专利名称：太阳自动跟踪系统停电保护装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳自动跟踪系统，特别涉及太阳自动跟踪系统停电保护装置。
技术背景随着能源和环境问题的日益突出，可再生能源的开发与利用逐渐引起了世人的重视。 太阳能以其清洁、分布范围广、利用方便等特点成为发展较快的可再生能源。太阳能光伏 发电是太阳能利用的主要形式之一，但是由于目前太阳能电池板的价格昂贵，导致光伏发 电的成本居高不下，因此制约了太阳能光伏发电产业的发展。因此如何提高太阳能的利用 效率，降低太阳能利用成本成为目前人们研究的热点。对太阳进行跟踪，保证太阳入射光 线始终垂直入射，提高太阳光照辐射量，是提高太阳利用率简单而有效措施之一。太阳自动跟踪系统，尤其是大容量或者无人值守的太阳自动跟踪系统，具有完备的系 统保护功能是其能否可靠工作并迈向实用化的前提，以往的太阳自动跟踪系统大多只注重 于自动跟踪的主体功能的实现，忽视了紧急情况下太阳自动跟踪系统应急装置的设计。中 国专利200520071297.7 "基于跟踪姿态反馈的太阳跟踪装置"、200620085049.2 "时间光 伏太阳能收集器自动跟踪装置"都只是针对了正常情况下对太阳自动跟踪装置进行了设计， 而对于太阳自动跟踪系统电源突然停电后，跟踪系统如何进行动作与自身保护却没有涉及。 虽然太阳自动系统在电源突然停电后出现大风或者机械共振的概率非常小，但是此种情况 一旦出现，对太阳自动跟踪系统的损坏将是不可恢复的。 发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种太阳自动跟踪停电保护装置，使太阳自动跟踪 系统在偶然停电时，仍然能够应对大风、系统共振等情况，以至于系统本身不受损坏。 本发明解决技术问题所采用的技术方案如下-本发明太阳自动跟踪停电保护装置主要包括电源、电源状态检测鬼路、i继电器、以单 片机PIC16F877作为微控制器的自动跟踪控制器和电机执行系统。所说电源状态检测电路为半波整流型采样电路，电网电压采样信号经光耦隔离，转换 为数字信号，此数字信号直接与微控制器的I/0口相连，微控制器通过对此1/0 口状态判断 的结果，来识别电源是否停电。所说电源是指太阳自动跟踪系统传动装置的电源和备用电源，这里称自动跟踪装置的 电源为主电源，主电源为电网，备用电源采用的是离线式UPS不间断电源，UPS不间断电 源具有供电管理功能。在电网正常时，电网直接为太阳自动跟踪控制系统供电，UPS处于 待机状态；在电网停电后，太阳自动跟踪控制系统的电源自动切换到UPS上，并一直由其 供电直至完成太阳跟踪系统姿态调整的任务，然后由微控制器发出姿态调整完成指令，并 控制延时继电器将太阳自动跟踪控制系统从UPS上断开，防止UPS输出端出现涓流而导致 UPS损坏。所说的微控制器可以是单片机、数字信号处理器DSP，或者是可编程逻辑控制器PLC。 所说的电机执行系统，可以是歩进电机系统、交流伺服电机系统或者是直流电机，执行电机经过减速器或者齿轮变速，与蜗轮蜗杆或者是电动推杆相连，并最终转动光伏阵列使其到达指定位置。本发明太阳自动跟踪停电保护装置通过电源状态检测电路，实时检测跟踪系统的供电 电源，将检测到的电源状态传递给微控制器。跟踪系统正常工作时，跟踪系统传动装置由 电源直接供电；当电源停电时，微控制器接收到电源停电信号，跟踪系统传动装置改由备 用电源供电，并同时执行跟踪系统的复位程序，使太阳跟踪系统处于安全姿态。本发明的有益效果是本发明中的电源状态检测电路，设计简单，成本低廉，工作可靠，具有强电和弱电的 隔离设计，把微控制器等弱电系统与外界的强电系统电网进行了有效电气隔离，同时这一 电气隔离措施也能够防止雷击对控制系统的其它电路造成损坏。另外，本发明选择了离线 式UPS作为备用电源系统，并通过微控制器对其进行管理，传统备用电源UPS与微控制器 的结合，使备用电源系统的构成简单而又可靠。本发明有效地提高了太阳自动跟踪系统运 行的可靠性，使其向实现真正意义上的无人值守工作系统靠近了一步。
图1本发明装置系统组成框图，图中l为电网，2为电网状态检测电路，3为UPS， 4 为继电器，5为单片机PIC16F877， 6为由信号隔离放大电路、步进电机、驱动器、减速器 及旋转机构组成的传动系统，7为自动跟踪系统的控制对象太阳电池光伏阵列；图2为本发明的电网状态检测电路；图3为本发明的电网状态检测电路；图4为本发明的电机执行系统组成框图，图中8为单片机发出的电机控制信号，9为 电机控制信号的隔离放大电路，10为步进电机驱动器，11为步进电机，12为减速器，13 为蜗轮蜗杆、电动推杆等旋转机构；图5为电机控制信号的隔离放大电路。 具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
进一步描述本发明。如图1所示，本发明主要包括电源1 (这里具体指电网)、电网状态检测电路2、备用 电源UPS不间断电源3、继电器4、以单片机PIC16F877作为微控制器的自动跟踪控制器 5、电机执行系统6等。各部分连接方式如下电网状态检测电路2的输入端直接与电网相 连，输出端与自动跟踪控制器5的1/0 口相连，备用电源3输入口与电网相连，输出端与继 电器4相连，继电器4与自动跟踪控制器5的供电端相连，自动跟踪控制器5与电机执行 系统6相连。本发明的电网状态检测电路2如图2和图3所示，AUL2、 AUN2为直流输入端子， 并联在储能电容上，为继电器RY1的控制线圈供电。ACL、 ACN为交流输入端子，与230V 市电电网相连，同时也并联在继电器RY1的公共触点上，压敏电阻R1并联在交流输入端 子ACN与大地之间，压敏电阻R2并联在交流输入端子ACL与大地之间。电阻R3和电阻 R4串联构成分压电路，其公共点与二极管D10的阳极相连，熔丝Fl串联在继电器触点与 端子AN之间，二极管DIO、电解电容EC1和限流电阻R5共同组成半波整流电路。二极 管DIO串联在电阻R3和R5之间，电解电容EC1分别与DIO的阴极和光耦合器Gl的2 脚DW-相连，电阻R5串联在D10的阴极和光耦合器G1的l脚DW+之间。如图3所示，光耦合器TLP521的3脚和4脚为光耦合器的输出端，3脚与地相连，4 脚经过电阻R6与+5V电源相连，三极管Nl的基极通过电阻R8与光耦合器的4脚相连， 三极管N1的集电极为电网状态检测电路的输出端子，标记为DDS,它通过电阻R7与+5V 电源相连。本发明的电机执行系统6如图4所示，电机控制信号8由太阳自动跟踪控制器发出， 传递给电机控制信号隔离放大电路9，电机控制信号隔离放大电路9的输入侧接太阳自动跟 踪控制器，输出侧与电机驱动器IO相连，电机驱动器IO直接驱动步进电机11，步进电机 11与减速机构12中的齿轮相连，经过减速和力矩放大后，拖动机械旋转机构13转动。图5所示为电机控制信号隔离放大电路9，电机控制信号BJDJ经过电阻R9与三极管 Nll的基极相连，电阻R10并联在三极管N11的基极与地GND之间，三极管N11的发射 极与地GND相连，集电极与光耦合器TLP521的2脚相连，光耦合器TLP521的1脚经上 拉电阻R6与+5V电源相连，光耦合器TLP521的3脚接地DGND，光耦合器TLP521的4 脚经电阻R6与DS+5V电源相连。本发明工作过程如下电网首先与备用电源UPS 3相连，UPS输出端与太阳自动跟踪系统供电端相连，同时
电网还与电网状态检测电路的入口端直接相连。电网正常时，UPS自动识别电网的状态， UPS对自带的蓄电池进行自充电，当充电完成后，电网电压不经过任何处理直接从UPS输 出端接出，为太阳自动跟踪系统供电。直流输入端子AUL2和AUN2与继电器RY1控制线 圈的输入端相连，由储能电容供电。电网正常时，储能电容充电，储能电容为继电器控制 线圈供电，使继电器RY1处于常闭状态，交流输入端子AUL和AUN与电网相连，继电器 RY1闭合后，交流电网经过继电器RY1分别与电阻R3和熔丝F1相连，电阻R3和R4构 成一个分压电路，使电阻R4两端分得电网电压幅值的1/26，熔丝Fl起过流保护的作用。 电阻R4后端连接在由二极管D10、电解电容EC1及电阻R5共同组成的半波整流电路。光 耦合器G1后端电路由5V电源和电阻R6、 R7、 R8和三极管Nl 9013组成，将经隔离后 的电网采样信号转换为数字信号。电网正常时，光耦合器G1导通，电阻R6和R8的连接 点4接地，三极管N1基极为低电平，Nl关断，输出端子DDS为+5V高电平；当电网停电 时，光耦合器G1不导通，电阻R6和R8的连接点4经电阻R6与+5V电源相连，三极管 Nl基极为高电平，三极管Nl导通，输出端子DDS经三极管Nl后与地相连，输出端子DDS 为OV低电平。电网停电时，由于储能电容的作用，仍然可以使继电器4处于常闭状态，直至储能电 容由于放电，其上电压低于为线圈供电的幅值，这段时间约有30min左右，足够让太阳自 动跟踪系统完成所需要的操作。当电网停电后，备用电源UPS 3能够自动进行切换，启动 自身的蓄电池系统，为太阳自动跟踪系统供电，此时输出端子DDS输出为低电平，单片机 5 PIC16F877通过I/O 口读入输出端子DDS的信号，执行电网停电保护程序，发出步进电 机控制信号，此信号通过隔离放大电路9将信号放大并进行电气隔离，传递给步进电机驱 动器10，步进电机驱动器输出三路电机驱动信号，控制步进电机11,步进电机11经过减 速机构12降低转速并提高转动力矩，这里减速机构为减速器、齿轮、蜗轮蜗杆和电动推杆， 减速机构12直接拖动旋转机构13，使太阳光伏阵列转动到一个安全的姿态，电网停电保护 程序执行完后，当为继电器控制线圈供电的储能电容电压低于一定限值，继电器4将处于 常开状态，太阳自动跟踪系统从UPS输出端脱开，直到下一次电网恢复供电，继电器4又 重新处于常闭状态，跟踪系统供电自动恢复，切换到电网。
权利要求
1、一种太阳自动跟踪系统停电保护装置，其特征在于包括电源(1)、电网状态检测电路(2)、备用UPS不间断电源(3)、继电器(4)、以单片机PIC16F877作为微控制器的自动跟踪控制器(5)以及电机执行系统(6)；电网状态检测电路(2)的输入端直接与电网相连，输出端与自动跟踪控制器(5)的I/O口相连，备用电源(3)输入口与电网相连，输出端与继电器(4)相连，继电器(4)与自动跟踪控制器(5)的供电端相连，自动跟踪控制器(5)与电机执行系统(6)相连。
2、 按照权利要求1所述的一种太阳自动跟踪系统停电保护装置，其特征在于电网状态 检测电路(2)中直流输入端子AUL2、 AUN2并联在储能电容上，为继电器RY1的控制 线圈供电；交流输入端子ACL、 ACN与市电电网相连，同时并联在继电器RY1的公共触 点上；压敏电阻Rl并联在交流输入端子ACN与大地之间，压敏电阻R2并联在交流输入 端子ACL与大地之间；电阻R3和电阻R4串联构成分压电路，其公共点与二极管D10的 阳极相连，熔丝Fl串联在继电器触点与端子AN之间，二极管DIO、电解电容EC1和限 流电阻R5共同组成半波整流电路，二极管DIO串联在电阻R3和R5之间，电解电容EC1 分别与D10的阴极和光耦合器G1的2脚DW-相连，电阻R5串联在D 10的阴极和光耦合 器Gl的1脚DW+之间；光耦合器TLP521的3脚和4脚为光耦合器的输出端，3脚与地相 连，4脚经过电阻R6与+5V电源相连，三极管N1的基极通过电阻R8与光耦合器的4脚相 连，三极管N1的集电极为电网状态检测电路的输出端子DDS通过电阻R7与+5V电源相连。
3、 按照权利要求l所述的一种太阳自动跟踪系统停电保护装置，其特征在于电机执行 系统(6)中，电机控制信号(8)由太阳自动跟踪控制器发出，传递给电机控制信号隔离 放大电路(9);电机控制信号隔离放大电路(9)的输入侧接太阳自动跟踪控制器，输出侧 与电机驱动器(10)相连；电机驱动器(10)直接驱动步进电机(11)，步进电机(11)与 减速机构(12)中的齿轮相连，经过减速和力矩放大后，拖动机械旋转机构(13)转动。
4、 按照权利要求3所述的一种太阳自动跟踪系统停电保护装置，其特征在于电机控制 信号隔离放大电路(9)中，电机控制信号BJDJ经过电阻R9与三极管Nil的基极相连， 电阻R10并联在三极管N11的基极与地GND之间，三极管Nll的发射极与地GND相连； 集电极与光耦合器TLP521的2脚相连，光耦合器TLP521的1脚经上拉电阻R6与+5V电 源相连，光耦合器TLP521的3脚接地DGND，光耦合器TLP521的4脚经电阻R6与DS+5V 电源相连。
全文摘要
一种太阳自动跟踪系统停电保护装置，包括电源(1)、电网状态检测电路(2)、备用电源(3)、继电器(4)、自动跟踪控制器(5)、电机执行系统(6)。电网状态检测电路(2)的输入端与电网相连，输出端与自动跟踪控制器(5)I/O口相连，备用电源(3)输入口与电网相连，输出端与继电器(4)相连，继电器(4)与自动跟踪控制器(5)的供电端相连，自动跟踪控制器(5)与电机执行系统(6)相连。本发明实时检测跟踪系统的电源，将电源状态传递给自动跟踪控制器(5)。跟踪系统正常工作时，跟踪系统传动装置由电源直接供电；当电源停电时，跟踪系统传动装置改由备用电源供电，并执行跟踪系统的复位程序，使太阳跟踪系统处于安全姿态。
文档编号G05D3/00GK101399451SQ20071017687
公开日2009年4月1日 申请日期2007年11月6日 优先权日2007年11月6日
发明者伍春生, 刘四洋, 彭燕昌, 许洪华 申请人:中国科学院电工研究所;北京科诺伟业科技有限公司