一种户用防逆流控制器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种户用防逆流控制器，包括：包括中央处理器、电压过零检测模块、可控硅控制模块和电源模块，所述中央处理器分别与电压过零检测模块、可控硅控制模块和电源模块电连接。本实用新型属于光伏产品，可以防止小型光伏发电系统直接上网，影响电网的质量，同时又不影响电网直接接入发电系统，保证发电量不够用时随时从电网获得补给。该户用防逆流控制器，简单、方便、可靠、便宜，很适合户用。
【专利说明】一种户用防逆流控制器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种光伏发电产品，特别是涉及一种户用防逆流控制器。
【背景技术】
[0002]三十年来我国经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境被破坏的代价，群众对环境污染问题反应强烈。传统能源的消耗量越来越大，温室气体排放引起全球气候变暖，备受国际社会广泛关注。太阳能作为一种优越的无污染、可再生能源受到世界各国的重视，发达国家都在大力发展光伏产业。在我国，为了引导人们广泛的应用光伏，国家出台了一系列政策，希望把独立光伏发电系统推广到千家万户。在光伏自给式发电系统中，供电部门为了保护电网不受污染和影响，不允许自给式光伏发电系统向电网送电，这就需要用到一种设备一户用防逆流控制器，该控制器只允许电网的电输送给用户，不允许用户侧多余的电输送给电网，而目前这种设备一般比较大型、价格昂贵，难于满足户用自给式光伏发电系统的推广需要，这里给出一种经济、简单、实用、可靠的户用光伏发电系统管理器，以推动光伏发电系统迅速走进亿万家庭。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于提供一种用防逆流控制器，该户用防逆流控制器保证供电电网的电输送给用户，而禁止用户端光伏发电侧多余的电输送给电网，可以保护电网不受污染和影响。
[0004]为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案如下:本实用新型户用防逆流控制器包括中央处理器、电压过零检测模块、可控硅控制模块和电源模块，所述中央处理器分别与电压过零检测模块、可控硅控制模块和电源模块电连接。
[0005]进一步地，本实用新型所述电压过零检测模块包括线性光偶U9、第一限流电阻R2、整流二极管D4、滤波电容ClO和上拉电阻Rl，所述线性光偶U9的第I脚分别与中央处理器的P3.3脚和上拉电阻Rl的第一端电连接，线性光偶U9的第2脚分别与滤波电容ClO的一端和电源模块的电源地电连接，滤波电容ClO的另一端与上拉电阻Rl的第一端电连接，线性光偶U9的第3脚和供电电网的N线连接，线性光偶U9的第4脚与整流二极管D4的输出端电连接；所述整流二极管D4的输入端与第一限流电阻R2的一端电连接，第一限流电阻R2的另一端与供电电网的火线电连接，上拉电阻Rl的第二端与电源模块的电源VCC电连接。
[0006]本实用新型当电压过零检测模块检测到电网的火线电压运行到零点时，电压过零检测模块能够向中央处理器的具有外中断功能的管脚发送脉冲，使中央处理器产生中断；
[0007]当中央处理器产生中断时，在供电电网的电压正半周时，中央处理器控制可控硅控制模块的正向可控硅导通，并控制反向可控硅关闭；在供电电网的电压负半周时，中央处理器I控制可控硅控制模块的正向可控硅关闭，并控制反向可控硅导通。
[0008]进一步地，本实用新型所述可控硅控制模块包括两组可控硅控制电路，第一组可控硅控制电路包含正向可控硅BTAl、第一光耦U3和第一限流电阻R5，正向可控硅BTAl的第一脚同时与光伏发电系统的火线LI和电源模块中的第三整流桥D3的第二脚电连接，正向可控硅BTAl的第二脚与供电电网的火线L电连接，正向可控硅BTAl的第三脚与第一光耦U3的第一脚电连接，第一光耦U3的第二脚与电源模块中的第三整流桥D3的第四脚电连接，第一光耦U3的第三脚与电源模块的第一整流桥Dl的第二脚电连接，第一光耦U3的第四脚与第一限流电阻R5的一端电连接，第一限流电阻R5的另一端与第一三极管Ql的集电极C电连接，第一三极管Ql的发射极E与电源模块的电源地电连接，第一三极管Ql的基极B和第四电阻R4的一端电连接，第四电阻R4的另一端与中央处理器的一个具有I/O功能的管脚Jl电连接；
[0009]第二组可控硅控制电路包含反向可控硅BTA2、第二光耦U4和第二限流电阻R6，反向可控硅BTA2的第一脚同时与供电电网的火线L和电源模块中的第三整流桥D3的第二脚电连接，反向可控硅BTA2的第二脚与光伏发电系统的火线LI电连接，反向可控硅BTA2的第三脚与第二光耦U4的第一脚电连接，第二光耦U4的第二脚与电源模块中的第二整流桥D2的第四脚电连接，第二光耦U4的第三脚与电源模块的第一整流桥Dl的第二脚电连接，第二光耦U4的第四脚与第二限流电阻R6的一端电连接，第二限流电阻R6的另一端与第二三极管Q2的集电极C电连接，第二三极管Q2的发射极E与电源模块的电源地电连接，第二三极管Q2的基极B和第三电阻R3的一端电连接，第三电阻R3的另一端和与中央处理器的另一个具有I/O功能的管脚J2电连接。
[0010]进一步地，本实用新型还包括无线RWNS通讯模块，所述中央处理器、电源模块分别与无线RWNS通讯模块电连接；所述无线RWNS通讯模块用于将来自上位机的控制命令发送给中央处理器，中央处理器能够根据该控制命令将光伏发电系统从供电电网上断开而脱离供电电网运行。
[0011]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:本实用新型属于光伏产品，可以防止小型光伏发电系统直接上网，影响电网的质量，同时又不影响电网直接接入发电系统，保证发电量不够用时随时从电网获得补给；可采用无线通讯传输数据，无需布通讯线，施工方便。该户用防逆流控制器结构简单、使用方便、可靠、成本低，很适合户用，更加适合我们的国情。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型的结构示意框图；
[0013]图2是本实用新型的一种中央处理器的电路原理图；
[0014]图3是本实用新型的一种电压过零检测模块的电路原理图；
[0015]图4是本实用新型的一种可控硅控制模块的电路原理图；
[0016]图5是本实用新型的一种电源模块的电路原理图；
[0017]图6是本实用新型的一种中央处理模块与无线RWNS通讯模块的电路连接关系图；
[0018]图7是220V交流电的过零波形图。
【具体实施方式】[0019]参见图1，本实用新型户用防逆流控制器主要包括中央处理器1、电压过零检测模块2、可控硅控制模块3、电源模块4、无线RWNS通讯模块5，所述中央处理器I分别与电压过零检测模块2、可控硅控制模块3、电源模块4、无线RWNS通讯模块5电连接。
[0020]参见图2，中央处理器I采用具有一定存储容量的单片机即可。作为本实用新型第一种实施方式，如图2所示，Ul选用的是ATMEL公司生产的AT2501芯片；Y1是单片机的外晶振，选用11.0592MHz的晶振即可；C7和C8是外晶振的匹配电容，可选用20PF。晶振Y1、电容C9和ClO组成单片机Ul的振荡器。电阻Rl和电容C9构成一个上电复位电路，保证单片机上电后能可靠复位，保证单片机可靠地开始工作。这部分电路是核心，中央处理器I的P3.3脚(第7脚)与电压过零检测模块2中的线性光耦U5第一脚电连接；中央处理器I的Pl.3 (第15脚)、Pl.5脚分别与可控硅控制模块3的电阻R5、R6电连接。
[0021]作为本实用新型的一种实施方式，如图3所示，电压过零检测模块2包括线性光偶U9、第一限流电阻R2、整流二极管D4、滤波电容ClO和上拉电阻R1，线性光偶U9的第I脚分别与中央处理器I的P3.3脚和上拉电阻Rl的第一端电连接，线性光偶U9的第2脚分别与滤波电容ClO的一端和电源模块4的电源地电连接，滤波电容ClO的另一端与上拉电阻Rl的第二端电连接,线性光偶U9的第3脚和供电电网的N线连接，线性光偶U9的第4脚与整流二极管D4的输出端电连接；整流二极管D4的输入端与第一限流电阻R2的一端电连接，第一限流电阻R2的另一端与供电电网的火线电连接，上拉电阻Rl的另一端与电源模块4的电源VCC电连接。
[0022]线性光偶U9可选用817B型号。限流电阻R2可选用阻值为100K功率为IW的电阻。整流二极管D4可选用IN4007型号，目的是把交流变直流。上拉电阻Rl可选用阻值为30K功率为1/8W的普通电阻。滤波电容ClO可选用0.1uF普通电容。电压过零检测模块2的作用是当供电电网的电压(正弦波)过零时，在中央处理器I的具有外中断功能的脚(如图2所示的P3.3脚)上产生一个下降沿。中央处理器I在这个下降沿到来时，引发中断，实施控制的功能。如图7所示，电压过零检测模块2在电压运行时会在B、D点(电压过零点)产生一个下降沿。
[0023]作为本实用新型的一种实施方式，如图4所示，可控硅控制模块3包括两组可控硅控制电路。其中，第一组可控硅控制电路包含正向可控硅BTAl (从供电电网到光伏发电系统的方向为正向)、第一光I禹U3和第一限流电阻R5,正向可控娃BTAl的第一脚同时与光伏发电系统的火线LI和电源模块4中的第三整流桥D3的第二脚电连接，正向可控硅BTAl的第二脚与供电电网的火线L电连接，正向可控硅BTAl的第三脚与第一光耦U3的第一脚电连接，第一光耦U3的第二脚与电源模块4中的第三整流桥D3的第四脚电连接，第一光耦U3的第三脚与电源模块4的第一整流桥Dl的第二脚电连接，第一光耦U3的第四脚与第一限流电阻R5的一端电连接，第一限流电阻R5的另一端与第一三极管Ql的集电极C电连接，第一三极管Ql的发射极E与电源模块4的电源地电连接，第一三极管Ql的基极B和第三电阻R4的一端电连接，第三电阻R4的另一端与中央处理器I的一个具有I/O功能的管脚Jl电连接。
[0024]第二组可控硅控制电路包含反向可控硅BTA2(从光伏发电系统到供电电源的方向为反向)、第二光I禹U4和第二限流电阻R6。其中，反向可控娃BTA2的第一脚同时与供电电网的火线L和电源模块4中的第三整流桥D3的第二脚电连接，反向可控硅BTA2的第二脚与光伏发电系统的火线LI电连接，反向可控硅BTA2的第三脚与第二光耦U4的第一脚电连接，第二光耦U4的第二脚与电源模块4中的第二整流桥D2的第四脚电连接，第二光耦U4的第三脚与电源模块4的第一整流桥Dl的第二脚电连接，第二光耦U4的第四脚与第二限流电阻R6的一端电连接，第二限流电阻R6的另一端与第二三极管Q2的集电极C电连接，第二三极管Q2的发射极E与电源模块4的电源地电连接，第二三极管Q2的基极B和第四电阻R3的一端电连接，第四电阻R3的另一端和与中央处理器I的另一个具有I/O功能的管脚J2电连接。
[0025]可控硅BTAl和可控硅BTA2可选用可控硅ATMEL449，第一光耦U3和第二光耦U4可选用M0C3021，第一限流电阻R5和第二限流电阻R6可选用阻值为IK功率为1/8W的普通电阻。第一三极管Q1、第二三极管Q2可选用PE8050三极管，第三电阻R3、第四R4可选用阻值为2K功率为1/8W的普通电阻。图4所示的可控硅控制模块3实际上就是两个反并联的单向可控硅控制电路，其中，第一组可控硅控制电路控制正向导通电流，第二组可控硅控制电路控制反向导通电流，通过可控硅控制模块3可以实现电流的单方向流动。
[0026]图5示出了电源模块4的一种通用电路实施方式，也可选用杭州源牌科技有限公司生产的YRP04模块。如图5所示，在电源模块4中，Tl是一个变压器，作用是把AC220V变成两组AC5V，可选用的是功率为2W的两组输出均为5V的普通低频变压器；第一整流桥D1、第二整流桥D2、第三整流桥D3可选用MB6S，第二电容C2为滤波电容，可选用0.1uF普通电容；第一电容Cl、第五电容C5、第六电容C6为稳压电容，均可选用1000Uf/25V普通电解电容；U2为三端稳压芯片7805，可选用ST (意法半导体)公司生产的ST7805 ;第四电容C4为滤波电容，可选用0.1uF普通电容；第三电容C3为稳压电容，可选用220Uf/16V普通电解电容；电源模块4可为整个仪表提供可靠稳定工作电源。其中VAl是提供给可控硅BTAl的正向偏压，VA2是提供给可控硅BTA2的正向偏压，目的是保证可控硅BTAl和可控硅BTAl可靠导通。
[0027]使用线LI连接到可控硅BTl的第一脚和可控硅BT2的第二脚，供电电网与光伏发电系统具有完全相同的相位和频率。如图7所示，供电电网的电压波形图是一个正弦波，当供电电网的电压运行到B点，电压过零检测模块2会在中央处理器I的P3.3脚上产生一个下降沿，引发中央处理器I产生中断(外中断可设置为最高优先级);中央处理器I开始执行中断程序，控制可控硅控制模块3控制可控硅BTAl导通(中央处理器I的Pl.5脚等于1)，中央处理器I控制可控硅BTA2的关闭(中央处理器I的Pl.3脚等于0)，在电源的这个负半周内(B点到C点也就是0.01秒-0.02秒)电流只能从LI流动到L (也就是电能只能从供电电网输送给光伏发电系统)，到了 C点(0.02秒)后中央处理器I开始控制可控硅控制模块3，控制可控硅BTAl关断(中央处理器I的Pl.5脚等于0)，控制可控硅BTA2导通(中央处理器I的Pl.3脚等于I )，在电源的这个正半周内(C点到D点也就是0.02秒-0.03秒)，电流只能通过BTA2单向从L流动到LI (也就是电能只能从供电电网输送给光伏发电系统)，电源下个周期到来时(在D点也就是0.03秒)，电压过零检测模块2重新在中央处理器I的P3.3脚上产生一个下降沿。继续重复以上的控制，就是这样周而复始地控制电流的单向流动，实现电能只能从供电电网输送给户用光伏发电系统，禁止户用光伏发电系统把多余的电能输送给电网，达到防逆流的控制目的。
[0028]如果进一步将中央处理器1、电源模块4分别与无线RWNS通讯模块5电连接，则中央处理器I可以定时地将自身的运行参数和故障等各种信息通过无线RWNS通讯模块5传输给上位机，同时通过无线RWNS通讯模块5接收来自上位机的控制命令(如将光伏发电系统从供电电网上断开而脱离供电电网运行等)，从而实现安全的目的。无线RWNS通讯模块5可选用杭州源牌环境科技有限公司生产的无线RWNS通讯模块。如图6所示，中央处理器I的11脚、9脚、8脚、6脚、14脚、13脚、12脚分别对应地与无线RWNS通讯模块5的I脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚、7脚电连接。无线RWNS通讯模块5的8脚、9脚分别对应地与电源模块4的电源VCC和地电连接。
【权利要求】
1.一种户用防逆流控制器，其特征在于:包括中央处理器(I)、电压过零检测模块(2)、可控硅控制模块(3)和电源模块(4)，所述中央处理器(I)分别与电压过零检测模块(2)、可控硅控制模块(3)和电源模块(4)电连接。
2.根据权利要求1所述的户用防逆流控制器，其特征在于:所述电压过零检测模块(2)包括线性光偶U9、第一限流电阻R2、整流二极管D4、滤波电容ClO和上拉电阻R1，所述线性光偶U9的第I脚分别与中央处理器(I)的P3.3脚和上拉电阻Rl的第一端电连接，线性光偶U9的第2脚分别与滤波电容ClO的一端和电源模块(4)的电源地电连接，滤波电容ClO的另一端与上拉电阻Rl的第一端电连接,线性光偶U9的第3脚和供电电网的N线连接，线性光偶U9的第4脚与整流二极管D4的输出端电连接；所述整流二极管D4的输入端与第一限流电阻R2的一端电连接，第一限流电阻R2的另一端与供电电网的火线电连接，上拉电阻Rl的第二端与电源模块(4)的电源VCC电连接。
3.根据权利要求1或2所述的户用防逆流控制器，其特征在于:所述可控硅控制模块(3)包括两组可控硅控制电路，第一组可控硅控制电路包含正向可控硅BTA1、第一光耦U3和第一限流电阻R5,正向可控娃BTAl的第一脚同时与光伏发电系统的火线LI和电源模块(4)中的第三整流桥D3的第二脚电连接，正向可控硅BTAl的第二脚与供电电网的火线L电连接，正向可控娃BTAl的第三脚与第一光稱U3的第一脚电连接,第一光稱U3的第二脚与电源模块(4)中的第三整流桥D3的第四脚电连接，第一光耦U3的第三脚与电源模块(4)的第一整流桥Dl的第二脚电连接，第一光耦U3的第四脚与第一限流电阻R5的一端电连接，第一限流电阻R5的另一端与第一三极管Ql的集电极C电连接,第一三极管Ql的发射极E与电源模块(4)的电源地电连接，第一三极管Ql的基极B和第四电阻R4的一端电连接，第四电阻R4的另一端与中央处理器(I)的一个具有I/O功能的管脚Jl电连接； 第二组可控硅控制电路包含反向可控硅BTA2、第二光耦U4和第二限流电阻R6，反向可控硅BTA2的第一脚同时与供电电网的火线L和电源模块(4)中的第三整流桥D3的第二脚电连接，反向可控硅BTA2的第二脚与光伏发电系统的火线LI电连接，反向可控硅BTA2的第三脚与第二光耦U4的第一脚电连接，第二光耦U4的第二脚与电源模块(4)中的第二整流桥D2的第四脚电连接，第二光耦U4的第三脚与电源模块(4)的第一整流桥Dl的第二脚电连接，第二光耦U4的第四脚与第二限流电阻R6的一端电连接，第二限流电阻R6的另一端与第二三极管Q2的集电极C电连接，第二三极管Q2的发射极E与电源模块(4)的电源地电连接，第二三极管Q2的基极B和第三电阻R3的一端电连接，第三电阻R3的另一端和与中央处理器(I)的另一个具有I/O功能的管脚J2电连接。
4.根据权利要求1或2所述的户用防逆流控制器，其特征在于:还包括无线RWNS通讯模块(5)，所述中央处理器(I)、电源模块(4)分别与无线RWNS通讯模块(5)电连接。
5.根据权利要求3所述的户用防逆流控制器，其特征在于:还包括无线RWNS通讯模块(5 )，所述中央处理器(I )、电源模块(4 )分别与无线RWNS通讯模块(5 )电连接。
【文档编号】H02J3/38GK203826983SQ201420116461
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年3月15日 优先权日:2014年3月15日
【发明者】朱好仁, 曾林春, 陈资博, 苏森良 申请人:杭州国电能源环境设计研究院有限公司