CN101895134A - 全永磁悬浮风光互补供电系统 - Google Patents

全永磁悬浮风光互补供电系统 Download PDF

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李珂
谢丹平
卞松江
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Abstract

本发明提供了一种全永磁悬浮风光互补供电系统，其特征在于，包括太阳能发电支路、风机发电支路、开关电源电路以及蓄电池；所述的太阳能发电支路和风机发电支路的电能输出端并联后与开关电源电路的输入端相接，开关电源电路的输出端接蓄电池。该全永磁悬浮风光互补供电系统所要求的风速较低，较之由传统风机组成的风光互补供电系统具有更广的应用范围。

Description

全永磁悬浮风光互补供电系统
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，涉及一种全永磁悬浮风光互补供电系统。
技术背景
随着人们生活水平的提高和社会的技术进步，电能成为人们日常生活中必须依赖的能源。尤其在远离大电网的地区，比如偏远山区的农牧民、海上的渔民、部队的边防哨所、邮电通讯的中继站、公路和铁路的信号站、地质勘探和野外考察的工作站等等，为解决他们的长期稳定可靠地供电难题，只能依赖当地的自然能源。太阳能和风能是最普遍的自然资源，也是取之不尽的可再生能源。太阳能与风能在时间上和地域上都有很强的互补性。白天太阳光最强时，风很小，晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能加强。在夏季，太阳光强度大而风小，冬季，太阳光强度小而风大。太阳能和风能在时间上的互补性使风光互补供电系统在资源上具有最佳的匹配性，是最好的独立电源系统。我国70％的地区风能资源处于中等水平，而传统风机需要较大的风速也就是较好的风能条件来启动和发电，限制了风机及风光互补供电系统的应用领域和场合。
发明内容
本发明的目的是提出一种全永磁悬浮风光互补供电系统，该全永磁悬浮风光互补供电系统所要求的风速较低，较之由传统风机组成的风光互补供电系统具有更广的应用范围。
本发明的技术解决方案如下：
一种全永磁悬浮风光互补供电系统，其特征在于，包括太阳能发电支路、风机发电支路、开关电源电路以及蓄电池；所述的太阳能发电支路和风机发电支路的电能输出端并联后与开关电源电路的输入端相接，开关电源电路的输出端接蓄电池；
所述的太阳能发电支路由太阳能板与第一二极管组成，太阳能板的正极通过第一二极管与开关电源电路的正极输入端相接；
所述的风机发电支路由三相风力发电机、三相桥式整流器和LC滤波电路依次连接而成；
所述的开关电源电路的输入端正极与输出端正极接有电感，开关电源电路的输入端负极与输出端负极接有MOSFET开关管，MOSFET开关管的栅极接PWM脉冲信号，在开关电源电路输出端并接有电容；
MOSFET开关管为并联的2个，在开关电源电路的负极与蓄电池的负极端之间接有采样电阻，第二二极管的正极接开关电源的输出端的负极，第二二极管的负极接开关电源输入端的正极，所述的三相风力发电机为全永磁悬浮风力发电机。
有益效果：
该发明的核心部件是全永磁悬浮风力发电机，它是由全永磁悬浮轴承构成的。由永磁体构成轴承的外侧以及套在转轴的外侧部件，靠这两块永磁体的磁拉力使得转轴悬浮起来，与风机的固定件之间没有摩擦力，仅需要较小的力量就可以使风机自由旋转起来，因此它可以将起动和切入风速分别降低到1.5m/s和2.5m/s，使得整个风光互补供电系统可以应用到中等风能资源地区，拓宽了该系统的应用领域和范围。
该全永磁悬浮风光互补供电系统可以充分利用风能，较传统风光互补供电系统增加发电量，产品应用结果证明系统运行正常、性能优越、效果良好。
附图说明
图1为全永磁悬浮风光互补供电系统总体机构图；
图2为实施例1的电路图。
具体实施方式
以下将结合图和具体实施过程对本发明做进一步详细说明。
系统结构示意图见附图1所示。全永磁悬浮风力发电机1三相输出线接至风光互补控制器4，太阳能电池板2直流输出线接至风光互补控制器4，储能式蓄电池电源线接至风光互补控制器4，风光互补控制器4的负载输出线可直接接至直流负载5为直流负载供电；同时风光互补控制器4的直流输出线也可并接至逆变器6，逆变器6的交流输出线接至交流负载7为交流负载供电。本全永磁悬浮风光互补供电系统由全永磁悬浮风力发电机1组成，由于它是永磁式结构，靠磁拉力将风力机的转轴向上拉起，与静止的外部固定构件不接触，摩擦阻力为零，因此其起动和切入风速均较传统结构风力机为低，拓宽了该系统的应用范围和领域。
全永磁悬浮风力发电机1在风力的作用下及太阳能电池板2在太阳光的作用下将发出的电能送到智能型风光互补控制器4。控制器的具体电路如图2所示，主要分为整流电路和BUCK电路(即开关电源电路)两大部分，整流电路通过三相不控整流桥将风机发出的交流电能变换为直流电能，再经过BUCK也即DC-DC变换电路变换为恒定28V电压向蓄电池3充电，将电能储存于蓄电池中。控制器的技术指标为风机输入功率600W、太阳能输入功率400W、输出电压28Vdc、输出电流25Adc、电压纹波≤2％、电流纹波≤5％、配用蓄电池电压24V、蓄电池过压保护点28.5V、欠压保护点21V。由控制器4或蓄电池3可直接接至直流负载5给直流负载5供电；同时控制器4和蓄电池3也可接至逆变器6，由逆变器6逆变出交流电能供给交流负载7使用。
实施例1：
如图2，一种全永磁悬浮风光互补供电系统，其特征在于，包括太阳能发电支路、风机发电支路、开关电源电路以及蓄电池；所述的太阳能发电支路和风机发电支路的电能输出端并联后与开关电源电路的输入端相接，开关电源电路的输出端接蓄电池；
所述的太阳能发电支路由太阳能板与第一二极管D1组成，太阳能板的正极
通过第一二极管D1与开关电源电路的正极输入端相接；
所述的风机发电支路由三相风力发电机、三相桥式整流器和LC滤波电路依次连接而成；
所述的开关电源电路的输入端正极与输出端正极接有电感，开关电源电路的输入端负极与输出端负极接有MOSFET开关管，MOSFET开关管的栅极接PWM脉冲信号，在开关电源电路输出端并接有电容；
MOSFET开关管为并联的2个，在开关电源电路的负极与蓄电池的负极端之间接有采样电阻R1，第二二极管D5的正极接开关电源的输出端的负极，第二二极管D5的负极接开关电源输入端的正极。
全永磁悬浮风力发电机，捕捉风能转换为电能。
三相桥式整流器，将三相交流电能变换为直流。
太阳能板，捕捉太阳能转换为电能。
LC滤波器(由电感L1、电容C2-C5组成)，对变换后的直流电压和电流进行平直滤波
第一二极管D1，实现太阳能电池向电路的单向充电，防止电流反向注入太阳能板。
开关电源电路(BUCK电路)(由框内的MOSFET开关管Q4，Q5、第二二极管D5、电感L2、电容C7-C9组成)，将直流电压变换为恒定28V直流电压向蓄电池充电。其中电阻R1为采样电阻，对电路中的充电电流进行采样检测。
蓄电池，电压24V，储存电能并向负载提供电能。
这两MOSFET开关管，是BUCK电路中实现斩波变换电压功能的开关器件，电流都是由右流向左的，两个管子并起来是为了共同分担电路的电流，并互为备份增加电路可靠性。
电路参数，适用于600W全永磁悬浮风光互补供电系统，太阳能板：开路电压42V，短路电流10A，第一二极管D1：耐压100V，额定电流60A，全永磁悬浮风力发电机：额定功率600W，额定电压60V，额定电流10A；三相桥式整流器：耐压1600V，额定电流30A。L1：350uH，电容C2～C5，每一个都是470uF。MOSFET开关管Q4和Q5，耐压200V，额定电流50A。第二二极管D5，耐压600V，额定电流40A，电感L2，650uH，电容C7～C9，每一个的电容值为2200uF。采样电阻R1，2.5m欧姆。

Claims (2)

1.一种全永磁悬浮风光互补供电系统，其特征在于，包括太阳能发电支路、风机发电支路、开关电源电路以及蓄电池；所述的太阳能发电支路和风机发电支路的电能输出端并联后与开关电源电路的输入端相接，开关电源电路的输出端接蓄电池；
所述的太阳能发电支路由太阳能板与第一二极管(D1)组成，太阳能板的正极通过第一二极管(D1)与开关电源电路的正极输入端相接；
所述的风机发电支路由三相风力发电机、三相桥式整流器和LC滤波电路依次连接而成；
所述的开关电源电路的输入端正极与输出端正极接有电感，开关电源电路的输入端负极与输出端负极接有MOSFET开关管，MOSFET开关管的栅极接PWM脉冲信号，在开关电源电路输出端并接有电容。
2.根据权利要求1所述的全永磁悬浮风光互补供电系统，其特征在于，MOSFET开关管为并联的2个，在开关电源电路的负极与蓄电池的负极端之间接有采样电阻(R1)，第二二极管(D5)的正极接开关电源的输出端的负极，第二二极管(D5)的负极接开关电源输入端的正极，所述的三相风力发电机为全永磁悬浮风力发电机。 
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