CN102437593A

CN102437593A - 一种小型风光互补独立供电系统

Info

Publication number: CN102437593A
Application number: CN2010102961946A
Authority: CN
Inventors: 刘艺洋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2012-05-02

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

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

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32.26亿千瓦，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。

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。

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

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。

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。

所述中央能源管理、控制器采用的微处理芯片是PICl6F73型单片机。

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。

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

下面结合附图对本发明作进一步详细描述

图1、本发明系统方框图

图2、本发明系统中央能源管理、控制器原理框图

本具体实施方式

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。

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

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、显示模块等。

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PICl6F73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。