一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的控制裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的控制裝置，包括電壓檢測(cè)電路(21)、電流檢測(cè)電路(22)、A/D轉(zhuǎn)換電路(30)、單片機(jī)(40)、顯示裝置(41)、鍵盤(pán)(42)、D/A轉(zhuǎn)換電路(50)、PWM輸出電路(60)、驅(qū)動(dòng)電路(70)、主充電電路(80)。所述顯示裝置和鍵盤(pán)集成在一個(gè)控制面板上。上述技術(shù)方案中，單片機(jī)采用AT89C51微處理器作為控制核心，A/D采樣電路完成電流和電壓的采樣，驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)主充電電路中的MOS管的通斷來(lái)調(diào)節(jié)充電電流，實(shí)時(shí)打開(kāi)卸荷電路防止蓄電池過(guò)充。上述技術(shù)方案中的顯示裝置和鍵盤(pán)集成在一個(gè)控制面板上，方便操作人員監(jiān)測(cè)和控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】—種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的控制裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，涉及一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的控制
>J-U ρ?α裝直。

【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電是涉及電機(jī)、電力電子、電化學(xué)、機(jī)械、空氣動(dòng)力學(xué)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、氣象等多種學(xué)科的綜合課題，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電能直接并到電網(wǎng)上，向電網(wǎng)饋電；小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電能用除能設(shè)備儲(chǔ)存起來(lái)(一般用蓄電池)，需要時(shí)再提供給負(fù)載(可直流供電，亦可用逆變器變換為交流供給用戶)。常見(jiàn)的獨(dú)立運(yùn)行小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)框圖如圖1所示，包括風(fēng)力機(jī)11、與風(fēng)力機(jī)11連接的控制器12、與控制器12連接的蓄電池Α、通過(guò)逆變器14與蓄電池A連接的交流負(fù)載15、與蓄電池A連接的直流負(fù)載16。
[0003]由于風(fēng)能的隨機(jī)性和不穩(wěn)定性以及負(fù)載的隨時(shí)變化使得現(xiàn)有小型風(fēng)電系統(tǒng)仍然存在不少問(wèn)題。
[0004]1、效率較低，現(xiàn)有系統(tǒng)一般采用發(fā)電機(jī)輸出直接對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，并沒(méi)有對(duì)風(fēng)電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，使得風(fēng)能利用系數(shù)比較低，一般在0.3左右。據(jù)貝茨理論風(fēng)能利用系數(shù)的極限值為0.593，如果控制風(fēng)力機(jī)總是以最佳葉尖速比運(yùn)行，年發(fā)電量可以提20%?30%。
[0005]2、蓄電池的工作狀態(tài)不盡合理，使得其壽命短暫，一般兩三年就得更換，增加了整機(jī)維護(hù)成本，不合理使用主要是充電方式與蓄電池可接受特性相距甚遠(yuǎn)。電池使用壽命短，則會(huì)使得度電成本居高不下，從而使小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)難于推廣應(yīng)用。
[0006]3、小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池的充電設(shè)備均有欠、過(guò)壓保護(hù)裝置，如果電壓波動(dòng)不穩(wěn)，變化幅度較大，勢(shì)必會(huì)造成這些裝置頻頻動(dòng)作，對(duì)這些保護(hù)裝置的壽命造成直接的影響。
[0007]4、沒(méi)有考慮風(fēng)能變化、負(fù)載變化以及蓄電池狀態(tài)相互之間的關(guān)系；
[0008]5、小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由于成本的原因，發(fā)電機(jī)和蓄電池的保護(hù)措施比較簡(jiǎn)單，這就導(dǎo)致系統(tǒng)的綜合可靠性和效率較差，往往達(dá)不到設(shè)計(jì)使用壽命。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問(wèn)題:目前，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)都采用蓄電池貯能，電器的用電都由蓄電池提供，蓄電池放電后能及時(shí)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)給以補(bǔ)充。由于風(fēng)能的隨機(jī)性以及風(fēng)速變化范圍比較大，給蓄電池充電帶來(lái)困難。
[0010]本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案:一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的控制裝置，包括電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、顯示裝置、鍵盤(pán)、D/A轉(zhuǎn)換電路、PWM輸出電路、驅(qū)動(dòng)電路、主充電電路，所述電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路連接A/D轉(zhuǎn)換電路，所述單片機(jī)連接A/D轉(zhuǎn)換電路，所述顯示裝置、鍵盤(pán)連接單片機(jī)，所述D/A轉(zhuǎn)換電路連接單片機(jī)，所述PWM輸出電路連接D/A轉(zhuǎn)換電路，所述驅(qū)動(dòng)電路連接PWM輸出電路，所述主充電電路連接驅(qū)動(dòng)電路，蓄電池連接主充電電路。所述顯示裝置和鍵盤(pán)集成在一個(gè)控制面板上，所述控制面板包括發(fā)光二極管字符顯示塊、調(diào)節(jié)PWM輸出百分比的按鍵、蓄電池狀態(tài)顯示燈、蓄電池充電總開(kāi)關(guān)、連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)的“U”、“V”、“W”接線柱、連接蓄電池的“ + ”、“一”接線柱。
[0011]上述技術(shù)方案中，單片機(jī)采用AT89C51微處理器作為控制核心，A/D采樣電路完成電流和電壓的采樣，驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)主充電電路中的MOS管的通斷來(lái)調(diào)節(jié)充電電流，實(shí)時(shí)打開(kāi)卸荷電路防止蓄電池過(guò)充。上述技術(shù)方案中的顯示裝置和鍵盤(pán)集成在一個(gè)控制面板上，方便操作人員監(jiān)測(cè)和控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
[0012]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步說(shuō)明，所述發(fā)光二極管字符顯示塊由單片機(jī)I/O 口擴(kuò)展芯片通過(guò)控制七位LED共陽(yáng)極動(dòng)態(tài)顯示，其中兩位顯示蓄電池的充電電流，三位顯示蓄電池的充電電壓，兩位顯示PWM輸出百分比，所述單片機(jī)I/O 口擴(kuò)展芯片通過(guò)集成驅(qū)動(dòng)芯片連接發(fā)光二極管字符顯示塊。
[0013]在數(shù)字系統(tǒng)中，經(jīng)常要用到字符顯示器。目前，最常用字符顯示器為發(fā)光二極管LED字符顯示器。LED顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段組成的顯示器件。這種顯示塊有共陰極和共陽(yáng)極兩種。通常七段LED顯示塊中有八個(gè)發(fā)光二極管，故也有人叫做八段顯示器。其中七個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成七筆字形“8”, 一個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)。LED顯不方式有動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種。因?yàn)閯?dòng)態(tài)顯示電路能大大節(jié)省硬件開(kāi)銷，又因?yàn)橐@示的位數(shù)比較多，所以本設(shè)計(jì)采用的是動(dòng)態(tài)顯示方式。
[0014]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步說(shuō)明，所述調(diào)節(jié)PWM輸出百分比的按鍵包括“UP”鍵、“DOWN”鍵、“0K”鍵，所述“UP”鍵、“DOWN”鍵、“0K”鍵與單片機(jī)I/O 口擴(kuò)展芯片的輸入/輸出口連接。因?yàn)榘存I數(shù)量較少，I/O 口占用較少，采用獨(dú)立式按鍵。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，每個(gè)按鍵占用一根I/O 口線。按鍵輸入采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開(kāi)時(shí)，I/O 口線有確定的高電平。
[0015]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步說(shuō)明，所述蓄電池狀態(tài)顯示燈包括“充電”燈、“正?！睙?、“反接”燈，所述“充電”燈、“正?！睙?、“反接”燈均為發(fā)光二極管，所述“充電”發(fā)光二極管與“u”、“v”、“w”接線柱并聯(lián)，所述“正常”發(fā)光二極管與“反接”發(fā)光二極管分別與一”接線柱并聯(lián)。“充電”燈亮表示風(fēng)力發(fā)電機(jī)已經(jīng)接通可以給蓄電池充電了。“正?！睙袅帘硎拘铍姵剡B接正常?！胺唇印睙袅帘硎拘铍姵胤唇印?br>
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明:
[0017]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的獨(dú)立運(yùn)行的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)框圖；
[0018]圖2為本實(shí)用新型一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0019]圖3為本實(shí)用新型所述控制面板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4為發(fā)光二極管字符顯示塊、調(diào)節(jié)PWM輸出百分比的按鍵所在電路的電路圖。
[0021]圖中符號(hào)說(shuō)明:
[0022]11 一風(fēng)力機(jī)；12 —控制器;A —蓄電池；14 一逆變器；15 —交流負(fù)載；16 —直流負(fù)載；
[0023]21 —電壓檢測(cè)電路；22 —電流檢測(cè)電路；
[0024]30 —A/D 轉(zhuǎn)換電路；
[0025]40 一單片機(jī)；400 —單片機(jī)I/O 口擴(kuò)展芯片；401 —集成驅(qū)動(dòng)芯片；41 一顯示裝置；42 —鍵盤(pán)；
[0026]50 —D/A 轉(zhuǎn)換電路；
[0027]60 —PWM 輸出電路；
[0028]70—驅(qū)動(dòng)電路；
[0029]80—主充電電路；
[0030]90 一控制面板；91 一發(fā)光二極管字符顯不塊；92 —調(diào)節(jié)PWM輸出百分比的按鍵；93 一蓄電池狀態(tài)顯示燈；94 一蓄電池充電總開(kāi)關(guān)；
[0031]A—蓄電池。

【具體實(shí)施方式】
[0032]如圖2所示，一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的控制裝置，包括電壓檢測(cè)電路21、電流檢測(cè)電路22、A/D轉(zhuǎn)換電路30、單片機(jī)40、顯示裝置41、鍵盤(pán)42、D/A轉(zhuǎn)換電路50、PWM輸出電路60、驅(qū)動(dòng)電路70、主充電電路80，所述電壓檢測(cè)電路21、電流檢測(cè)電路22連接A/D轉(zhuǎn)換電路30，所述單片機(jī)40連接A/D轉(zhuǎn)換電路30，所述顯示裝置41、鍵盤(pán)42連接單片機(jī)40，所述D/A轉(zhuǎn)換電路50連接單片機(jī)40，所述PWM輸出電路60連接D/A轉(zhuǎn)換電路50，所述驅(qū)動(dòng)電路70連接PWM輸出電路60，所述主充電電路80連接驅(qū)動(dòng)電路70，蓄電池A連接主充電電路80。
[0033]所述單片機(jī)40選用AT89C51單片機(jī)。D/A轉(zhuǎn)換電路50使用DAC0832 ；A/D轉(zhuǎn)換電路 30 使用 ADC0809。
[0034]所述驅(qū)動(dòng)電路70的功能是將控制電路送來(lái)的PWM波變成能直接驅(qū)動(dòng)MOSFET的電壓信號(hào)。在驅(qū)動(dòng)電路70和它的前置電路，即控制電路，之間運(yùn)用光耦進(jìn)行隔離，以減充電主電路80對(duì)控制電路的干擾。驅(qū)動(dòng)電路70的主干采用推挽式電路，以降低驅(qū)動(dòng)電路70的靜態(tài)功并提聞驅(qū)動(dòng)能力，驅(qū)動(dòng)更加穩(wěn)定。
[0035]所述主充電電路80采用簡(jiǎn)單的不可控三相整流，開(kāi)關(guān)管選擇驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)速度快且工作頻率高的電力M0SFTE。正常充電情況下兩個(gè)MOS管交替導(dǎo)通和關(guān)斷給蓄電池充電，當(dāng)外界風(fēng)速過(guò)大時(shí)蓄電池充電電流可能過(guò)大，這時(shí)單片機(jī)40就會(huì)調(diào)整主充電電路上的MOSFETI的導(dǎo)通時(shí)間，從而調(diào)節(jié)充電電流，這樣防止蓄電池A因大電流充電縮短壽命。蓄電池A不能吸收的電能將通過(guò)M0SFET2導(dǎo)通在卸荷電阻上，從而保護(hù)蓄電池AJP失速保護(hù)。
[0036]如圖3所示，所述顯示裝置41和鍵盤(pán)42集成在一個(gè)控制面板90上,所述控制面板90包括發(fā)光二極管字符顯示塊91、調(diào)節(jié)PWM輸出百分比的按鍵92、蓄電池A狀態(tài)顯示燈93、蓄電池A充電總開(kāi)關(guān)94、連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)的“U”、“V”、“W”接線柱、連接蓄電池A的“ + ”、“一”接線柱。
[0037]所述發(fā)光二極管字符顯示塊91由單片機(jī)I/O 口擴(kuò)展芯片400通過(guò)控制七位LED共陽(yáng)極動(dòng)態(tài)顯示，其中兩位顯示蓄電池A的充電電流，三位顯示蓄電池A的充電電壓，兩位顯示PWM輸出百分比，所述單片機(jī)I/O 口擴(kuò)展芯片400通過(guò)集成驅(qū)動(dòng)芯片401連接發(fā)光二極管字符顯示塊91。所述調(diào)節(jié)PWM輸出百分比的按鍵92包括“UP”鍵、“DOWN”鍵、“OK”鍵，所述“UP”鍵、“DOWN”鍵、“0K”鍵與單片機(jī)I/O 口擴(kuò)展芯片400的輸入/輸出口連接。由于單片機(jī)I/o 口有限，所以采用8155芯片擴(kuò)展AT89C51單片機(jī)的I/O 口，用8155芯片管理發(fā)光二極管字符顯示塊91和用于調(diào)節(jié)PWM輸出百分比的按鍵92，如圖4所示，8155內(nèi)部RAM用于控制參數(shù)的存儲(chǔ)，PA、PB 口用于發(fā)光二極管字符顯示塊91顯示，PC 口用于調(diào)節(jié)PWM輸出百分比的按鍵92的輸入。
[0038]如圖4所示,通過(guò)8155控制七位LED共陽(yáng)極動(dòng)態(tài)顯示,其中兩位顯示蓄電池A的充電電流，顯示精確到1A,三位顯示蓄電池A的充電電壓,顯示精確到0.1V,兩位顯示PWM輸出百分比，顯示精確到I。8155提供兩個(gè)8位輸出口，PB輸出段選碼，PA 口輸出位選碼。BIC8718為8位集成驅(qū)動(dòng)芯片401。
[0039]如圖4所示，用于調(diào)節(jié)PWM輸出百分比的按鍵92主要設(shè)定PWM波的輸出寬度。本實(shí)用新型采用獨(dú)立式按鍵，工作形式為中斷掃描方式。8155 PCO 口為“UP”鍵，PCl 口為“DOWN”鍵，PC2 口為“0K”鍵?！癠P”鍵每按下一次PWM輸出百分比就加一，同時(shí)發(fā)光二極管字符顯示塊91將會(huì)顯示相應(yīng)的參數(shù)值。“DOWN”鍵每按下一次PWM輸出百分比就減一?！?K”鍵按下后，表示參數(shù)設(shè)定完畢，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)按照相應(yīng)的設(shè)定值工作。如果設(shè)定值工作一段時(shí)間，不能滿足充電的基本要求系統(tǒng)將推出中斷返回主程序。
[0040]所述蓄電池狀態(tài)顯示燈93包括“充電”燈、“正?！睙?、“反接”燈，所述“充電”燈、“正?！睙?、“反接”燈均為發(fā)光二極管，所述“充電”發(fā)光二極管與“u”、“v”、“w”接線柱并聯(lián)，所述“正?！卑l(fā)光二極管與“反接”發(fā)光二極管分別與“一”接線柱并聯(lián)。
[0041]以上內(nèi)容僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，依據(jù)本實(shí)用新型的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的控制裝置，包括電壓檢測(cè)電路(21)、電流檢測(cè)電路(22)、A/D轉(zhuǎn)換電路(30)、單片機(jī)(40)、顯示裝置(41)、鍵盤(pán)(42)、D/A轉(zhuǎn)換電路(50)、PWM輸出電路(60)、驅(qū)動(dòng)電路(70)、主充電電路(80)，所述電壓檢測(cè)電路(21)、電流檢測(cè)電路(22)連接A/D轉(zhuǎn)換電路(30)，所述單片機(jī)(40)連接A/D轉(zhuǎn)換電路(30)，所述顯示裝置(41)、鍵盤(pán)(42)連接單片機(jī)(40)，所述D/A轉(zhuǎn)換電路(50)連接單片機(jī)(40)，所述PWM輸出電路(60)連接D/A轉(zhuǎn)換電路(50)，所述驅(qū)動(dòng)電路(70)連接PWM輸出電路(60)，所述主充電電路(80)連接驅(qū)動(dòng)電路(70)，蓄電池(A)連接主充電電路(80)，其特征在于:所述顯示裝置(41)和鍵盤(pán)(42)集成在一個(gè)控制面板(90)上，所述控制面板(90)包括發(fā)光二極管字符顯示塊(91)、調(diào)節(jié)PWM輸出百分比的按鍵(92)、蓄電池(A)狀態(tài)顯示燈(93)、蓄電池(A)充電總開(kāi)關(guān)(94)、連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)的“U”、“V”、“W”接線柱、連接蓄電池㈧的“ + ”、“一”接線柱。
2.如權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的控制裝置，其特征在于:所述發(fā)光二極管字符顯示塊(91)由單片機(jī)I/O 口擴(kuò)展芯片(400)通過(guò)控制七位LED共陽(yáng)極動(dòng)態(tài)顯示，其中兩位顯示蓄電池(A)的充電電流，三位顯示蓄電池(A)的充電電壓，兩位顯示PWM輸出百分比，所述單片機(jī)I/O 口擴(kuò)展芯片(400)通過(guò)集成驅(qū)動(dòng)芯片(401)連接發(fā)光二極管字符顯示塊(91) ο
3.如權(quán)利要求2所述的一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的控制裝置，其特征在于:所述調(diào)節(jié)PWM輸出百分比的按鍵(92)包括“UP”鍵、“DOWN”鍵、“OK”鍵，所述“UP”鍵、“DOWN”鍵、“OK”鍵與單片機(jī)I/O 口擴(kuò)展芯片(400)的輸入/輸出口連接。
4.如權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的控制裝置，其特征在于:所述蓄電池狀態(tài)顯示燈(93)包括“充電”燈、“正?！睙?、“反接”燈，所述“充電”燈、“正?！睙簟ⅰ胺唇印睙艟鶠榘l(fā)光二極管，所述“充電”發(fā)光二極管與“U”、“V”、“W”接線柱并聯(lián)，所述“正?！卑l(fā)光二極管與“反接”發(fā)光二極管分別與“ + 一”接線柱并聯(lián)。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK204190428SQ201420567921
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】王福來(lái), 李欽鋒, 朱操超, 潘劍良, 吳永鑫 申請(qǐng)人:蘇州克蘭茲電子科技有限公司