CN101860057A - 基于三相双电压整流的风光能源智能控制器 - Google Patents

基于三相双电压整流的风光能源智能控制器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于三相双电压整流的风光能源智能控制器，其特征是设置用于监控电路状态并控制蓄电池充放电模式的控制中心；以风力发电机输出的三相交流为输入，经过三相双电压整流滤波电路后进入DC/DC转换电路；以太阳能电池板输出的直流为输入，经过防反向放电保护电路后进入DC/DC转换电路；控制中心检测电路中的电压电流，控制三相双电压整流电路的整流模式，调节PWM信号，控制充放电模式，显示电路状态。所述三相双电压整流滤波电路由整流桥、切换开关、储能滤波电容、采样电路和控制电路组成。本发明根据风能输入电压大小自动切换整流模式，使得控制器能在风力发电机低风速启动阶段和额定转速阶段均具有高效、稳定的电力输出。

Description

基于三相双电压整流的风光能源智能控制器
技术领域
本发明为一种基于三相双电压整流的风光能源智能控制器，涉及风能、太阳能等具有不确定性的能源的存储和利用的技术领域，本发明可用于风光能源互补路灯照明、风光能源互补道路监控、风光互补独立电源等领域。
背景技术
开发风能、太阳能等可再生能源，是缓解能源矛盾的重要措施，是世界各国能源可持续发展的战略决策，风光互补系统是有效利用风能和光能的最优选择。但是，风能和太阳能通常受到自然条件的限制，不仅在地域上差别迥异，而且随时间变化具有很强的不确定性，相应的，所转化得到的电压、电流和功率也具有很强的不确定性。
风能发电具有间歇性瞬时变化的特点，而目前微型风力发电机的额定功率通常为8m/s，而风力发电机的低风速启动电压通常为3m/s，风力发电机的输出是随风速变化波动很大的交流值。风力发电机的输出需要经过整流滤波后才能输入到后续的DC/DC模块进行变换，传统的整流技术一般采用三相全桥整流电路。授权公告号为CN201332287Y的专利“用于不确定性能源转化、存储和利用的智能控制器”就公开了这样一种风光互补控制电路，其风能输入经三相全桥整流滤波后进入DC/DC模块。但是，这种整流电路整流后的输出仍然是随风速变化波动很大的直流电，而后续DC/DC模块只能转换一定范围内波动的直流电，这就会造成浪费。有两种可能的情况：一种情况是增大后续DC/DC模块的输入电压范围，这不仅将增加DC/DC模块设计的难度，而且将降低DC/DC模块的效率；另一种情况是不增大后续DC/DC模块的输入电压范围，那么，为了保障控制器在风机额定风速时的效率，风机低风速启动阶段将难以对蓄电池充电。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种能在风力发电机低风速启动阶段和额定转速阶段均具有高效、稳定的电力输出的智能控制器。利用智能控制装置，获得稳定可靠的电力输出，并存储到蓄电池中，使之能直接对直流负载进行供电。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
本发明基于三相双电压整流的风光互补智能控制器的结构特点是：设置用于监控电路状态并控制蓄电池充放电模式的控制中心；风力发电机的三相交流信号从交流输入接口输入，经过三相双电压整流滤波电路后进入DC/DC转换电路；太阳能电池板的直流信号从直流输入接口输入，经过防反向放电保护后进入DC/DC转换电路；所述控制中心根据所检测的电路中电压电流信号控制三相双电压整流电路的整流模式、调节PWM信号用以控制充放电模式，并显示电路状态。
本发明基于三相双电压整流的风光互补智能控制器的结构特点也在于：
所述三相双电压整流滤波电路由整流电路、切换开关、储能滤波电容、采样电路和控制电路组成。
所述三相双电压整流滤波电路中的整流电路包括两个并联的两相全桥整流电路DB1和DB2；针对所述切换开关的两种不同的连接位置，所述两相全桥整流电路DB1和DB2与储能滤波电容C1和C2共同组成三相全桥整流电路或倍压整流电路。
所述切换开关的两种不同的连接位置是由控制中心控制；设置由电阻R1、R2和储能滤波电容C3组成的分压采样电路，设置由IGBT管Q1、电阻R3、R4和二极管D7组成的执行控制电路；所述控制中心根据储能滤波电容C3上的采样电压通过所述执行控制电路控制切换开关K1的连接位置。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明通过引入三相双电压整流电路将风力发电机在低风速启动阶段和额定风速阶段产生的电能转换到同一个电压区间，使得控制器在风力发电机低风速启动阶段和额定转速阶段均具有高效、稳定的电力输出。
2、本发明系统结构简单、输出稳定、效率高，降低了对风光互补系统对风力资源的要求，具有很强的实用性和推广性。
3、本发明可用于风光能源路灯照明、风光能源道路监控、风光能源独立电源等领域。
附图说明
图1为本发明结构框图。
图2为本发明三相双电压整流滤波电路原理图。
图3为本发明三相双电压整流滤波电路的等效电路原理图。
图4为本发明三相双电压整流滤波电路的控制线路原理图。
以下通过具体实施方式，结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施方式
参见图1，设置用于监控电路状态并控制蓄电池充放电模式的控制中心，控制中心检测电路中的电压电流，控制三相双电压整流电路的整流模式，调节PWM控制模式，控制充放电模式，显示电路状态。具体实施中，风力发电机的三相交流信号从交流输入接口输入，经过三相双电压整流滤波电路后进入DC/DC转换电路；太阳能电池板的直流信号从直流输入接口，经过防反向放电保护后进入DC/DC转换电路。控制中心控制通过切换整流模式、调节PWM信号控制蓄电池的充电模式；通过检测蓄电池状态控制负载工作模式，并由显示模块指示电路当前状态。
参见图2，三相双电压整流滤波电路由整流电路、切换开关、储能滤波电容、采样电路和控制电路组成。Vi为风能输入，三相交流分别从A、B、C三相接口输入。整流电路包含两个并联的两相全桥整流电路DB1和DB2，根据切换开关K1的两种连接位置，与储能滤波电容C1和C2共同组成三相全桥整流电路或倍压整流电路。电阻R1、R2和电容C3组成分压采样电路，采集储能滤波电容C1上的电压VSample。继电开关K1、IGBT管Q1、电阻R3、R4、继电开关K1、二极管D7组成控制电路，接受从控制中心输出的控制信号VControl，控制开关K1的连接位置。
参见图3，图3是图2电路的等效原理图。图2中DB1、DB2组成的整流电路等效为D1、D2、D3、D4、D5、D6组成的三相全桥连接，继电开关K1及控制电路等效为切换开关K1。开关K1的2脚和3脚相连时，电路为三相全桥整流电路，电容C1，C2串联与电感L1组成滤波电路。开关K1的1脚和2脚相连时，二极管D5，D6分别与电容C1，C2并联。D5和D6在整个周期内都将一直处于反向偏置状态，不再动作。在A相高于C相时，D1导通对C1充电，C1的上端为正，下端为负；在C相高于A相时，D2导通对C2充电，C2上端为正，下端为负；在B相高于C相时，D3导通对C1充电，C1的上端为正，下端为负；在C相高于B相时，D4导通对C2充电，C2上端为正，下端为负。电容C1和C2串联，输出电压为两电容串联电压之和。
参见图4，智能控制器的控制中心以单片机ATmega8-16为核心，风能输入电压的分压采样信号VSample输入到单片机的AD口，单片机根据该采样电压判断采用三相全桥整流或倍压整流模式，其控制信号VControl从单片机的PB口输出，通过控制电路决定开关K1的连接位置。
控制中心也包括有按常规设置的其他功能电路，如电路中的电压电流检测电路、PWM控制电路、负载控制电路以状态指示电路。

Claims (4)

1.基于三相双电压整流的风光互补智能控制器，其特征是，设置用于监控电路状态并控制蓄电池充放电模式的控制中心；风力发电机的三相交流信号从交流输入接口输入，经过三相双电压整流滤波电路后进入DC/DC转换电路；太阳能电池板的直流信号从直流输入接口输入，经过防反向放电保护后进入DC/DC转换电路；所述控制中心根据所检测的电路中电压电流信号控制三相双电压整流电路的整流模式、调节PWM信号用以控制充放电模式，并显示电路状态。
2.根据权利要求1所述的基于三相双电压整流的风光互补智能控制器，其特征是，所述三相双电压整流滤波电路由整流电路、切换开关、储能滤波电容、采样电路和控制电路组成。
3.根据权利要求2所述的基于三相双电压整流的风光互补智能控制器，其特征是，所述三相双电压整流滤波电路中的整流电路包括两个并联的两相全桥整流电路DB1和DB2；针对所述切换开关的两种不同的连接位置，所述两相全桥整流电路DB1和DB2与储能滤波电容C1和C2共同组成三相全桥整流电路或倍压整流电路。
4.根据权利要求3所述的基于三相双电压整流的风光互补智能控制器，其特征是，所述切换开关的两种不同的连接位置是由控制中心控制；设置由电阻R1、R2和储能滤波电容C3组成的分压采样电路，设置由IGBT管Q1、电阻R3、R4和二极管D7组成的执行控制电路；所述控制中心根据储能滤波电容C3上的采样电压通过所述执行控制电路控制切换开关K1的连接位置。
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