專(zhuān)利名稱：一種離網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)智能控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電氣控制工程領(lǐng)域，更具體的說(shuō)涉及一種離網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)的智能控制器。
背景技術(shù)：
可再生能源的綜合利用對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)起著十分重要的作用。風(fēng)能和太陽(yáng)能是應(yīng)用比較廣泛的兩種可再生能源，由于風(fēng)能和太陽(yáng)能在資源條件和技術(shù)應(yīng)用上都有很好的互補(bǔ)特性，故目前風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)已成為了一種經(jīng)濟(jì)合理的供電方式，其中離網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)供電統(tǒng)則作為其典型應(yīng)用，可以滿足遠(yuǎn)離電網(wǎng)地區(qū)的獨(dú)立供電要求，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。但是，目前離網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)，普遍存在著無(wú)法充分利用風(fēng)/光資源、發(fā)電效率低的問(wèn)題；另外，由于風(fēng)/光資源的隨機(jī)性強(qiáng)、波動(dòng)大，系統(tǒng)中作為能量?jī)?chǔ)存環(huán)節(jié)的蓄電池也經(jīng)常出現(xiàn)由于充放電控制策略不當(dāng)而造成使用壽命縮短的現(xiàn)象。有鑒于此，本發(fā)明人針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)的上述缺陷深入研究，遂有本案產(chǎn)生。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種離網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)智能控制器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中離網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)存在發(fā)電效率低以及蓄電池使用壽命短的問(wèn)題。為了達(dá)成上述目的，本實(shí)用新型的解決方案是—種離網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)智能控制器，該離網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)具有風(fēng)力發(fā)電組件、光伏電池組件、蓄電池以及逆變器，該蓄電池與逆變器相連，其中，該智能控制器包括存儲(chǔ)有最大功率點(diǎn)跟蹤控制算法的控制電路以及均與控制電路相連的傳感電路、雙向直流升降壓式變換電路和雙輸入升降壓斬波電路，該最大功率點(diǎn)跟蹤控制算法分別對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電組件和光伏電池組件而互不相同；該風(fēng)力發(fā)電組件的直流輸出端與光伏電池組件的直流輸出端分別與雙輸入升降壓斬波電路的輸入端相連，該雙輸入升降壓斬波電路的輸出端與逆變器相連；該雙向直流升降壓式變換電路的輸入端與風(fēng)力發(fā)電組件的直流輸出端和光伏電池組件的直流輸出端均相連，該雙向直流升降壓式變換電路的輸出端與蓄電池相連；該傳感電路感測(cè)蓄電池、風(fēng)力發(fā)電組件和光伏電池組件的狀態(tài)并將得到的感測(cè)信號(hào)發(fā)送至控制電路。進(jìn)一步，該風(fēng)力發(fā)電組件與光伏電池組件的輸出端還均設(shè)置有整流器。采用上述結(jié)構(gòu)后，本實(shí)用新型通過(guò)采用雙輸入升降壓斬波電路而實(shí)現(xiàn)風(fēng)能和太陽(yáng)能的最大功率輸出，并分別采用不同控制算法作為各自發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT) 控制策略，從而能夠提高系統(tǒng)的發(fā)電效率；同時(shí)通過(guò)采用雙向直流升降壓式變換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)蓄電池的充放電管理，該傳感電路所檢測(cè)到的參數(shù)在具體實(shí)施時(shí)，其除了包括電壓、電流等控制量之外，還可以引入溫度、荷電狀態(tài)(SOC)等作為新的判斷參量，從而提高了蓄電池可接受充電電流，提升蓄電池的荷電水平，在提高充放電效率的前提下還能延長(zhǎng)其使用壽命。

[0010]圖1為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的原理結(jié)構(gòu)框圖；[0011]圖2為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的控制原理框圖；[0012]圖3為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例中風(fēng)力發(fā)電最大功率跟蹤策略圖[0013]圖4為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例中光伏發(fā)電最大功率跟蹤策略圖[0014]圖5為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例中蓄電池充放電控制電路圖；[0015]圖6為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例中蓄電池充放電控制策略圖。[0016]圖中[0017]風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)100[0018]風(fēng)力發(fā)電組件1光伏電池組件 2[0019]蓄電池3逆變器 4[0020]雙向直流升降壓式變換電路5雙輸入升降壓斬波電路具體實(shí)施方式
為了進(jìn)一步解釋本實(shí)用新型的技術(shù)方案，下面通過(guò)具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)闡述。如圖1所示，其示出的為本實(shí)用新型涉及的智能控制器應(yīng)用在離網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)100時(shí)的示意圖，該離網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)100具有風(fēng)力發(fā)電組件1、光伏電池組件2、蓄電池3以及逆變器4，該蓄電池3與逆變器4相連，具體的，該風(fēng)力發(fā)電組件1與光伏電池組件2的輸出端還均設(shè)置有整流器(圖中未示出)。需要說(shuō)明的是，該風(fēng)力發(fā)電組件 1、光伏電池組件2、蓄電池3和逆變器4均可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的任意結(jié)構(gòu)，只要能達(dá)到基本作用即可。該智能控制器包括控制電路(圖中未示出)、傳感電路(圖中未示出)、雙向直流升降壓式變換電路5和雙輸入升降壓斬波電路6，該控制電路存儲(chǔ)有最大功率點(diǎn)跟蹤控制算法，該傳感電路、雙向直流升降壓式變換電路5和雙輸入升降壓斬波電路6均與控制電路相連，該最大功率點(diǎn)跟蹤控制算法分別對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電組件1和光伏電池組件2而互不相同；該風(fēng)力發(fā)電組件1的直流輸出端與光伏電池組件2的直流輸出端分別與雙輸入升降壓斬波電路6的輸入端相連，該雙輸入升降壓斬波電路6的輸出端與逆變器4相連。該雙向直流升降壓式變換電路5的輸入端與風(fēng)力發(fā)電組件1的直流輸出端和光伏電池組件2的直流輸出端均相連，該雙向直流升降壓式變換電路5的輸出端與蓄電池3相連；該傳感電路感測(cè)蓄電池3、風(fēng)力發(fā)電組件1和光伏電池組件2的狀態(tài)并將得到的感測(cè)信號(hào)發(fā)送至控制電路。這樣，本實(shí)用新型至少具有如下有益效果一、通過(guò)采用雙輸入升降壓斬波電路6而實(shí)現(xiàn)風(fēng)能和太陽(yáng)能的最大功率輸出，并分別采用不同控制算法作為各自發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)控制策略，從而能夠提高系統(tǒng)的發(fā)電效率；[0027]二、通過(guò)采用雙向直流升降壓式變換電路5來(lái)實(shí)現(xiàn)蓄電池3的充放電管理，該傳感電路所檢測(cè)到的參數(shù)在具體實(shí)施時(shí)，其除了包括電壓、電流等控制量之外，還可以引入溫度、荷電狀態(tài)(SOC)等作為新的判斷參量，從而提高了蓄電池3可接受充電電流，提升蓄電池3的荷電水平，在提高充放電效率的前提下還能延長(zhǎng)其使用壽命。如圖2所示，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電組件1輸出電壓始終小于蓄電池3端電壓時(shí)，該雙輸入升降壓斬波電路6處于升壓工作狀態(tài)；當(dāng)光伏電池組件2輸出端電壓始終大于蓄電池3端電壓時(shí)，該雙輸入升降壓斬波電路6處于降壓工作狀態(tài)；這樣，由于風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電是相互獨(dú)立的兩個(gè)系統(tǒng)，不僅能夠同時(shí)向負(fù)載和蓄電池3提供直流電能，而且在其中某一發(fā)電系統(tǒng)失效時(shí)，另一個(gè)發(fā)電系統(tǒng)依然能夠保證對(duì)負(fù)載的正常供電，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性；另外，風(fēng)能和太陽(yáng)能兩組發(fā)電系統(tǒng)可以各自通過(guò)控制該電路中的功率開(kāi)關(guān)管的通斷來(lái)達(dá)到最大功率輸出地目的。如圖3所示，其示出的為風(fēng)力發(fā)電組件1的最大功率跟蹤的策略圖，在本系統(tǒng)中， 其采用的為變步長(zhǎng)擾動(dòng)控制算法，首先啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換模塊采集風(fēng)力發(fā)電組件1經(jīng)整流后的輸出電壓和輸出電流，接著判斷標(biāo)志位WF狀態(tài)，如果為風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速已達(dá)到設(shè)定值，可以正常啟動(dòng)風(fēng)力發(fā)電控制子程序；如果當(dāng)前氣候條件不允許，則由控制電路開(kāi)啟其內(nèi)部的變步長(zhǎng)擾動(dòng)MPPT控制算法來(lái)計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)最大功率點(diǎn)的電壓給定值，經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)子程序得到功率管開(kāi)關(guān)周期，最后以PWM信號(hào)輸出，控制相應(yīng)功率器件工作。如圖4所示，其示出的為光伏電池組件2的最大功率跟蹤的策略圖，在本系統(tǒng)中， 其采用的為變步長(zhǎng)MPPT控制方法從而對(duì)光伏電池輸出進(jìn)行最大功率控制，其主要是將開(kāi)關(guān)管AD分為兩個(gè)級(jí)別，較大的AD用在外界環(huán)境突變的情況下對(duì)最大功率點(diǎn)的控制；較小的AD用于光伏電池組件2中太陽(yáng)能電池板工作點(diǎn)在最大功率點(diǎn)附近的控制，從而降低功率振蕩；兩種AD之間的轉(zhuǎn)換是通過(guò)ΔΡ/Δυ在最大功率點(diǎn)兩側(cè)的符號(hào)來(lái)判斷的。如圖5所示，其示出的為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例中蓄電池3充放電控制電路圖，其采用雙向直流升降壓式變換電路5作為蓄電池3與太陽(yáng)能和風(fēng)能輸出端直流電壓的功率平衡控制，主要的控制元件為一對(duì)功率開(kāi)關(guān)管Ql和Q2;當(dāng)太陽(yáng)能和風(fēng)能系統(tǒng)提供的功率小于負(fù)載所需時(shí)，為了維持直流母線側(cè)電壓的穩(wěn)定，該雙向直流升降壓式變換電路5工作在升壓模式，即Ql截止，而Q2導(dǎo)通，該蓄電池3實(shí)現(xiàn)放電；當(dāng)太陽(yáng)能和風(fēng)能系統(tǒng)提供的功率大于負(fù)載所需時(shí)，為了維持直流側(cè)電壓的穩(wěn)定，該雙向直流升降壓式變換電路5工作在降壓模式，即Ql導(dǎo)通，而Q2截止，該蓄電池3實(shí)現(xiàn)充電。如圖6所示，本系統(tǒng)蓄電池3充放電控制時(shí)首先啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換模塊采集直流側(cè)電壓以及蓄電池3電壓電流和溫度，根據(jù)設(shè)定的蓄電池3電壓等級(jí)設(shè)置充放電標(biāo)志位，確認(rèn)蓄電池3的充放電范圍；當(dāng)風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)100輸出電能大于負(fù)載所需，進(jìn)入充電模式。此時(shí)如果蓄電池3端電壓大于充電截止電壓，則封鎖PWM信號(hào)輸出，并設(shè)定風(fēng)能和太陽(yáng)能的啟動(dòng)標(biāo)志位為不允許進(jìn)入狀態(tài)，這樣可以防止蓄電池3過(guò)充現(xiàn)象的發(fā)生；如果低于充電截止電壓則對(duì)蓄電池3進(jìn)行高效快速充電控制；當(dāng)風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)100輸出電能小于負(fù)載所需時(shí)，進(jìn)入放電模式；此時(shí)如果蓄電池3端電壓小于放電截止電壓，則封鎖PWM 信號(hào)輸出，并控制相應(yīng)的功率管將負(fù)載斷開(kāi)，這樣可以防止蓄電池3過(guò)放現(xiàn)象的發(fā)生，從而延長(zhǎng)蓄電池3使用壽命；如果高于放電截止電壓則對(duì)蓄電池3進(jìn)行放電控制。上述實(shí)施例和圖式并非限定本實(shí)用新型的產(chǎn)品形態(tài)和式樣，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對(duì)其所做的適當(dāng)變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本實(shí)用新型的專(zhuān)利范疇。
權(quán)利要求1.一種離網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)智能控制器，該離網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)具有風(fēng)力發(fā)電組件、光伏電池組件、蓄電池以及逆變器，該蓄電池與逆變器相連，其特征在于，該智能控制器包括存儲(chǔ)有最大功率點(diǎn)跟蹤控制算法的控制電路以及均與控制電路相連的傳感電路、 雙向直流升降壓式變換電路和雙輸入升降壓斬波電路，該最大功率點(diǎn)跟蹤控制算法分別對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電組件和光伏電池組件而互不相同；該風(fēng)力發(fā)電組件的直流輸出端與光伏電池組件的直流輸出端分別與雙輸入升降壓斬波電路的輸入端相連，該雙輸入升降壓斬波電路的輸出端與逆變器相連；該雙向直流升降壓式變換電路的輸入端與風(fēng)力發(fā)電組件的直流輸出端和光伏電池組件的直流輸出端均相連，該雙向直流升降壓式變換電路的輸出端與蓄電池相連；該傳感電路感測(cè)蓄電池、風(fēng)力發(fā)電組件和光伏電池組件的狀態(tài)并將得到的感測(cè)信號(hào)發(fā)送至控制電路。
2.如權(quán)利要求1所述的一種離網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)智能控制器，其特征在于，該風(fēng)力發(fā)電組件與光伏電池組件的輸出端還均設(shè)置有整流器。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種離網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)智能控制器，包括控制電路以及均與控制電路相連的傳感電路、雙向直流升降壓式變換電路和雙輸入升降壓斬波電路；該風(fēng)力發(fā)電組件的直流輸出端與光伏電池組件的直流輸出端分別與雙輸入升降壓斬波電路的輸入端相連，該雙輸入升降壓斬波電路的輸出端與逆變器相連；該雙向直流升降壓式變換電路的輸入端與風(fēng)力發(fā)電組件的直流輸出端和光伏電池組件的直流輸出端均相連，該雙向直流升降壓式變換電路的輸出端與蓄電池相連；該傳感電路感測(cè)蓄電池、風(fēng)力發(fā)電組件和光伏電池組件的狀態(tài)并將得到的感測(cè)信號(hào)發(fā)送至控制電路。本實(shí)用新型能夠提高系統(tǒng)的發(fā)電效率；并同時(shí)在提高充放電效率的前提下還能延長(zhǎng)其使用壽命。
文檔編號(hào)H02J7/00GK202218055SQ201120344778
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者劉燁, 盧小芬, 方瑞明, 陳世龍 申請(qǐng)人:華僑大學(xué)