(jié)點控制光伏控制器原理實驗箱，其中包括：電壓表1、電流表2、電壓表3、電流表4、光伏組件5、模擬光源6、光伏控制器充電回路7、 充電回路驅動器8、中央控制器9、蓄電池10、光伏控制器放電回路11、放電回路驅動器12、輔助電源13、可編程阻性負載14、直流感性負載15，上位機16。

具體來說，模擬光源6，照射在光伏組件5上，使其發(fā)電，光伏組件5連接到光伏控制器充電主回路7上，其輸出端接到蓄電池10上，蓄電池10輸出加到光伏控制器放電回路11上，使蓄電池放電，光伏控制器放電回路11輸出接到可編程阻性負載14和直流感性負載15上。輔助電源13由蓄電池10供電，輸出兩路，一路給中央控制器9上，一路給放電回路驅動器12和充電回路驅動器8上，中央控制器9將驅動PWM信號給充電回路驅動器8和放電回路驅動器12上，充電回路驅動器8將信號給光伏控制器充電回路7上，放電回路驅動器12將信號給光伏控制器放電回路11上。電壓表1、電壓表3、電流表2、電流表4分別可以測得光伏控制器的輸入、輸出的電壓電流，相對比其中的關系。

如圖2所示，本實用新型實施例的一種多節(jié)點控制光伏控制器原理實驗箱的控制原理圖，中央控制器U6為PIC16F1937，其PD1管腳輸出是光伏控制充電回路的PWM控制腳；RB3管腳是光伏控制充電回路的PWM關斷腳；PE2管腳輸出是光伏控制放電回路的PWM控制腳；PB4光伏控制放電回路的PWM關斷腳。U6輸出RC4、RC5、RC6經過U5(74HC244)增大控制信號驅動能力由于給液晶屏驅動顯示。由R34和C23組成復位電路，給單片機MCLR管腳，PGD、PGC管腳為PIC16F1937燒寫程序時的讀寫管腳，P1為下載接口，P2為液晶顯示的驅動接口。由Y1(16M)晶振，電容C19、20組成中央控制器的時鐘電路，電解電容C21，獨石電容C22組成濾波電路，給予U6一個穩(wěn)定的5V電平。

如圖2所示，本實用新型實施例的一種多節(jié)點控制光伏控制器原理實驗箱通訊模塊原理圖。

如圖4所示：在充電回路驅動器電路中，由RD1輸入PWM信號，經過1N4148二極管D4，作用是防止反沖電壓進中央控制器，R3作為驅動的限流電阻，R5作為驅動關閉時，快速釋放電流的下拉電阻，RE0作為關斷U1IR2104的關斷腳，R10作為限流電阻，U1是IR2014，給予光伏控制器充電主回路的驅動，D1作為防反二極管，在其5腳和7腳之間形成方向相反并帶有500nS死區(qū)時間的PWM波，由D2、R1、R2組成7腳上管的自舉驅動電路，D6、R8、R11組成5腳的普通驅動電路。由光伏控制器充電回路，JP1由光伏組件輸入，由R4、R6、D7、Q3組成光伏組件電壓防反電路，在組件接入正負極弄反的情況下，本控制器不工作，電解電容C2作用是給輸入回路濾波，再經過Q1、Q2、L1組成同步BUCK電路，其中Q1的信號的GB_Buck，也就是U1的7腳給的，Q1的S極是GS_VS1給的信號，也就是U1的6腳給的，Q2的信號GZ_Buck是U1的5腳給的信號。經過電解電容C3可以使輸出電壓穩(wěn)定，R1作為主回路的電流采樣電阻。D3作為蓄電池防反二極管。

如圖5所示：在放電回路驅動器電路中，由RE2輸入PWM信號，經過二極管D11，防止中央控制器受到反沖電壓，再接R14限流電阻，R15作為下拉電阻，RE1為中央控制器給U2IR2104的關斷信號，在U2的7腳輸出GS_Out PWM信號，加載到光伏控制器放電主回路中的Q4上，其中6腳輸出GS_VS2加到Q4的S極上。在光伏控制器放電回路上，JP3為蓄電池接口，完成蓄電池可控放電，由Q4、D12、L2組成BUCK降壓電路，電解電容C6、 C7作為濾波電容，為保證輸入與輸入的電壓穩(wěn)定，二極管D10作為防反二極管。JP4接到負載上。

如圖6所示：作為光伏發(fā)電控制器的輔助電源部分，輔助電源分為兩路輸出，一路由U2MC34063組成的升降壓電路，將蓄電池的電壓，轉變成15v輸出，給驅動芯片IR2014供電。蓄電池正極經過R2限流電阻，R7電流采樣電阻，Q1為PNP三極管用于調整輸入電壓，由L3、D2組成BOOST升壓電路，在二極管D2輸出19v，由R4、R9組成分壓電路，使輸出達到19v，再經過U178L15使輸出穩(wěn)定在15v。由U3lm2575s-5.0，蓄電池輸入，由C10濾波，U3與電感L4、快恢復二極管D4組成BUCK降壓電路使電壓穩(wěn)定輸出為5v。電解電容C12、C13，獨石電容C14，電感L5組成濾波電路。

如圖7所示：是光伏發(fā)電控制器的采樣部分，分別需要對組件，蓄電池，負載的電壓、電流檢測，使中央控制器做出對應的動作。組件電流采樣電路由運算放大器LM324，其PV1A部分將組件的電流采樣電阻的電壓值進行放大，R5、R6形成放大倍數(shù)，再經過R1、C1的RC濾波電路進入PV1B的組成電壓跟隨器，輸出給中央控制器RA0。組件電壓采樣電路，將組件的正極經過R25、R27分壓電路，再經過PV1C的電壓跟隨器，輸出到中央控制器的RA1中。同理，充電電流采樣是光伏控制器充電回路給蓄電池的充電電流，原理同上。電池電壓采樣時采集蓄電池電壓，原理同上。放電電流采樣是采集蓄電池經過光伏控制器放電回路的給予負載的電流，原理同上。放電電壓采樣是采集負載兩端的電壓，采樣原理同上。

圖8為根據(jù)本實用新型實施例的一種多節(jié)點控制光伏控制器原理實驗箱的控制流程圖。

步驟S1，將實驗導線連接好后，打開模擬光源。

步驟S2，將光伏組件輸出口連接到光伏控制器上。

步驟S3，打開光伏控制器。

步驟S4，選擇模式，選擇手動充電模式時，進入步驟S5，選擇手動放電模式時，進入步驟S9，選擇自動模式時，進入步驟S13。

步驟S5，開始使用手動方式給蓄電池充電，進入步驟S6。

步驟S6，選擇充電控制PWM占空比。

步驟S7，PWM占空比增大，蓄電池充電輸出電壓則增大。

步驟S8，PWM占空比減小，蓄電池充電輸出電壓則減小。

步驟S9，同步驟S4選擇，開始使用手動方式使蓄電池放電給負載，進入步驟S10。

步驟S10，手動選擇占空比。

步驟S11，PWM占空比增大，則蓄電池放電電壓增大，同負載端電壓增大。

步驟S12，PWM占空比減小，則蓄電池放電電壓減小，同負載端電壓減小。

步驟S13，同步驟S4選擇，進入自動運行模式，在此模式中，控制器工作在自動三段式充電、自動放電、光控可調、時控可調模式下，可做到無人看管。

步驟S14，自動運行模式中得模式選擇，有4中模式：光控關、時控關、放電輸出電壓可選；光控開、時控關、放電輸出電壓可選；光控關、時控開、放電電壓可選；光控開、時控開、放電電壓可選。

步驟S15，選擇光控關、時控關、放電輸出電壓可調，同時進行步驟S19、步驟S20。

步驟S16，選擇光控開、時空關、放電輸出電壓可調，同時進行步驟S19、步驟S20。

步驟S17，選擇光控關、時控開、放電輸出電壓可調，同時進行步驟S19、步驟S20。

步驟S18，選擇光控開、時控開、放電輸出電壓可調，同時進行步驟S19、步驟S20。

步驟S19，判斷蓄電池電壓。

步驟S20，組件有無電壓。

步驟S21，控制器對蓄電池進行三段式充電，可編程阻性負載工作，直流感性負載工作；在選擇模式步驟S15時：實時采集蓄電池當前電壓，實時調整充電電壓，實現(xiàn)三段式充電方式，控制器放電回路給可編程阻性負載、直流感性負載供電，調整輸出PWM占空比，使負載兩端電壓達到預設定值。判斷組件有電壓是，充電回路工作，判斷組件無電壓時，充電回路不工作。

在選擇步驟S16時：實時采集蓄電池當前電壓，實時調整充電電壓，實現(xiàn)三段式充電方式，控制器放電回路給可編程阻性負載、直流感性負載供電，調整輸出PWM占空比，使負載兩端電壓達到預設定值。

判斷組件有電壓時，充電回路工作，放電回路不工作，組件無電壓時，充電回路不工作，放電回路工作。在選擇步驟S17時：實時采集蓄電池當前電壓，實時調整充電電壓，實現(xiàn)三段式充電方式，控制器放電回路給可編程阻性負載、直流感性負載供電，調整輸出PWM占空比，使負載兩端電壓達到預設定值。判斷組件有無電壓，若有電壓，則充電回路工作，若無電壓，則充電回路不工作。放電回路工作，在預設時間結束后，停止放電。若選擇步驟S18，實時采集蓄電池當前電壓，實時調整充電電壓，實現(xiàn)三段式充電方式，控制器放電回路給可編程阻性負載、直流感性負載供電，調整輸出PWM占空比，使負載兩端電壓達到預設定值。判斷組件有無電壓，若有電壓，則充電回路工作，放電回路不工作，若無電壓，則充電回路不工作，放電回路工作，放電回路工作在預設時間之后則不工作。

根據(jù)本實用新型例的一種多節(jié)點控制光伏控制器原理實驗箱，適用于于新能源專業(yè)學生，在學完光伏控制原理課程之后，開展實驗課、課程設計實用的教學實驗設備。學生在學完相關課程后，本實用新型可以使學生更加深刻的理解光伏控制的原理，以及利用本控制器開展更加深入的課程設計、電路設計的學習。本實用新型采用PIC的微控制器，更加集中的使整個控制器的操作統(tǒng)一，在充電回路，放電回路的精心設計，尤其是采用集成驅動芯片IR2104和軍工級功率管，使學生能夠清晰的理解光伏發(fā)電控制器原理，也是整個控制器的穩(wěn)定性大大增強。在本實用新型中采用可編程直流負載，通過液晶顯示，得到負載的阻值、電流值、電壓值等相關參數(shù)，使學生更加深刻的理解負載的變化，在操作性上的，也是方便老師和學生的操作。通過本實用新型提供的電路拓撲，控制方法，標準模塊設計，并可以手動 配置相關參數(shù)，極大提高學生對光伏發(fā)電控制器設計水平。

本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合改實施例或示例描述的具體特征、結構、材料、或者特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料、或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

盡管上面已經示出和描述了本實用新型的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本實用新型的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本實用新型的原理和宗旨的情況下在本實用新型的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。本實用新型的范圍由所附權利要求及其等同限定。