CN102364805A - 一种风光互补发电系统并网控制器及其转换开关投切方法 - Google Patents

Abstract

一种风光互补发电系统并网控制器及其转换开关投切方法，属于风力和太阳能并网发电技术领域，包括：光伏阵列、风力发电机组、最大功率追踪电路、风机卸荷电路、直流/交流逆变电路和控制电路，所述的控制电路包括单片机、DSP、PWM驱动电路、SPWM驱动电路、串口通信模块、所述的并网控制器还包括转换开关电路，所述的控制电路还包括锁存器、数/模转换芯片、数据选择器、模/数转换芯片、译码器和断路器驱动电路，本发明结构整体一体化，操作简单，大大降低设计成本；可避免额外线路和装置的损耗；通用性好，采集模块的抗干扰能力强，具有高效的测量和精确地显示数据，能使系统更好的高效、高质量的电量转换及资源被利用，经济效益乐观。

Description

一种风光互补发电系统并网控制器及其转换开关投切方法

技术领域

本发明属于风力和太阳能并网发电技术领域，特别涉及一种风光互补发电系统并网控制器及其转换开关投切方法。

背景技术

目前，风光互补发电系统的发电及其并网过程在结构上大多是首先通过风光互补控制器获得风光能和太阳能所发直流电，然后在并网控制器的控制作用下，使用逆变器，将直流电转换为交流电，连接到电网上。这种方式在结构上需要独立的风光互补控制器、逆变器和并网控制器，系统的连接与控制复杂，总体成本高昂；在响应速度方面，结构上复杂的连接与控制，使得系统的响应速度也受此影响；在功能上，光伏阵列的最大功率追踪问题、风机大电量时的卸荷问题、蓄电池组的充放电控制问题、负载的连接与切除问题以及防孤岛效应问题都不能得到全面的协调与解决。目前，市售的风光互补发电系统并网控制装置主要集中在风光互补控制器、并网控制器、逆变器等各个独立分装置的研究方面，针对多功能、一体式、结构集中的并网控制器还处在研究阶段。

发明内容

针对现有装置的不足，本发明提出一种风光互补发电系统并网控制器及其转换开关投切方法，将并网控制器和逆变器在结构上融合，采用单片机和数字处理器相结合的“双核处理器”方式，以达到控制器的简易、高效、快速、实时性好等目的。

本发明的技术方案是这样实现的：一种风光互补发电系统并网控制器，包括：光伏阵列、风力发电机组、最大功率追踪电路、风机卸荷电路、蓄电池组充放电控制电路、直流负载、直流/交流逆变电路、蓄电池组、交流负载和控制电路，所述的控制电路包括单片机、数据处理器(DSP)、PWM驱动电路、SPWM驱动电路、电流采样模块、电流互感器组、电压采样模块、电压互感器组、辅助电源模块、串口通信模块、上位机、键盘模块及液晶显示模块，所述的并网控制器还包括转换开关电路，所述的控制电路还包括锁存器、数/模转换芯片、数据选择器、模/数转换芯片、译码器和断路器驱动电路，其连接关系如下：

光伏阵列的输出端连接最大功率追踪电路的第一输入端，在所述光伏阵列与控制电路的连接线路上还设置有第一电流互感器和第一电压互感器，最大功率追踪电路的输出端连接转换开关电路的第一输入端，在所述最大功率追踪电路与控制电路的连接线路上还设置有第二电流互感器和第二电压互感器，最大功率追踪电路的第二输入端连接单片机的第一输出端，风力发电机组的输出端连接风机卸荷电路的第一输入端，在所述风力发电机组与控制电路的连接线路上设置有第三电流互感器和第三电压互感器，风机卸荷电路的第二输入端连接单片机的第二输出端，风机卸荷电路的输出端连接转换开关电路的第二输入端，在所述风机卸荷电路与控制器连接线路之间设置有第四电流互感器和第四电压互感器，转换开关电路的第三输入端连接断路器驱动电路的输出端，转换开关电路的输入输出端连接蓄电池组充放电控制电路的第一输入输出端，蓄电池组充放电控制电路的第二输入输出端连接蓄电池组，蓄电池组充放电控制电路的输入端连接PWM驱动电路的输出端，转换开关电路的第一输出端连接直流负载的输入端，转换开关电路的第二输出端连接直流/交流逆变电路的第一输入端，直流/交流逆变器电路的第二输入端连接DSP的输出端，直流/交流逆变器电路的第一输出端连接交流负载，在所述直流/交流逆变器电路与控制电路的连接线路上还设置有第五电流互感器和第五电压互感器，直流/交流逆变器电路的第二输出端连接电网，在所述电网与控制电路的连接线路上还设置有第六电流互感器和第六电压互感器；在所述蓄电池组与控制电路之间的连接线路上还设置有第七电流传感器和第七电压互感器；

所述的控制电路，连接关系如下：单片机的输出端连接第一锁存器的输入端，第一锁存器的输出端连接第一数/模转换芯片的输入端，第一数/模转换芯片的输出端连接数据选择器的第一输入端，DSP的输出端连接第二锁存器的输入端，第二锁存器的输出端连接第二数/模转换芯片的输入端，第二数/模转换芯片的输出端连接数据选择器的第二输入端，数据选择器的输出端连接模/数转换芯片的输入端，模/数转换芯片的输出端连接译码器的输入端，译码器的输出端连接断路器驱动电路的输入端，断路器驱动电路的输出端连接转换开关电路的输入端，串口通讯模块的第一输出端连接单片机的输入端，串口通讯模块的第二输出端连接DSP的输入端；

本发明风光互补发电系统并网控制器转换开关投切方法，包括以下步骤：

步骤1：初始化风光互补发电系统并网控制器，风力发电机组的输出功率P_W和光伏阵列所在支路中经过最大功率追踪电路后的输出功率P_PV通过转换开关电路同时供应给直流/交流逆变支路，直流/交流逆变电路的输出用于提供交流负载电能需求和电网需求；风力发电机组的输出功率P_W和光伏阵列所在支路中经过最大功率追踪电路后的输出功率P_PV通过转换开关电路同时连接直流负载，提供直流负载电能需求；

步骤2：判断风力发电机组的输出功率P_W和光伏阵列所在支路中经过最大功率追踪电路后的输出功率P_PV的总量是否大于直流负载电能需求L_d和直流/交流逆变电路电能需求L_c之和，若大于即P_W+P_PV＞L_d+L_c则执行步骤3，否则，若P_W+P_PV＜L_d+L_c，执行步骤4；

步骤3：多余的电能通过转换开关电路连接到蓄电池组，根据检测所得的蓄电池电流和电压信号，调节PWM波占空比，控制蓄电池组充放电控制电路使蓄电池以分阶段恒流方式进行充电，将电能储存到蓄电池组中；

所述的分阶段恒流方式充电，方法为：

在第k个恒流充电时段，采用恒定的电流值充电，公式为：

I_k＝0.368I_k-1

式中，I_k表示第k时段的恒定充电电流值，I_k-1表示第k-1个时段的恒定充电电流值；

本时段恒流充电时间公式为：

$t_k=\frac{1}{{\mathrm{\α}}_k},$

式中，α_k为第k个恒流充电时段充电电流接受率，且：

α_k＝I_k/C_k

式中，I_k为第k个时段的恒流充电电流值，C_k为第k个时段蓄电池总电荷量；

步骤4：分别计算各个恒流充电阶段的充电电量，并求得前n(n＝1，2，3…)个时段的充电电量的累加和，公式为：

$Q_n=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{I}_k{t}_k=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}0.368I_{k-1}{t}_k$

式中，当k＝1时I_k-1＝I₀，为蓄电池充电时设定的初始时刻充电电流值；

根据蓄电池自身的特性，换算蓄电池的电荷总量为0.95C时所对应的蓄电池组电压值V_max，其中C表示蓄电池总的电荷量；

通过系统检测蓄电池组电压值并与V_max对比，当蓄电池组电压值超过V_max时，蓄电池组将处于过压状态，通过控制单片机减小其所产生的PWM波占空比，进而控制蓄电池组充放电控制电路，使蓄电池组转入浮充状态，多余的电量通过风机卸荷电路卸载，执行步骤2；

步骤5：将蓄电池组投入，通过转换开关电路后，与风力发电机组所在支路的输出P_W和光伏阵列所在支路的输出P_PV一起给直流负载和直流/交流逆变电路提供电能，若蓄电池组投入后，仍然不能满足电网及负载要求，则执行步骤7；

步骤6：当蓄电池电荷总量下降到低于0.5C时，即设定此时的蓄电池对应电压V_min为蓄电池组欠压临界电压值，系统检测所得蓄电池电压小于V_min时，即蓄电池组处于欠压状态时，转换开关电路切除蓄电池组充放电控制电路，蓄电池组处于等待状态，执行步骤2；

步骤7：根据系统设置或负载的重要程度，断开直流负载、交流负载、直流/交流逆变电路、并网连接装置中的一个或者几个；

步骤8：结束，转入步骤2。

本发明优点：本发明一种风光互补发电系统并网控制器及转换开关投切方法具有如下优点：

1、结构整体一体化，便于控制，操作简单，大大降低设计的成本；

2、集成的设计具有电路电流和电压的连续性，避免额外线路和装置的损耗；

3、集成合一后通用性好，采集模块的抗干扰能力强，具有高效的测量和精确地显示数据，能使系统更好的高效、高质量的电量转换及资源被利用，经济效益乐观；

4、集成控制器采用的是单片机和高速度数字信号处理器DSP两个控制器共同构成整个控制器的核心控制单元，单独执行模块的作用，通过通信时刻监视和控制功能模块，具有较快的运算速度和处理功能，时刻分析数据，预测的故障发生，给予预警电路报警并进行整个控制装置保护电路装置运行工作。

附图说明

图1为本发明风光互补发电系统并网控制器结构框图；

图2为本发明风光互补发电系统并网控制器控制电路结构框图；

图3为本发明风光互补发电系统并网控制器串口通信模块、电路原理图；

图4为本发明风光互补发电系统并网控制器锁存器与单片机连接的电路原理图；

图5为本发明风光互补发电系统并网控制器锁存器与DSP连接的电路原理图；

图6为本发明风光互补发电系统并网控制器数据选择器与模/数转换芯片、译码器芯片、断路器驱动电路连接的电路原理图；

图7为本发明风光互补发电系统并网控制器转换开关电路原理图；

图8为本发明风光互补发电系统并网控制器PWM驱动电路原理图；

图9为本发明风光互补发电系统并网控制器SPWM驱动电路原理图；

图10为本发明风光互补发电系统并网控制器直流/交流逆变电路原理图；

图11为本发明风光互补发电系统并网控制器电流和电压采样模块电路原理图；

图12为本发明风光互补发电系统并网控制器键盘模块和液晶显示模块与单片机的连接电路图；

图13为本发明风光互补发电系统并网控制器最大功率追踪电路原理图；

图14为本发明风光互补发电系统并网控制器风机卸荷电路电路原理图；

图15为本发明风光互补发电系统并网控制器蓄电池组充放电控制电路原理图；

图16为本发明多功能集中式风光互补发电系统并网控制器转换开关投切方法流程图；

图中，1、光伏阵列2、最大功率追踪电路3、风力发电机组4风机卸荷电路5、转换开关电路6、控制电路7、蓄电池组充放电控制电路8、蓄电池组9、直流负载10、直流/交流逆变电路11、交流负载12电网。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

一种风光互补发电系统并网控制器，包括：光伏阵列1、最大功率追踪电路2、风力发电机组3、风机卸荷电路4、蓄电池组充放电控制电路7、蓄电池组8、直流负载9、直流/交流逆变电路10、交流负载11、电网12和控制电路6，所述的控制电路6包括单片机、DSP、PWM驱动电路、SPWM驱动电路、电流采样模块、电流互感器组、电压采样模块、电压互感器组、辅助电源模块、上位机、键盘模块及液晶显示模块，该并网控制器还包括转换开关电路，所述的控制电路还包括锁存器、数/模转换芯片、数据选择器、模/数转换芯片、译码器和断路器驱动电路，其结构如图1和图2所示。

本实施例中，控制电路6中各部件的型号如下：单片机的型号为80C51，DSP的型号为TMS320F240，锁存器的型号为74LS373，模/数转换芯片的型号为AD7864，数据选择器的型号为MU X74151，数模转换芯片的型号为DAC0832，译码器的型号为3线-8线译码器，电源模块U6选用AMC1117，串口通信模块的型号为MAX488CPA，键盘模块的型号为S3C44B0X，液晶显示模块的型号为T6963C；

控制电路6中，各部分的连接如下：

串口通信模块与单片机和DSP的连接关系为：单片机和DSP之间采用两个MAX488CPA芯片进行信息的传送和电平之间的转换，第一个MAX488CPA芯片的RO、DI脚依次连接80C51单片机的接收/发送引脚端口RXD和TXD，第二个MAX488CPA芯片的RO、DI脚依次连接DSP的接收/发送端口SCITXD/IO、SCIRXD引脚，第一个MAX488CPA芯片的A、B、Z、Y引脚分别与第二个MAX488CPA芯片的Y、Z、B、A引脚相连接，如图3所示；

单片机、第一锁存器和D/A转换芯片的连接关系如下：

转换开关电路手动控制和自动控制的连接，即单片机80C51和DSP之间的连接：单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7引脚分别和第一锁存器74LS373的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7相连接，第一锁存器74LS373的输出端Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7分别和第一D/A转换芯片的输入端DI0、DI1、DI2、DI3、DI4、DI5、DI6、DI7相连接，第一D/A转换芯片的输出端Iout1连接数据选择器的数据输入端D0和D3；DSP芯片的HD0、HD1、HD2、HD3、HD4、HD5、HD6、HD7端连接第二锁存器74LS373的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7引脚，第二锁存器74LS373的输出端Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7分别和第二D/A转换芯片的输入端DI0、DI1、DI2、DI3、DI4、DI5、DI6、DI7相连接，第二D/A转换芯片的输出端Iout1连接数据选择器的数据输入端D1，如图4和图5所示；

数据选择器与模/数转换芯片、译码器芯片、断路器驱动电路的连接关系如下：

数据选择器的Y输出端连接模/数转换芯片的VIN(+)端，模/数转换芯片的输出端DB0、DB1和DB2连接3线-8线译码器的输入端A0、A1和A2，3线-8线译码器的输出端F1连接断路器驱动电路的input端，如图6所示；

五组断路器驱动电路的Output输出端分别连接转换开关电路中五组断路器的电磁线圈输入端，用于驱动断路器的开合，由断路器所组成的转换开关电路的电路原理图如图7中所示；

PWM驱动电路如图8所示，PWM驱动电路的PWM信号输入端连接单片机P06、P07脚，PWM驱动电路的Gate-NMOS端连接蓄电池组充放电控制电路中的S1～S4四个场效应管MOSFET的开关；

SPWM驱动电路如图9所示，SPWM的输入端连接DSP的CMP1、CMP2、CMP3引脚，SPWM的输出端连接直流/交流逆变电路的S1～S6端，六个场效应管MOSFET的开关，如图10中所示；

电流采样模块电路和电压采样模块电路如图11所示，电流互感器组由3个电流互感器组成：第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器，则第一电流互感器的输出端作为电流互感器组的第一输出端，第二电流互感器的输出端作为电流互感器组的第二输出端，第三电流互感器组的输出端作为电流互感器组的第三输出端，电压互感器组由多个电压互感器组成，本实施例中取电压互感器为3个，第一电压互感器的输出端作为电压互感器组的第一输出端，第二电压互感器的输出端作为电压互感器组的第二输出端，第三电压互感器组的输出端作为电压互感器组的第三输出端，由图11可知，电压互感器和电流互感器连接采集模块的输入接口J1芯片，采集模块的电压和电流输出端ACVA、ACVB、ACVC、ACCA、ACCB、ACCC连接DSP芯片的ADC输入引脚2、3、4、174、173、172；

键盘模块和液晶显示模块与单片机的连接电路图，如图12所示，键盘模块S3C44B0X的D9端连接单片机80C51的

引脚，键盘模块S3C44B0X的A0、A1脚连接锁存器74LS373的Q0、Q1端，锁存器74LS373的G端连接键盘模块S3C44B0X的单片机80C51的D0～D7端连接键盘模块S3C44B0X的IC0～IC7端；

液晶显示模块T6963C的DB0～DB7端连接键盘模块S3C44B0X的D0～D7端，液晶显示模块T6963C的

C/D端连接键盘模块S3C44B0X的D10、D11端，液晶显示模块T6963C的

端连接键盘模块S3C44B0X的

端及单片机80C51的

端，液晶显示模块T6963C的端连接键盘模块S3C44B0X的

端；

一种多功能集中式风光互补发电系统并网控制器，其连接关系如下：

最大功率追踪电路的电路原理图如图13所示，是由一组BUCK/BOOST电路组成，光伏阵列的输出端连接最大功率追踪电路的输入端U_in，最大功率追踪电路的输出端U_o连接转换开关电路的输入端A₀；

风机卸荷电路如图14所示，本实施例中，风机卸荷电路是一组直流斩波电路，风力发电机组的输出端连接风机卸荷电路的输入端，风机卸荷电路的输出端连接转换开关电路的A1端；

蓄电池组充放电控制电路如图15所示，转换开关电路的A2端连接蓄电池组充放电控制电路的U_in端，转换开关电路的A3端连接直流负载，转换开关电路的A4端连接直流/交流逆变电路的U_in端；

本实施例蓄电池组充放电控制电路中能量为双向流动，故电路采用双向BUCK/BOOST电路，电路具体连接方式如图15所示。在正向升压过程中S1导通，S2以脉宽调制方式工作；正向降压过程中，S1采用脉冲宽度调制方式工作，S2导通；正向工作过程中，S3和S4始终关断。在反向升压过程中S3导通，S4以脉宽调制方式工作；反向降压过程中，S3采用脉冲宽度调制方式工作，S4导通；正向工作过程中，S1和S2始终关断。单片机根据系统设置生成相应的PWM波，通过调节改变PWM波的占空比来实现对蓄电池组充放电状态的控制，产生的PWM波经过驱动电路后控制蓄电池组充放电控制电路中相应MOSFET开关管的开关。

直流/交流逆变电路的A、B、C端连接交流负载，直流/交流逆变电路的A、B、C端连接电网。

本实施例中，对蓄电池组进行充电采用三阶段充电方式：分阶段恒流方式、恒压方式和浮充方式。最优的充电方式是充电电流始终遵循固有充电接受曲线，充电接受曲线为一指数函数，其表示为

$I_t=I_0{e}^{-{\mathrm{\α}}_{t}t}---\left(1\right)$

式中，I_t表示t时刻蓄电池可接受充电电流，I₀为蓄电池初始时刻的充电电流，α_t为蓄电池t时刻的充电接受率；

由马斯三定律可得蓄电池充电电流接受率α_t，公式为：

α_t＝I_t/C_t                                     (2)

式中，I_t为t时刻蓄电池可接受充电电流，C_t为t时刻蓄电池总的电荷量；

根据蓄电池组生产厂家所提供的产品信息可以得到蓄电池组相应电压值时所对应的蓄电池组容量状态，以下说明本实施例中蓄电池组充电过程：

(1)分阶段恒流方式：

当以I_k为第k时段的恒定充电电流值时，假设所对应的恒流充电时间为t_k，则充电量为C_k＝I_k×t_k，显然，会有一个能在电流接受能力曲线范围内取得最大充电量的电流值存在，由于此时充电电流为定值，结合公式(1)可得蓄电池充入电量为：

$C_k=I_k\×t_k=I_{k0}\×e^{-{\mathrm{\α}}_k{t}_k}\×t_k---\left(3\right)$

式中，I_k0为第k个时段蓄电池可接受的初始充电电流，α_k为第k个时段的蓄电池充电电流接受率。

将公示(3)对时间求导并使其等于零，可以求得输入电量最大值时的所采用的充电电流，公式如下：

$\frac{\∂(I_{k0}\×e^{-{\mathrm{\α}}_k{t}_k}\×t_k)}{\∂t_k}=0---\left(4\right)$

解得 $t_k=\frac{1}{{\mathrm{\α}}_k},$ 故

I_k＝I_k0×e^-1＝0.368I_k0                                (5)

因此，可以得出结论，恒流充电的第k(k为正整数)个时段，充电时间为

充电电流大小恒定，其值为I_k＝0.368I_k0，取第k个时段蓄电池可接受的初始充电电流为第k-1个恒流充电时段的恒定充电电流值，即可得I_k＝0.368I_k-1，也就是蓄电池第k个时段的恒定充电电流值为蓄电池第k-1个时段的恒定充电电流值的0.368倍；

(2)恒流充电方式：

蓄电池组充电量达到0.95C(C为蓄电池组电荷容量)时，根据蓄电池组的特性，可以得到此时蓄电池的电压值V_max，提供给蓄电池一个恒定充电电压V_max，随着蓄电池电压值的升高，蓄电池充电电流会不断减小，当蓄电池充电电流减小到低于转换门限值I_ct时，认为蓄电池电量已充满，转到浮充方式；

(3)浮充方式

浮充阶段，充电电流给蓄电池提供一个较高的、精确地、具有温度补偿功能的浮充电压值V_F，V_F的值根据不同蓄电池制作材料和工艺特性的不同而设置。

本实施例一种风光互补发电系统并网控制器转换开关投切方法，流程图如图16所示，包括以下步骤：

步骤1：启动控制器，风力发电机组的输出功率P_W和光伏阵列所在支路中经过最大功率追踪电路后的输出功率P_PV通过转换开关电路同时供应给直流/交流逆变支路，直流/交流逆变电路的输出用于提供交流负载电能需求和电网需求；风力发电机组的输出功率P_W和光伏阵列所在支路中经过最大功率追踪电路后的输出功率P_PV通过转换开关电路同时连接直流负载，提供直流负载电能需求；

步骤2：判断风力发电机组的输出功率P_W和光伏阵列所在支路中经过最大功率追踪电路后的输出功率P_PV的总量是否大于直流负载电能需求L_d和直流/交流逆变电路电能需求L_c之和，若大于即P_W+P_PV＞L_d+L_c则执行步骤3，否则，若P_W+P_PV＜L_d+L_c，执行步骤4；

步骤3：多余的电能通过转换开关电路连接到蓄电池组，根据检测所得的蓄电池电流和电压信号，调节PWM波占空比，控制蓄电池组充放电控制电路使蓄电池以分阶段恒流方式进行充电，将电能储存到蓄电池组中；

所述的分阶段恒流方式充电，方法为：

在第k个恒流充电时段，采用恒定的电流值充电，公式为：

I_k＝0.368I_k-1

式中，I_k表示第k时段的恒定充电电流值，I_k-1表示第k-1个时段的恒定充电电流值；

本时段恒流充电时间公式为：

$t_k=\frac{1}{{\mathrm{\α}}_k},$

式中，α_k为第k个恒流充电时段充电电流接受率，且：

α_k＝I_k/C_k

式中，I_k为第k个时段的恒流充电电流值，C_k为第k个时段蓄电池总电荷量；

步骤4：分别计算各个恒流充电阶段的充电电量，并求得前n(n＝1，2，3…)个时段的充电电量的累加和，公式为：

$Q_n=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{I}_k{t}_k=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}0.368I_{k-1}{t}_k$

式中，当k＝1时I_k-1＝I₀，为蓄电池充电时设定的初始时刻充电电流值；

根据蓄电池自身的特性，换算蓄电池的电荷总量为0.95C时所对应的蓄电池组电压值V_max，其中C表示蓄电池总的电荷量；

通过系统检测蓄电池组电压值并与V_max对比，当蓄电池组电压值超过V_max时，蓄电池组将处于过压状态，通过控制单片机减小其所产生的PWM波占空比，进而控制蓄电池组充放电控制电路，使蓄电池组转入浮充状态，多余的电量通过风机卸荷电路卸载，执行步骤2；

步骤5：将蓄电池组投入，通过转换开关电路后，与风力发电机组所在支路的输出P_W和光伏阵列所在支路的输出P_PV一起给直流负载和直流/交流逆变电路提供电能，若蓄电池组投入后，仍然不能满足电网及负载要求，则执行步骤7；

步骤6：当蓄电池电荷总量下降到低于0.5C时，即设定此时的蓄电池对应电压V_min为蓄电池组欠压临界电压值，系统检测所得蓄电池电压小于V_min时，即蓄电池组处于欠压状态时，转换开关电路切除蓄电池组充放电控制电路，蓄电池组处于等待状态，执行步骤2；

步骤7：根据系统设置或负载的重要程度，断开直流负载、交流负载、直流/交流逆变电路、并网连接装置中的一个或者几个；

步骤8：结束，转入步骤2。

Claims (2)

1.一种风光互补发电系统并网控制器，包括：光伏阵列、风力发电机组、最大功率追踪电路、风机卸荷电路、蓄电池组充放电控制电路、直流负载、直流/交流逆变电路、蓄电池组、交流负载和控制电路，所述的控制电路包括单片机、数据处理器DSP、PWM驱动电路、SPWM驱动电路、电流采样模块、电流互感器组、电压采样模块、电压互感器组、辅助电源模块、串口通信模块、上位机、键盘模块及液晶显示模块，其特征在于：所述的并网控制器还包括转换开关电路，所述的控制电路还包括锁存器、数/模转换芯片、数据选择器、模/数转换芯片、译码器和断路器驱动电路，其连接关系如下：

光伏阵列的输出端连接最大功率追踪电路的第一输入端，在所述光伏阵列与控制电路的连接线路上还设置有第一电流互感器和第一电压互感器，最大功率追踪电路的输出端连接转换开关电路的第一输入端，在所述最大功率追踪电路与控制电路的连接线路上还设置有第二电流互感器和第二电压互感器，最大功率追踪电路的第二输入端连接单片机的第一输出端，风力发电机组的输出端连接风机卸荷电路的第一输入端，在所述风力发电机组与控制电路的连接线路上设置有第三电流互感器和第三电压互感器，风机卸荷电路的第二输入端连接单片机的第二输出端，风机卸荷电路的输出端连接转换开关电路的第二输入端，在所述风机卸荷电路与控制器连接线路之间设置有第四电流互感器和第四电压互感器，转换开关电路的第三输入端连接断路器驱动电路的输出端，转换开关电路的输入输出端连接蓄电池组充放电控制电路的第一输入输出端，蓄电池组充放电控制电路的第二输入输出端连接蓄电池组，蓄电池组充放电控制电路的输入端连接PWM驱动电路的输出端，转换开关电路的第一输出端连接直流负载的输入端，转换开关电路的第二输出端连接直流/交流逆变电路的第一输入端，直流/交流逆变器电路的第二输入端连接DSP的输出端，直流/交流逆变器电路的第一输出端连接交流负载，在所述直流/交流逆变器电路与控制电路的连接线路上还设置有第五电流互感器和第五电压互感器，直流/交流逆变器电路的第二输出端连接电网，在所述电网与控制电路的连接线路上还设置有第六电流互感器和第六电压互感器；在所述蓄电池组与控制电路之间的连接线路上还设置有第七电流传感器和第七电压互感器；

所述的控制电路，连接关系如下：单片机的输出端连接第一锁存器的输入端，第一锁存器的输出端连接第一数/模转换芯片的输入端，第一数/模转换芯片的输出端连接数据选择器的第一输入端，DSP的输出端连接第二锁存器的输入端，第二锁存器的输出端连接第二数/模转换芯片的输入端，第二数/模转换芯片的输出端连接数据选择器的第二输入端，数据选择器的输出端连接模/数转换芯片的输入端，模/数转换芯片的输出端连接译码器的输入端，译码器的输出端连接断路器驱动电路的输入端，断路器驱动电路的输出端连接转换开关电路的输入端，串口通讯模块的第一输出端连接单片机的输入端，串口通讯模块的第二输出端连接DSP的输入端。

2.对权利要求1所述的风光互补发电系统并网控制器的转换开关进行投切的投切方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：初始化风光互补发电系统并网控制器，风力发电机组的输出功率P_W和光伏阵列所在支路中经过最大功率追踪电路后的输出功率P_PV通过转换开关电路同时供应给直流/交流逆变支路，直流/交流逆变电路的输出用于提供交流负载电能需求和电网需求；风力发电机组的输出功率P_W和光伏阵列所在支路中经过最大功率追踪电路后的输出功率P_PV通过转换开关电路同时连接直流负载，提供直流负载电能需求；

步骤2：判断风力发电机组的输出功率P_W和光伏阵列所在支路中经过最大功率追踪电路后的输出功率P_PV的总量是否大于直流负载电能需求L_d和直流/交流逆变电路电能需求L_c之和，若大于即P_W+P_PV＞L_d+L_c则执行步骤3，否则，若P_W+P_PV＜L_d+L_c，执行步骤4；

步骤3：多余的电能通过转换开关电路连接到蓄电池组，根据检测所得的蓄电池电流和电压信号，调节PWM波占空比，控制蓄电池组充放电控制电路使蓄电池以分阶段恒流方式进行充电，将电能储存到蓄电池组中；

所述的分阶段恒流方式充电，方法为：

在第k个恒流充电时段，采用恒定的电流值充电，公式为：

I_k＝0.368I_k-1

式中，I_k表示第k时段的恒定充电电流值，I_k-1表示第k-1个时段的恒定充电电流值；

本时段恒流充电时间公式为：

$t_k=\frac{1}{{\mathrm{\α}}_k},$

式中，α_k为第k个恒流充电时段充电电流接受率，且：

α_k＝I_k/C_k

式中，I_k为第k个时段的恒流充电电流值，C_k为第k个时段蓄电池总电荷量；

步骤4：分别计算各个恒流充电阶段的充电电量，并求得前n(n＝1，2，3…)个时段的充电电量的累加和，公式为：

$Q_n=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{I}_k{t}_k=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}0.368I_{k-1}{t}_k$

式中，当k＝1时I_k-1＝I₀，为蓄电池充电时设定的初始时刻充电电流值；

根据蓄电池自身的特性，换算蓄电池的电荷总量为0.95C时所对应的蓄电池组电压值V_max，其中C表示蓄电池总的电荷量；

通过系统检测蓄电池组电压值并与V_max对比，当蓄电池组电压值超过V_max时，蓄电池组将处于过压状态，通过控制单片机减小其所产生的PWM波占空比，进而控制蓄电池组充放电控制电路，使蓄电池组转入浮充状态，多余的电量通过风机卸荷电路卸载，执行步骤2；

步骤5：将蓄电池组投入，通过转换开关电路后，与风力发电机组所在支路的输出P_W和光伏阵列所在支路的输出P_PV一起给直流负载和直流/交流逆变电路提供电能，若蓄电池组投入后，仍然不能满足电网及负载要求，则执行步骤7；

步骤6：当蓄电池电荷总量下降到低于0.5C时，即设定此时的蓄电池对应电压V_min为蓄电池组欠压临界电压值，系统检测所得蓄电池电压小于V_min时，即蓄电池组处于欠压状态时，转换开关电路切除蓄电池组充放电控制电路，蓄电池组处于等待状态，执行步骤2；

步骤7：根据系统设置或负载的重要程度，断开直流负载、交流负载、直流/交流逆变电路、并网连接装置中的一个或者几个；

步骤8：结束，转入步骤2。

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