專利名稱：野外高效風光發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及風光發(fā)電領(lǐng)域，特別是一種適用于野外無線基站高效、高可靠性、 長壽命的風光發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
通訊產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，促使了經(jīng)濟的飛躍，各區(qū)域的信號覆蓋率體現(xiàn)了經(jīng)濟的發(fā) 展程度。但由于各區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的程度、地理位置、地形地貌、規(guī)劃等各種原因，很多區(qū)域還 未輸通電網(wǎng)，基于這種情況，近幾年野外的風力發(fā)電、太陽能發(fā)電得到發(fā)展及應(yīng)用。然而風 力發(fā)電與太陽能發(fā)電存在不同的發(fā)電原理、不同的電流形式，使用的蓄能電池不同的充放 電特性，不同的區(qū)域存在不同的氣象特點，所以怎樣對風光互補發(fā)電進行控制，滿足野外的 風光發(fā)電需要高效率、高可靠性以及長壽命要求，成為目前風光發(fā)電控制方式需要突破的 迫切需求。目前市場缺乏成熟的風光發(fā)電系統(tǒng)，已有的產(chǎn)品之考慮能夠發(fā)電即可，輸出給蓄 電池的充電電流很不穩(wěn)定，變化起伏大，影響蓄電池壽命，導(dǎo)致野外的設(shè)備因為電源系統(tǒng)的 不穩(wěn)定，造成維護、維修費用的大量增加。
實用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型提供一種野外高效風光發(fā)電系統(tǒng)， 以實現(xiàn)對風光發(fā)電高效、高可靠性、長壽命的控制方式，并且根據(jù)野外現(xiàn)場特定的氣象條 件，可以靈活的設(shè)置達到良好最佳控制效果。為此，本實用新型采用以下技術(shù)方案野外高效風光發(fā)電系統(tǒng)，包括風力發(fā)電機、 光伏板、蓄電池和給蓄電池充電的充電模塊，其特征在于該系統(tǒng)還包括風力電能整流模塊，與風力發(fā)電機相連，將風力發(fā)電機輸出的交流電轉(zhuǎn)換成直流 電輸出；設(shè)于風力電能整流模塊與充電模塊之間的風力電能充電開關(guān)，控制風力電能整流 模塊與充電模塊之間的通斷，風力發(fā)電機、風力電能整流模塊與風力電能充電開關(guān)形成風 力發(fā)電主回路；光伏電能整流模塊，與光伏板相連，將光伏板輸出的直流電以防反接的方式送入 充電回路；設(shè)于光伏電能整流模塊與充電模塊之間的光伏電能充電開關(guān)，控制光伏電能整流 模塊與充電模塊之間的通斷，光伏板、光伏電能整流模塊與光伏電能充電開關(guān)形成風力發(fā) 電主回路；系統(tǒng)控制器，分別與蓄電池、風力電能充電開關(guān)和光伏電能充電開關(guān)相連，并與分 別設(shè)在風力電能整流模塊和光伏電能整流模塊直流輸出線路上的電流/電壓檢測點相連， 根據(jù)檢測到的電流/電壓信息及蓄電池的電壓信息控制風力電能充電開關(guān)和光伏電能充 電開關(guān)的開閉。作為對上述技術(shù)方案的完善和補充，本實用新型進一步采取如下技術(shù)措施或是這 些措施的任意組合[0014]所述的光伏板與光伏電能整流模塊之間的線路上連有光伏卸荷電路，該光伏卸荷 電路包括光伏卸荷單元和控制光伏卸荷單元與光伏發(fā)電主回路通斷的光伏卸荷開關(guān)，光伏 卸荷開關(guān)與系統(tǒng)控制器相連，系統(tǒng)控制器根據(jù)檢測到的電流/電壓信息控制光伏卸荷開關(guān) 的開閉。所述的風力發(fā)電機與風力電能整流模塊之間的線路上連有風力卸荷電路，該風力 卸荷電路包括風力卸荷單元和控制風力卸荷單元與風力發(fā)電主回路通斷的風力卸荷開關(guān)， 風力卸荷開關(guān)與系統(tǒng)控制器相連，系統(tǒng)控制器根據(jù)檢測到的電流/電壓信息控制風力卸荷 開關(guān)的開閉。由于自然界風力的不穩(wěn)定性，特別是在臺風、颶風、龍卷風等情況下，自然風速 往往遠遠超過風力發(fā)電機設(shè)計的額定風速，同時由于小風力發(fā)電機(一般為2kW以下)出 于成本及自身控制能耗的考慮，一般不考慮自身偏航及調(diào)漿控制，在蓄電池被充飽和，風力 發(fā)電被切出的情況下，風力發(fā)電機處于無負載高速運轉(zhuǎn)，可能導(dǎo)致漿葉或風力發(fā)電機的損 壞或縮短其使用壽命。在蓄電池被充飽和的情況下，采用全卸荷方式將風力發(fā)電能力切除， 轉(zhuǎn)移到卸荷單元上釋放掉，一是可以絕對的防止蓄電池過充，確保蓄電池的壽命，二是有效 的降低風力發(fā)電機在高風速情況下的轉(zhuǎn)速，有效的保證風力發(fā)電機的壽命。所述的光伏電能充電開關(guān)和風力電能充電開關(guān)均為絕緣柵雙極型功率管模塊。系統(tǒng)控制器通過控制風力發(fā)電主回路和光伏發(fā)電主回路中電能充電開關(guān)和卸荷 開關(guān)的開閉調(diào)節(jié)主回路輸出電流，當電能充電開關(guān)閉合，卸荷開關(guān)斷開，回路全部電能進入 蓄電池充電；當電能充電開關(guān)閉合，卸荷開關(guān)閉合，回路部分電能進入蓄電池充電；當電能 充電開關(guān)斷開，卸荷開關(guān)閉合，回路電能不輸給蓄電池充電，全部進入卸荷單元。在系統(tǒng)控制器中預(yù)設(shè)風力充電起始電壓、光伏充電起始電壓、風力充電飽和電壓 和光伏充電飽和電壓，系統(tǒng)控制器檢測風力發(fā)電主回路和光伏發(fā)電主回路的輸出電壓，當 輸出電壓大于充電起始電壓并小于充電飽和電壓時，系統(tǒng)控制器閉合相應(yīng)回路的電能充電 開關(guān)給蓄電池充電，當輸出電壓大于充電飽和電壓時，系統(tǒng)控制器斷開相應(yīng)回路的電能充 電開關(guān)；當切入風力發(fā)電主回路對蓄電池進行充電時，系統(tǒng)控制器檢測風力發(fā)電主回路輸 出的峰值電壓，在峰值電壓相對蓄電池電壓一定的壓差范圍內(nèi)時切入充電，可以有效的防 止切入時對控制回路以及蓄電池的電流沖擊，保證了控制回路的可靠性及蓄電池的壽命； 當蓄電池充電飽和需要切出風力發(fā)電主回路時，先使風力發(fā)電主回路與風力卸荷單元連 通，并經(jīng)過延時后再斷開風力電能充電開關(guān)，這樣有效的防止了風力發(fā)電在切出時產(chǎn)生的 高電壓(風力發(fā)電機在空載情況下出現(xiàn)的高電動勢)對控制回路的沖擊。切入光伏發(fā)電主回路對蓄電池進行充電前，先將光伏發(fā)電主回路與光伏卸荷單元 連通，使光伏發(fā)電主回路輸出電壓被拉低到蓄電池電壓以下，在切入充電狀態(tài)后，延時后將 光伏發(fā)電主回路與光伏卸荷單元斷開；切出光伏發(fā)電主回路時，先將光伏發(fā)電主回路與光 伏卸荷單元連通，延時后再斷開光伏電能充電開關(guān)。光伏發(fā)電在空載時，存在很高的空載電 壓，在切入充電時，會產(chǎn)生沖擊電流；在切出時會產(chǎn)生直流拉弧電流，對控制回路中的元器 件壽命有很大影響。采用光伏電壓監(jiān)測及延時控制，可以有效的防止沖擊電流或拉弧電流 的出現(xiàn)。在系統(tǒng)控制器中預(yù)設(shè)上限充電電流、蓄電池第一電壓飽和值和蓄電池第二電壓飽 和值，充電中將測得的蓄電池電壓與上述兩個飽和值進行比較，若蓄電池電壓低于第一電
4壓飽和值，則控制充電電流為上限電流的士 10%范圍內(nèi)；若蓄電池電壓高于第一電壓飽和 值且低于第二電壓飽和值，則控制充電電流大于蓄電池負載電流且為上限電流的30%。有益效果1)本實用新型采用對風力、太陽能發(fā)電采取獨立的控制，采用獨立的 控制回路及控制方式，實現(xiàn)風力、太陽能發(fā)電能量疊加、分別切除以及自動轉(zhuǎn)換。由于風力 與光伏發(fā)電風別為交、直流不同的形式，并且風力發(fā)電相比光伏發(fā)電，其發(fā)電能量存在較大 的變換范圍以及非連續(xù)性，采用獨立的控制回路及方式，可以實現(xiàn)高效發(fā)電；2)采用絕緣柵雙極型功率管(IGBT)模塊器件作為電力切換、采用滯環(huán)控制方式 分合電力電路。由于野外無線基站對電氣中存在的電力及射頻干擾要求較高，同時風力發(fā) 電機又不允許其負載長期非連續(xù)性變化，本實用新型不采用常規(guī)的PWM調(diào)制方式，而采用 滯環(huán)控制方式切換方式，除了實現(xiàn)對電力回路的可靠控制，同時可以避免負載頻繁突變對 風力發(fā)電機產(chǎn)生的沖擊，還可以降低對用電設(shè)備的電磁干擾；3)是根據(jù)根據(jù)蓄電池的特性、現(xiàn)場用電設(shè)備的功耗以及野外現(xiàn)場的氣象特點，合 理的設(shè)置風力、太陽能發(fā)電能量對蓄電池充電的切入、切出以及組合，實現(xiàn)對蓄電池合理的 充放電，延長其使用壽命。

圖1為本實用新型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實施方式
如圖1所示的野外高效風光發(fā)電系統(tǒng)，風力發(fā)電機、風力電能整流模塊與風力電 能充電開關(guān)形成風力發(fā)電主回路，光伏板、光伏電能整流模塊與光伏電能充電開關(guān)形成光 伏發(fā)電主回路。光伏卸荷電路包括光伏卸荷單元和光伏卸荷開關(guān)，風力卸荷電路包括風力 卸荷單元和風力卸荷開關(guān)。光伏電能充電開關(guān)、風力電能充電開關(guān)以及光伏卸荷開關(guān)均為 絕緣柵雙極型功率管模塊。系統(tǒng)控制器分別與蓄電池、風力電能充電開關(guān)、光伏電能充電開關(guān)、風力卸荷開關(guān) 和光伏卸荷開關(guān)相連，并與分別設(shè)在風力電能整流模塊和光伏電能整流模塊直流輸出線路 上的電流/電壓檢測點相連，根據(jù)檢測到的電流/電壓信息及蓄電池的電壓信息控制各開 關(guān)的開閉。風力發(fā)電主回路中，風力卸荷開關(guān)與風力電能充電開關(guān)分合動作的相互組合，可 以實現(xiàn)以下三種方式1)、風力卸荷開關(guān)斷開，風力電能充電開關(guān)閉合，可以實現(xiàn)風電能量全部進入蓄電 池充電；2)、風力卸荷開關(guān)閉合，風力電能充電開關(guān)閉合，可以實現(xiàn)部分風電能量進入蓄電 池充電；3)、風力卸荷開關(guān)閉合，風力電能充電開關(guān)斷開，可以停止風電能量進入蓄電池充 電，其能量全部進入卸荷電路，防止風力發(fā)電機“飛車”；同時，光伏發(fā)電主回路中，其卸荷開關(guān)與電能充電開關(guān)的組合，可以實現(xiàn)以下與上 述風力發(fā)電相同的三種方式。因此，風力與光伏發(fā)電相互的組合，可以實現(xiàn)以下六種組合 方式一是風光全部充電；二是風光全部退出充電；三是風全部充電，光部分充電；四是風全部充電，光全部退出充電；五是光全部充電，風部分充電，六是風全部充電，光全部退出充 H1^ ο系統(tǒng)控制器中設(shè)置相應(yīng)的控制參數(shù)，包括蓄電池充電上限電流、風力卸荷單元阻 值、光伏卸荷單元阻值、蓄電池循環(huán)充電的起始充電電壓(風力與光伏可以采用不同的電 壓點，具體的設(shè)置根據(jù)當?shù)氐臍庀髼l件，風強光弱則采用風低光高，而風弱光強則采用風高 光低)、蓄電池飽和電壓(也是停止充電電壓，同樣根據(jù)當?shù)貧庀髼l件，風光可以采用不同 的電壓點，其高低設(shè)置原則與上述相同，這樣可以防止蓄電池出現(xiàn)“假”充飽和的情況)、各 種開關(guān)之間切換的延時時間(可以防止電力回路的全分斷或者全閉合，提高控制可靠性及 防止干擾實現(xiàn))以及各種組合電路切換的滯緩延時時間。在運行過程中，系統(tǒng)控制器實時的檢測蓄電池電壓，風力發(fā)電充電電流，光伏發(fā)電 充電電流，并在系統(tǒng)控制器中與相應(yīng)的參數(shù)通過運算，選擇合適的充電主回路組合方式，實 現(xiàn)在充電的過程中，在蓄電池第一電壓飽和點(低點)以下，可以實現(xiàn)最接近上限電流對蓄 電池進行充電；在蓄電池第二電壓飽和點(高點)以下，實現(xiàn)高于負載電流的小電流充電， 可以確保蓄電池因大電流充電出現(xiàn)的“假”飽和現(xiàn)象。當蓄電池被充飽和，風光發(fā)電全部退 出充電，蓄電池通過負載設(shè)備進入放電的循環(huán)周期。低于設(shè)置的起始電壓點后，再次進入風 光充電的循環(huán)周期。在運行的過程中，直流電力回路的分斷采用功率IGBT作為開關(guān)器件，因其有極大 的過流及耐壓余量，可靠性及使用壽命完全能夠得到保證。同時在運行控制過程中，由于 有時間滯緩、充電電壓滯緩，以及風、光發(fā)電自然的持續(xù)特性，實際使用中，一是IGBT開關(guān) 不會產(chǎn)生頻繁的動作，二是在IGBT開關(guān)動作時，由于組合方式以及開關(guān)之間切換的延時時 間限制，能量在回路中的分合成梯度方式實現(xiàn)，不會出現(xiàn)全部分斷與閉合之間的直接轉(zhuǎn)換。卸荷電阻阻值及功率的選取根據(jù)風機、光伏板的額定功率，以及當?shù)噩F(xiàn)場的氣象 條件選取，一般選取為實際發(fā)電功率的一半較合適。關(guān)于蓄電池的起始充電電壓、飽和充 電電壓點以及上限充電電流的選取，可以根據(jù)所使用的蓄電池特性以及現(xiàn)場的氣象條件實 現(xiàn)。應(yīng)當指出，本實施例僅列示性說明本實用新型的原理及功效，而非用于限制本實 用新型。任何熟悉此項技術(shù)的人員均可在不違背本實用新型的精神及范圍下，對上述實施 例進行修改。因此，本實用新型的權(quán)利保護范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。
權(quán)利要求野外高效風光發(fā)電系統(tǒng)，包括風力發(fā)電機、光伏板、蓄電池和給蓄電池充電的充電模塊，其特征在于該系統(tǒng)還包括風力電能整流模塊，與風力發(fā)電機相連，將風力發(fā)電機輸出的交流電轉(zhuǎn)換成直流電輸出；設(shè)于風力電能整流模塊與充電模塊之間的風力電能充電開關(guān)，控制風力電能整流模塊與充電模塊之間的通斷，風力發(fā)電機、風力電能整流模塊與風力電能充電開關(guān)形成風力發(fā)電主回路；光伏電能整流模塊，與光伏板相連，將光伏板輸出的直流電以防反接的方式送入充電回路；設(shè)于光伏電能整流模塊與充電模塊之間的光伏電能充電開關(guān)，控制光伏電能整流模塊與充電模塊之間的通斷，光伏板、光伏電能整流模塊與光伏電能充電開關(guān)形成風力發(fā)電主回路；系統(tǒng)控制器，分別與蓄電池、風力電能充電開關(guān)和光伏電能充電開關(guān)相連，并與分別設(shè)在風力電能整流模塊和光伏電能整流模塊直流輸出線路上的電流/電壓檢測點相連，根據(jù)檢測到的電流/電壓信息及蓄電池的電壓信息控制風力電能充電開關(guān)和光伏電能充電開關(guān)的開閉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外高效風光發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的光伏板與光伏 電能整流模塊之間的線路上連有光伏卸荷電路，該光伏卸荷電路包括光伏卸荷單元和控制 光伏卸荷單元與光伏發(fā)電主回路通斷的光伏卸荷開關(guān)，光伏卸荷開關(guān)與系統(tǒng)控制器相連， 系統(tǒng)控制器根據(jù)檢測到的電流/電壓信息控制光伏卸荷開關(guān)的開閉。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的野外高效風光發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的風力發(fā)電機與 風力電能整流模塊之間的線路上連有風力卸荷電路，該風力卸荷電路包括風力卸荷單元和 控制風力卸荷單元與風力發(fā)電主回路通斷的風力卸荷開關(guān)，風力卸荷開關(guān)與系統(tǒng)控制器相 連，系統(tǒng)控制器根據(jù)檢測到的電流/電壓信息控制風力卸荷開關(guān)的開閉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外高效風光發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的光伏電能充電 開關(guān)和風力電能充電開關(guān)均為絕緣柵雙極型功率管模塊。
專利摘要野外高效風光發(fā)電系統(tǒng)，涉及風光發(fā)電領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)存在可靠性差，使用壽命短等缺陷。本實用新型系統(tǒng)控制器，分別與蓄電池、風力電能充電開關(guān)和光伏電能充電開關(guān)相連，并與分別設(shè)在風力電能整流模塊和光伏電能整流模塊直流輸出線路上的電流/電壓檢測點相連，根據(jù)檢測到的電流/電壓信息及蓄電池的電壓信息控制風力電能充電開關(guān)和光伏電能充電開關(guān)的開閉。實現(xiàn)對風光發(fā)電高效、高可靠性、長壽命的控制方式，并且根據(jù)野外現(xiàn)場特定的氣象條件，可以靈活的設(shè)置達到良好最佳控制效果。
文檔編號H02N6/00GK201687656SQ20092035050
公開日2010年12月29日 申請日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者周璐巍, 鞏思亮, 張唯易, 王營冠, 鐘惠平 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所