一种基于MPPT的太阳能路灯开关控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于MPPT的太阳能路灯开关控制装置及方法，该装置包括依次连接的光伏电池、DC/DC转换器、蓄电池、开关控制器，所述开关控制器连接路灯；该装置还包括数字信号处理器，所述数字信号处理器通过电压电流采集模块与所述光伏电池连接、通过驱动电路与所述DC/DC转换器连接，并与所述开关控制器连接；所述数字信号处理器采用MPPT控制方法，并通过采集光伏电池的电压和电流得到最大功率，通过比较最大功率与设定阈值的大小来控制开关控制器。与现有技术相比，本发明专利技术利用最大功率点跟踪的特性，代替路灯定时开关和光线传感器的功能，实现路灯智能开关控制。

A Control Device and Method of Solar Street Lamp Switch Based on MPPT

【技术实现步骤摘要】
一种基于MPPT的太阳能路灯开关控制装置及方法
本专利技术涉及照明设备控制
，尤其是涉及一种基于MPPT的太阳能路灯开关控制装置及方法。
技术介绍
目前太阳能电池中晶体硅电池占据了大量的市场份额，在实际应用中，在无法改变室外温度、辐射照度以及更换光伏电池的情况下，需充分发挥光伏电池的能力，尽可能地将光能转换为电能，降低发电成本，而解决这个问题的一个重要方式是采用最大功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking,MPPT)技术。现阶段，太阳电池广泛应用于路灯供电，且已经实现最大功率点跟踪，使光能尽可能的转换为电能。MPPT控制器除了能够使太阳能电池达到最大的充电功率之外，也蕴含着更多的可以被利用的信息。目前有关路灯控制大部分是利用光敏电阻的特性，根据光线强弱的不同传送给单片机不同的信号，再结合声音传感器、红外光电传感器和红外人体识别传感器将检测到的信息传送给单片机，在单片机中经过相关运算处理，给出路灯亮、灭的信号，还有小部分是利用定时开关。这两种控制方式中前者控制较为复杂，成本较高，后者虽为简单但是不仅耗费人力物力，更是对操作人员的安全没有保障。对光伏电池板充电特性的充分利用为解决太阳能路灯根据光照强度适时开关提供了解决思路，这对路灯照明的人性化、智能化、有效节约能源、降低成本等方面有重要的意义。目前，针对太阳能路灯开关的控制方式有定时开关和利用光线传感器控制开关两种方式，还没有充分考虑并利用光伏电池板充电特性来实现开关的智能控制的案例。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于MPPT的太阳能路灯开关控制装置及方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于MPPT的太阳能路灯开关控制装置，包括依次连接的光伏电池、DC/DC转换器、蓄电池、开关控制器，所述开关控制器连接路灯；该装置还包括数字信号处理器，所述数字信号处理器通过电压电流采集模块与所述光伏电池连接、通过驱动电路与所述DC/DC转换器连接，并与所述开关控制器连接；所述数字信号处理器采用MPPT控制方法，并通过采集光伏电池的电压和电流得到最大功率，通过比较最大功率与设定阈值的大小来控制开关控制器。优选的，所述MPPT控制方法具体采用电导增量法。一种采用上述基于MPPT的太阳能路灯开关控制装置的开关控制方法，包括：S1、初始化：通过一段时间内每天的日落时刻和日出时刻，得到平均日落时刻和平均日出时刻，导入数字信号处理器中；S2、路灯状态监测：监测到路灯当前状态为关闭时，进行步骤S3的路灯开启控制，否则，进行步骤S4的路灯关闭控制；S3、路灯开启控制：在平均日落时刻之前判断光伏电池的最大功率是否持续一段时间小于开关阈值，若是，则记录该时刻为路灯开启时刻并控制路灯开启，否则重新计时监测；S4、路灯关闭控制：在平均日出时刻前后的设定时间段内不断判断光伏电池的最大功率是否大于开关阈值，若是，则记录该时刻为路灯关闭时刻并控制路灯关闭；S5、数据更新：分别根据当日的路灯开启时刻和路灯关闭时刻更新日落时刻和日出时刻的数据。优选的，所述步骤S3具体包括：在平均日落时刻前的设定时间开始持续检测光伏电池的最大功率，当最大功率小于开关阈值时开始计时，每隔设定分钟检测一次，连续监测多次，若计时期间出现最大功率大于开关阈值时，则重新计时，若计时期间最大功率都小于开关阈值，则记录计时结束时刻为路灯开启时刻，并控制路灯开启。优选的，所述步骤S4中：若在平均日出时刻前后的设定时间段内光伏电池的最大功率都小于开关阈值，则判定为特殊天气，控制路灯关闭。优选的，所述步骤S5中根据当日的路灯开启时刻更新日落时刻具体包括：判断平均日落时刻与当日的路灯开启时刻的差值的绝对值是否小于第一设定误差，若是，则将当日的路灯开启时刻设定为新的日落时刻并重新计算平均日落时刻。优选的，所述步骤S5中根据当日的路灯关闭时刻更新日出时刻具体包括：判断平均日出时刻与当日的路灯关闭时刻的差值的绝对值是否小于第二设定误差，若是，则将当日的路灯关闭时刻设定为新的日出时刻并重新计算平均日出时刻。与现有技术相比，本专利技术除利用太阳能电池通过DC/DC转换电路和MPPT控制技术将太阳能储存在蓄电池中对路灯进行供电外，同时利用最大功率点跟踪的特性，代替路灯定时开关和光线传感器的功能，实现路灯智能开关控制，改善了传统路灯定时开关时间过早或过晚的问题，同时也在一定程度上节约了成本；对光伏电池板充电特性的充分利用为解决太阳能路灯根据光照强度适时开关提供了解决思路，这对路灯照明的人性化、智能化、有效节约能源、降低成本等方面有重要的意义。附图说明图1为本专利技术路灯开关控制装置的结构示意图；图2为开关控制器结构图；图3为光照强度不同情况下I-V特性曲线；图4为光照强度不同情况下P-V特性曲线；图5为光伏电池板电路等效模型；图6为本专利技术路灯开关控制策略框图；图7为最大功率随光照强度变化曲线；图8为最大功率随光照强度变化曲线局部放大图；图9为本专利技术开关控制过程流程图；图10为本专利技术中路灯开启过程流程图；图11为本专利技术中路灯关闭过程流程图；图12为本专利技术中数据更新过程流程图。图中标注：1、光伏电池，2、DC/DC转换器，3、蓄电池，4、开关控制器，5、路灯，6、数字信号处理器，7、电压电流采集模块，8、驱动电路，9、按键，10、显示屏。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例如图1所示，本申请提出一种基于MPPT的太阳能路灯开关控制装置，包括依次连接的光伏电池1、DC/DC转换器2、蓄电池3、开关控制器4，开关控制器4连接路灯5。该装置还包括数字信号处理器6(DSP)，数字信号处理器6通过电压电流采集模块7与光伏电池1连接、通过驱动电路8与DC/DC转换器2连接，并与开关控制器4连接。数字信号处理器6采用MPPT控制方法，并通过采集光伏电池1的电压和电流得到最大功率，通过比较最大功率与设定阈值的大小来控制开关控制器4。其中，光伏电池1为多晶硅太阳能电池板组件，采用HT60-156P-4BB-265型号。DC/DC转换器2包括N沟道MOS场效应管，具体采用25N60MOSFET。蓄电池3采用24V锂电池。电压电流采集模块7包括型号为LEM-LV25-P的霍尔电压传感器和LEM-LA25-NP的霍尔电流传感器。开关控制器4包括继电器开关，其构成如图2，DSP给出高低电平控制信号，控制继电器JK的开关，进而控制路灯5的开启和关闭。数字信号处理器6包括DSP主控芯片和与DSP主控芯片连接的程序存储器、数据存储器、输入接口、输出接口、A/D转换模块、D/A转换模块、UART接口等构成的外围电路，且数字信号处理器6还可以接有显示屏10和按键9。在路灯开关控制系统中，由光伏电池1将光能转化为电能，输出电压经Boost升压电路，获得较高的直流母线电压，并将电能储存在蓄电池3中。其中DSP主控芯片能采集光伏电池1输出的电压、电流并输出PWM来控制Boost升压电路，使光伏电池1工作在最大功率点，并将最大功率与设定值相比较从而输出信号控制蓄电池3充放电。本装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MPPT的太阳能路灯开关控制装置，其特征在于，包括依次连接的光伏电池、DC/DC转换器、蓄电池、开关控制器，所述开关控制器连接路灯；该装置还包括数字信号处理器，所述数字信号处理器通过电压电流采集模块与所述光伏电池连接、通过驱动电路与所述DC/DC转换器连接，并与所述开关控制器连接；所述数字信号处理器采用MPPT控制方法，并通过采集光伏电池的电压和电流得到最大功率，通过比较最大功率与设定阈值的大小来控制开关控制器。

【技术特征摘要】
1.一种基于MPPT的太阳能路灯开关控制装置，其特征在于，包括依次连接的光伏电池、DC/DC转换器、蓄电池、开关控制器，所述开关控制器连接路灯；该装置还包括数字信号处理器，所述数字信号处理器通过电压电流采集模块与所述光伏电池连接、通过驱动电路与所述DC/DC转换器连接，并与所述开关控制器连接；所述数字信号处理器采用MPPT控制方法，并通过采集光伏电池的电压和电流得到最大功率，通过比较最大功率与设定阈值的大小来控制开关控制器。2.根据权利要求1所述的一种基于MPPT的太阳能路灯开关控制装置，其特征在于，所述MPPT控制方法具体采用电导增量法。3.一种采用权利要求1～2任一所述的基于MPPT的太阳能路灯开关控制装置的开关控制方法，其特征在于，包括：S1、初始化：通过一段时间内每天的日落时刻和日出时刻，得到平均日落时刻和平均日出时刻，导入数字信号处理器中；S2、路灯状态监测：监测到路灯当前状态为关闭时，进行步骤S3的路灯开启控制，否则，进行步骤S4的路灯关闭控制；S3、路灯开启控制：在平均日落时刻之前判断光伏电池的最大功率是否持续一段时间小于开关阈值，若是，则记录该时刻为路灯开启时刻并控制路灯开启，否则重新计时监测；S4、路灯关闭控制：在平均日出时刻前后的设定时间段内不断判断光伏电池的最大功率是否大于开关阈值，若是，则记录该时刻为路灯关闭时刻并控制路灯关闭；S5、数据更新...

【专利技术属性】
技术研发人员：江友华，杨金婉，王春吉，刘子瑜，谢振刚，宫唯佳，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31