科技信息1、引言近年来，我国供电紧张的状况日趋明显。

光伏发电，提高电网的供电效率越来越受到人们的重视。

不少地区为了减小电网供电的峰谷之差，提高供电效率，实行了夜间半价供电的政策，以鼓励用户能够推迟到夜间使用的电器尽量不要在白天使用。

可是，像空调、冰箱这样的制冷电器就不可能只是在夜间使用。

设想一下，如果我们在阳光照耀的白天使用光伏电，在阴雨连绵的天气，再把夜间的低谷电能储存到白天使用，岂不是完美无缺了吗？但是根据现有技术，让发电厂储存巨大的电能较难实现。

光伏发电的并网还在试行阶段。

如果我们能把其分散到千家万户进行，光伏电自家发。

低谷电自家储，居民用电少花了钱，电网也减小了供电的峰谷差，同时提高了供电效率，这显然是利国又利民的一件大好事。

所以，最受欢迎的光伏供电应该是能够全自动地发电、供电、储电及转换。

就像电视机、电冰箱一样，接通电源、设定完毕就再也不需人操心了。

这也是笔者希望得出的最优化方案。

2、全自动实现方案实现全自动地光伏供电优先及转换。

实质上就是实现：在阳光照耀的白天，利用光伏发电给两组蓄电池充电及对用电器供电，到了夜间，由第一组蓄电池逆变后对用电器供电。

次日，如果仍旧阳光照耀，则重复第一天的过程，如果是没有日照的天气，则由第二组蓄电池逆变后对用电器供电。

如果是阴雨连绵，到了夜间，利用电网的低谷电再给第二组蓄电池充电及对用电器供电。

再到了白天，又自动地切断电网，继续转为由第二组蓄电池逆变后对用电器供电。

如果天气转为阳光照耀，电路又转为光伏发电及第一组蓄电池供电。

如果是日照时间较短的白天，当第一组蓄电池在次日早上甚至当天夜间供电不足时，电路自动转换为第二组蓄电池供电（白天的峰电时间）或是电网的低谷电供电（夜间的低谷电时间）。

不允许电网给第一组蓄电池充电。

偶尔，当第二组蓄电池供电也不足时，又能自动地切换为电网供电。

但是，在白天的时候也不允许给第二组蓄电池充电（因为这个时候电网提供的是全价电）。

上述控制实现了：首先使用光伏电。

当光伏电不足时，使用电网的低谷电，几乎不使用电网的高峰电，其控制方案如图1所示。

该方案包括了设定及时间控制电路，充电、逆变电路，欠压切换及锁定电路。

由时间控制电路根据设定的峰谷电时间去控制KA1-1及KA1-2的通断。

由欠压切换电路1根据蓄电池1的端电压高低去控制开关1的通断。

由欠压切换电路2根据蓄电池2的端电压高低去控制开关2的通断。

当蓄电池1供电不足时，切换为蓄电池2供电，同时启动峰谷电时间控制电路，准备全天候利用低谷电。

图1全自动节电器方框图3、电路构成电路原理图如图2所示。

由变压器LT，二极管D1～D2，构成12伏充电电路。

由集成电路IC2、电阻R5和R6、电容C1和C2等构成逆变电路的振荡电路。

调节R5、C1与R6、C2可改变其振荡频率，并可得到所需的脉冲占空比。

稳压集成电路IC1及电容C3给振荡电路及欠压转换电路提供9伏稳压电源。

由三极管VT3、TV4及电阻R1～R4等构成逆变电路的射极跟随缓冲电路。

由VMOS大功率管VT1、VT2及变压器LT等构成逆变电路的功放输出电路。

由电阻R12、R13及集成电路IC5、继电器KA3等构成蓄电池1的欠压转换电路。

由发光二极管ED2及电阻R11构成蓄电池1的供电转换指示电路；当发光二极管ED2熄灭时，表示蓄电池1供电停止。

同时，时间控制电路进入工作状态。

此后转换为电网的低谷电对用电器供电（夜间的低谷电时间）或是蓄电池2逆变后对用电器供电（白天的峰电时间）。

由VT5及R10构成蓄电池1的欠压转换电路的锁定电路，光伏发电能提供12V电压时，VT5导通。

由电阻R8、R9及集成电路IC4、继电器KA2等构成蓄电池2的欠压转换电路。

由发光二极管ED1及电阻R7构成蓄电池2的转换指示电路；当发光二极管ED1点亮时，表示第二组蓄电池供电停止，此后是电网对用电器供电。

由单片机IC3、电子键盘SB1-7及三极管VT6、继电器KA1等构成峰谷电的时间设定及时间控制电路。

由发光二极管ED3及电阻R17构成峰谷电转换指示电路。

当发光二极管ED3点亮时，表示是电网的低谷电为用电器供电。

图2全自动节电器电路原理图4、工作原理在蓄电池1能提供足够电能的白天及黑夜，或者是在蓄电池2提供电能的白天，逆变电路处于工作状态，给用电器供电。

IC2的型号为CD4013，它是CMOS双D触发器，内部有两个完全相同的D触发器。

其中一个触发器(1~6脚)构成自激多谐振荡器，振荡频率为100赫。

另一个触发器（8~13脚）构成双稳态电路，除完成二分频之外，更重要的是使输出波形的正、负半周宽度相等。

CD4013的12、13脚输出相位相反的50赫方波脉冲，经小功率晶体三极管VT3、VT4构成的射极输出器缓冲后，分别作用于VT1、VT2的栅极，使其交替导通，进行功率放大。

从而在变压器LT的低压端有交变的电流流过，在高压端就得到了50赫、有效值为220伏的交流电。

为保证振荡器的频率稳定，采用7809稳压集成稳压块向CD4013集成电路提供9伏稳定电压。

在夜间，由电网的低谷电给蓄电池2充电时，变压器LT的220V绕组（高压端）作为输入端与电网相接。

此时D1、D2起全波整流作用，在和蓄电池相连的两点之间形成约15伏的直流峰值电压给蓄电池2充电。

低功耗单片微处理机IC3，型号为4EC8700，内含中央处理器，算术逻辑单元，输入输出口6个，只读存储器8KB、读写存储器256B，锁存器和电压鉴别器。

它仅仅处理与时间有关的数据，可以根据预先设定的时间程序输出高、低电平。

经三极管VT6去驱动继电器KA1，控制电网对用电器供电与否。

到了夜间的低谷电时间段开始时，它输出高电平。

到了低谷电供电结束的时间时（即白天峰电供电开始的时间），它输出低电平。

在阳光照耀的白天，光伏发电装置给两组蓄电池充电，并通过蓄电池1逆变后对用电器供电。

在蓄电池1连续提供电能的时间里，由IC5及周围元件组成的欠压转换电路也一直在工作中。

蓄电池1的电压为12V时，IC5的3脚输出低电平。

继电器KA3得电，KA3-2的常开触点闭合，逆变电路由蓄电池1供电工作。

同时，触点KA3-1断开，时间控制电路失控，继电器KA1处于常态。

即KA1-1处于断开状态，KA1-2的常闭触点也是处于闭合状态，它们不受时间的控制，从而，逆变电路一直处于工作状态。

如果遇到日照时间较短的白天，或者用电量偶然增大，或者次日上午没有日照的天气等，蓄电池1最终不能满足供电时，蓄电池1的端电压必然下降，当其电压下降10%左右时，IC5的3脚输出高电平，继电器KA3断电，触点KA3-1闭合，时间控制电路工作。

如果此时是白天的峰电时间，单片机IC3输出低电平，VT6截止，继电器KA1仍处于常态。

同时，KA3-2的常开触点断开、常闭触点闭合，逆变电路转为由蓄电池2供电工作。

如果此时是夜间的低谷电时间，单片机输出高电平，VT6饱和导通，继电器KA1得电。

KA1-2的常闭触点断开，逆变电路停止工作；KA1-1闭合，由电网的谷电给用电器供电。

同时KA1-2的常开触点闭合，充电电路处于待工作状态。

充电电路是否工作取决于蓄电池2是否需要充电。

如果遇到阴雨光伏供电优先的全自动节电器电路设计江苏食品职业技术学院机电系张康康高旋石高亮王玉林蔡可健［摘要］电网在额定负载附近运行时的效率最高。

昼夜负载相差较大的电网，存在着很大的节能空间。

调节供电负荷，可以提高电网的供电效率。

光伏发电受天气的影响，不能全天候供电。

本文设计的一种“光伏供电优先的用电调节器”，除了优先使用光伏电之外，还能自动地把夜间的低谷电储存到白天使用，不仅进一步提高了电网的供电效率，而且也为用户节约了电费开支。

该电路采用单片机控制，能够全自动地蓄电、供电及欠压切换，达到了智能方案的最优化，实现了真正意义上的“全自动”。

［关键词］节电器单片机光伏电逆变器充电作者简介：蔡可健（1959-），男，江苏沛县人，教授，研究员级高级工程师，从事“电工电子”教学及其开发研究，在控制技术方面获专利多项，在（EI）核心期刊发表论文多篇。

（下转第268页）——267科技信息连绵的天气，蓄电池1一直得不到光伏充电时，就一直是在白天由蓄电池2逆变后供电，到了夜间由电网的谷电给蓄电池2充电，同时又给用电器供电。

偶尔，在白天用电量增大，蓄电池2最终不能满足供电时，蓄电池2的端电压也必然下降，当其电压下降10%左右时，由IC4及周围元件组成的蓄电池2的欠压转换电路开始工作。

IC4的3脚输出高电平，继电器KA2得电。

KA2-2常开触点闭合，用电器与电网接通，和逆变电路分离，同时KA2-1断开，欠压转换电路实现了自锁。

即使短时间内蓄电池2的端电压回升起来，欠压转换电路也不会再反动作。

到了夜间的低谷电时间段开始时，由于单片机输出高电平，KA1-2的常闭触点断开，继电器KA2被迫断电，使得KA2-1、KA2-2恢复常态。

所以，电网能够给蓄电池2正常充电及对用电器供电。

蓄电池1不能满足供电的时候，也一定是光伏发电关闭的时候。

所以，蓄电池1的欠压转换电路一旦断电，晶闸管VT5立刻阻断。

即使短时间内蓄电池1的端电压回升起来，欠压转换电路也不会再反动作。

到了白天的光伏发电正常时，同时蓄电池1也被光伏电充电到12V 的时候，蓄电池1的欠压转换电路才能正常工作，这时电路又转为由蓄电池1提供电能。

5、时间设定时间程序的写入及写入时的显示是通过电子键盘SB1-7及液晶显示屏LCD 来完成。

电子键盘SB1-7与单片机各脚的连接如图3所示。

图3电子按键与单片机的连接图（1）时间调校。

正常情况下，液晶显示屏LCD 显示的是正常走时状态。

按住“校时”键，同时分别按“周”键，调校星期；按“时”键，调校小时；按“分”键，调校分。

（2）定时调校。

按1次“定时”键，液晶显示屏LCD 开始显示定时状态。

这时可设定每天准备使用低谷电的开始时间“ON ”和结束时间“OFF ”。

连续按“周”键，调校每周的控制形式，液晶显示屏显示出一、二、三、四、五、六、日七个字样时，表示按每天定时控制，即所设定时间按每天24小时循环工作。

再连续按“时”键，调校时；连续按“分”键，调校分。

当调校完第一次的开始时间“1ON ”后，再按一次“定时”键，依照相同的方法调校第一次的结束时间“1OFF ”。

依次再按“定时”键，液晶显示屏LCD 的左下方依次显示（2ON 、2OFF ，……9ON 、9OFF ），分别调校每天的第二次的开始时间和结束时间，第三次的开始时间和结束时间等。

本电路只用其中一个时段就可以了，其余应按“取消”键将它们冻结起来。

调校完毕后，按一下“校时”键，显示屏恢复正常的显示走时状态。

按“控制选择”键，可以把按设定时间的自动控制转换为随机的手动控制。

6、结束语能够实现上述功能的电路并不是惟一的，按照本文给出的电路模式也可以设计出很多种形式的电路。