CN102437593A - 一种小型风光互补独立供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型风光互补独立供电系统,包括风力发电机、光伏电池阵列和蓄电池,它还包括中央能源管理、控制器,所述风力发电机通过中央能源管理、控制器风电控制模块与所述蓄电池连接;所述光伏电池阵列通过中央能源管理、控制器光伏控制模块与所述蓄电池连接;所述逆变电路通过中央能源管理、控制器与所述蓄电池连接;所述中央能源管理、控制器主电路分别通过传感器与所述风力发电机、所述风电控制模块、所述光伏板阵列、所述光伏控制模块相连接,中央能源管理、控制器用于采样并分析所述风力发电机、光伏板阵列的电压和电流,所述风电控制模块的输出、光伏控制模块电压和输出电流,并监测所述蓄电池、中央能源管理、控制器主板的温度。

Description

一种小型风光互补独立供电系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种高性能、低成本风光互补独立供电装置,尤其是一种户用型风光互补独立供电装置,属于新能源应用领域。
技术背景
[0002] 太阳能和风能的利用近年来日趋受到各国的普遍重视,已经成为新能源领域中开发利用水平最高,技术最成热,应用最广泛,最具商业化发展条件的新型能源之一。我国太阳能资源非常丰富,全国有2/3以上的地区年辐射量大于502千焦/平方米,年日照时数超过2000小时;我国的风力资源也很丰富,据中国气象局测算,按离地10米高度估算全国陆地风能资源总量约32. 乙千瓦,海上风能储量约7. 5亿千瓦。可以说,我国是一个非常适合利用太阳能和风能的国家。
[0003] 我国从上世纪五十年代开始着手研究太阳能及风能发电技术,到20世纪80年代后,二者发电技术相继都取得了重大突破,并由此产生了新兴的光伏和风力发电产业。新能源产业是20世纪后期世界上增长最快的高新技术产业之一,其中光伏产业近10年的平均年增长率为22 %,尤其是近5年的平均增长率更是高达35 %。而风力发电产业从1996-2002 年均增长率为31 %,风力发电已占世界总电量的0. 4 %。尽管目前光伏发电的成本还高达普通煤电的6〜8倍,风电成本仍高于煤电成本的1. 5〜3倍(达坂城风电的度电成本在 0. 3元左右,2005年入网电价为0. 46元),但随着产业化进程的不断加快,以及相关技术的不断提高,人类将在不远的将来迎来大规模利用光伏和风力发电的时代(据2001年世界能源论坛上的预测,到本世纪中叶,可再生能源在世界能源结构中的比重将大于50%,其中太阳能和风能的比重将分别达到13%和12% )。我国的光伏和风电产业还处于发展初期,市场处于培育阶段。2001年,原国家经贸委/世界银行/全球环境基金——中国可再生资源发展促进项目(简称GEF)正式启动;2002年,国家发改委“中国光明工程——西部省区无电乡通电计划”(简称送电下乡)启动;2005年12月,《可再生能源发》立法通过;2006年底“中国无电乡村建设工程”(简称送电到村)启动。这一系列举措极大地推动了我国光伏和风电使用的发展。
[0004] 风光互补供电、LED照明系统的综合应用,可作为一个独立的供电系统,对远离电网而不便于敷设电力设备的地方,如部队的边防哨所、通讯基站、远离城市的公路、高速公路和铁路信号站、地址勘探和野外考察工作站、偏远农牧住户及海岛、灯塔等。从现实角度来看,有效解决了我国看解决户无电的电力供给问题,基本满足用户日常用电需求。户用电源经济实用、维护方便、使用管理简单,特别适合我国的国情,户用型风一光互补系统的开发,从现实的角度看,不仅对解决我国900多万无电户的用电问题有意义,而且对目前全国离网型的小型风机20多万用户,40多万太阳能光伏电源用户来讲,在农网延伸改造以后, 有条件的地方,可以逐步实现风一光互补并网发电。
发明内容[0005] 本发明的目的是:根据以上技术缺点及用户需求,通过提高风光互补供电系统中的控制、管理系统的性能指标,增加完善保护的系统,并优化各部件的配置及参数,从而获得一种高性能、低成本、低维护系数的风光互补供电系统。
[0006] 为实现上述目的,本发明的具体技术方案是:一种小型风光互补独立供电系统,包括风力发电机、光伏板阵列、蓄电池、中央管理、控制器,它还包括中央管理、控制器,所述风力发电机通过中央管理、控制器风电控制模块与所述蓄电池连接;所述光伏电池阵列通过中央管理、控制器光伏控制模块与所述蓄电池连接;所述逆变电路通过中央管理、控制器与所述蓄电池连接;所述中央管理、控制器主电路分别通过传感器与所述风力发电机、所述风电控制模块、所述光伏板阵列、所述光伏控制模块相连接。中央能源管理、控制器用于采样并分析所述风力发电机、光伏板阵列的电压和电流,所述风电控制模块的输出、光伏控制模块电压和输出电流,并监测所述蓄电池、中央管理、控制器主板的温度,使风力发电机跟光伏板阵列处在最大发电功率、保护所述风力发电机、所述蓄电池、中央管理、控制器,并对能源的存储和分配实行最优化管理、控制。
[0007] 所述中央能源管理、控制器采用的微处理芯片是PIC16F73型单片机。
[0008] 所述风力发电控制模块和光伏发电模块所采用的电路均是BUCK电路。
[0009] 与现有技术相比,本发明将系统控制器和逆变器装在一起形成系统的中心设备。 中央管理、控制器对风力发电机和光伏板阵列实行最大功率点跟踪技术(MPPT技术);对风力发电机提供了全面的防飞车保护措施,使其在微风和强风环境下均能正常发电;对蓄电池、中央能源管理、控制器主板、逆变模块等个部件进行温度实时监测,保障设备长时间正常运行;对逆变器和风电充电、光伏充电实行最优能源管理,有效防止过充、缺电、过压和欠压,延长蓄电池使用寿命。
附图说明
[0010] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述
[0011] 图1、本发明系统方框图
[0012] 图2、本发明系统中央能源管理、控制器原理框图
[0013] 本具体实施方式
[0014] 参见图1,本发明所涉及的风光互补供电系统为独立发电系统,系统由风力发电机 1、光伏板阵列2、风电控制模块3、光伏控制模块4、中央管理、控制器5、温度监测模块6、蓄电池组7、逆变模块8、泄荷器9、用电电器设备10组成。风力发电机1通过风电控制模块3 与中央管理、控制器5连接,光伏板阵列2通过光伏控制模块4与中央管理、控制器5连接, 温度监测模块6分别与风电控制模块3、光伏控制模块4、中央管理、控制器5、蓄电池组7、 逆变模块8、泄荷器9连接,所有用电器10通过逆变模块8中央管理、控制器5连接,从而获得电能。
[0015] 本实施例中,对风电和光伏发电所采用的控制方法,是一种基于模糊控制的自适应控制方法。参照图2,风力发电和太阳能发电经过同一个DC/DC充电控制环节,这样可大大降低成本,并使得控制简单化。风电和光电经过防反向控制后,电流经过同一个BUCK电路,MPPT控制去寻找风电和光电总的最大功率点,这个点可能并非是光电和风电同时的最佳工作点,但对千瓦级以内的户用性小系统来说,是经济和简便易行的。由于绝大多数用电
4器使用交流电源,故在负载的前级使用了逆变器。通常光电系统在过充时,可以断开充电回路,而风电一般不能开路,否则风机容易造成飞车,由于电压过高而使电机损坏。为保护风机,当蓄电池已被充满且系统的发电量仍大于用电量时,为防止蓄电池过充和确保逆变器正常工作,控制器会自动接通泄荷器消耗掉多余的电能。

Claims (4)

1. 一种小型风光互补独立供电系统,包括风力发电机、光伏板阵列和蓄电池,其特征在于,它还包括中央能源管理、控制器,所述风力发电机通过中央能源管理、控制器风电控制模块与所述蓄电池连接;所述光伏电池阵列通过中央能源管理、控制器风电控制模块与所述蓄电池连接;所述逆变电路通过中央能源管理、控制器与所述蓄电池连接;所述中央能源管理、控制器主电路分别通过传感器与所述风力发电机、所述风电控制模块、所述光伏板阵列、所述光伏控制模块相连接。其用于接收并分析所述风力发电机的直流电压和直流电流,所述风电控制模块的输出电压和输出电流,所述光伏板阵列的直流电压和直流电流, 所述光伏充控制模块的输出电压和输出电流,并监测所述蓄电池、中央能源管理、控制器主板的温度,使风力发电机跟光伏板阵列处在最大发电功率、保护所述风力发电机、所述蓄电池、中央能源管理、控制器,并对能源的存储和分配实行最优化管理、控制。
2.根据权利要求1所述的中央能源管理、控制器,其特征在于,它包含了中央微处理芯片主电路、风电控制模块、光伏控制模块、控制模块、逆变电路、温度采样、键盘、显示模块寸。
3.根据权利要求2所述的中央微处理芯片主电路,其特征在于,所使用的微处理芯片是PIC16F73型RISC单片机。
4.根据权利要求2所述的风电控制模块、光伏控制模块,其特征在于,其采用的控制技术是MPPT控制。
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