CN102969766A - 一种风光互补发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风光互补发电系统，包括由光伏板和二极管串联形成的光电支路、由风力发电机和整流桥串联形成的风电支路，所述光电支路与所述风电支路并联向干路中的蓄电池充电，所述光电支路和所述风电支路中均串联有BUCK电路，所述风光互补发电系统还设有可对所述光电支路和所述风电支路交替进行控制的MPPT控制装置。本发明克服现有的风光互补发电系统的风力发电机和光伏板的输出功率远小于其最大输出功率，造成清洁能源的浪费，并使得蓄电池充电效率较低的缺点，提供一种可追踪风力发电机和光伏板的最大输出功率，以提高光伏板和风力发电机的输出功率，从而更充分利用风能和光能的风光互补发电系统。

Description

一种风光互补发电系统
技术领域
本发明涉及一种发电系统。具体为一种风光互补发电系统。
背景技术
随着经济的发展，人类对于能源的需求也越来越大，传统的能源储量正在日益枯竭。而且，传统燃料的大量使用对人类生存环境造成的危害日益突出，可再生清洁能源的开发和利用成为重要而急迫的课题。清洁能源中的风能和光能是极具开发价值的能源，其中风光互补发电系统是一种可同时利用风能和光能进行发电的装置，风光互补发电系统的工作原理是：一方面利用自然风作为动力，风轮吸收风的能量，带动风力发电机旋转，产生交流电，通过整流器把交流电转换为直流电，向蓄电池组充电并储存电能，同时，利用光伏板的光伏效应将太阳能直接转化为直流电，供负载使用或者贮存于蓄电池内备用。
目前的风光互补发电系统一般包括光伏板1、二极管2、风力发电机3、整流桥4、BUCK电路5及蓄电池6，其中光伏板1与二极管2串联形成一个支路，风力发电机3与整流桥4串联形成一个支路，以上两个支路并联向蓄电池6充电，BUCK电路5设于干路上。这种结构存在的缺陷是，受蓄电池的最高充电电压的限制，光伏板的输出电压只能是蓄电池的最高充电电压，而风力发电机整流后的电压也不能高于蓄电池最高充电电压太多，这样，即使光伏板和风力发电机可产生大量的电能，但其输出功率很低，造成清洁能源的浪费，也使得蓄电池的充电效率较低。
发明内容
本发明解决的技术问题在于克服现有的风光互补发电系统的风力发电机和光伏板的输出功率小，造成清洁能源的浪费，并使得蓄电池充电效率较低的缺点，提供一种可追踪风力发电机和光伏板的最大输出功率，以提高光伏板和风力发电机的输出功率，从而更充分利用风能和光能的风光互补发电系统。
本发明的风光互补发电系统，包括由光伏板和二极管串联形成的光电支路、由风力发电机和整流桥串联形成的风电支路，所述光电支路与所述风电支路并联向干路中的蓄电池充电，所述光电支路和所述风电支路中均串联有BUCK电路，所述风光互补发电系统还设有可对所述光电支路和所述风电支路交替进行控制的MPPT控制装置。
作为优选，所述MPPT控制装置包括DSP控制器及自所述DSP控制器引出的光电支路检测电路、风电支路检测电路、光电支路驱动电路和风电支路驱动电路，所述光电支路检测电路与所述光电支路连接以检测光电支路的电压和电流强度，所述风电支路检测电路与所述风电支路连接以检测风电支路的电压和电流强度，所述光电支路驱动电路与所述光电支路的BUCK电路的开关管连接以根据所述DSP控制器的指令改变所述光电支路的BUCK电路的开关管的占空比，所述风电支路驱动电路与所述风电支路的BUCK电路的开关管连接以根据所述DSP控制器的指令改变所述风电支路的BUCK电路的开关管的占空比。
作为进一步的优选，所述光电支路检测电路与所述光电支路的连接点在所述二极管与所述BUCK电路之间，所述风电支路检测电路与所述风电支路的连接点在所述整流桥和所述BUCK电路之间。
作为进一步的优选，所述MPPT控制装置还包括自所述DSP控制器引出的蓄电池检测电路，所述蓄电池检测电路与所述干路连接以检测蓄电池的充电电压和电流强度。
本发明的风光互补发电系统和现有技术相比，具有以下有益效果：设有可对光电支路和风电支路交替进行控制的MPPT控制装置，MPPT控制装置先对风电支路或者光电支路中的一个支路进行控制，过了固定的时间间隔换为对另一个支路进行控制，如此，MPPT可交替对风电支路和光电支路进行控制，使风力发电机和光伏板几乎同时以接近其各自最大的输出功率的状态工作，且设定的间隔时间越短，整个风力互补发电系统的输出功率越高，从而可显著提高整个风力互补发电系统的输出功率，提高光能和风能的利用率。
附图说明
图1为现有的风光互补发电系统的电路结构示意图。
图2为本发明一个实施例的风光互补发电系统的电路结构示意图。
图3为本发明一个实施例的风光互补发电系统的MPPT控制装置对风电支路和光电支路进行交替控制的示意图。
附图标记
11-光伏板,12-二极管，13-风力发电机，14-整流桥，15-BUCK电路，16-蓄电池，17-DSP控制器，18-光电支路检测电路，19-风电支路检测电路，20-光电支路驱动电路，21-风电支路驱动电路，22-蓄电池检测电路，23-开关管。
具体实施方式
图2为本发明一个实施例的风光互补发电系统的电路结构示意图。如图2所示，本发明的风光互补发电系统，包括由光伏板11和二极管12串联形成的光电支路、由风力发电机13和整流桥14串联形成的风电支路。光伏板11在光电效应的作用下产生直流电，光电支路中的二极管12用于防止当蓄电池16的电压高于光伏板11的电压时，蓄电池16对光伏板11反向充电严重影响光伏板11的使用寿命。风力发电机13利用风能产生交流电，风电支路中的整流桥14用于将风力发电机13产生的交流电整流成为稳定的直流电。
所述光电支路与所述风电支路并联向干路中的蓄电池16充电，所述光电支路和所述风电支路中均串联有BUCK电路（降压式变换电路）15，所述风光互补发电系统还设有可对所述光电支路和所述风电支路交替进行控制的MPPT（Maximum Power Point Tracking）控制装置，即最大功率点跟踪控制装置。在本实施例中，可对MPPT控制装置设置一固定的时间间隔，如十分钟或者三十分钟。图3为本发明一个实施例的风光互补发电系统的MPPT控制装置对风电支路和光电支路进行交替控制的示意图，图3中的横坐标t为时间。如图3所示，MPPT控制装置先对风电支路进行MPPT控制，过了固定的时间间隔换为对光电支路进行MPPT控制，如此，MPPT可交替对风电支路和光电支路进行控制，当然，MPPT控制装置也可先对光电支路进行MPPT控制。这种设置使风力发电机13和光伏板11几乎同时在接近其各自最大的输出功率的状态下工作，且设定的间隔时间越短，整个风力互补发电系统的输出功率越高，从而可显著提高整个风力互补发电系统的输出功率，提高光能和风能的利用率。
在本实施例中，所述MPPT控制装置包括DSP控制器（数字信号处理控制器）17及自所述DSP控制器17引出的光电支路检测电路18、风电支路检测电路19、光电支路驱动电路20和风电支路驱动电路21。所述光电支路检测电路18与所述光电支路连接，且连接点在所述二极管12与所述BUCK电路15之间，以检测光电支路的电压和电流强度，所述光电支路检测电路18将检测到的电压和电流强度信息输送到DSP控制器17，DSP控制器17根据接收的信息计算光伏板11的输出功率。
所述风电支路检测电路19与所述风电支路连接，且连接点在所述整流桥14和所述BUCK电路15之间，以检测风电支路的电压和电流强度，所述风电支路检测电路19将检测到的电压和电流强度信息输送到DSP控制器17，DSP控制器17根据接收的信息计算风力发电机13的输出功率。
在本实施例中，采用“扰动法”原理来追踪光伏板11和风力发电机13的最大输出功率。所述光电支路驱动电路20与所述光电支路的BUCK电路15的开关管23连接，当所述MPPT控制装置控制光电支路时，DSP控制器17向光电支路驱动电路20发出指令，改变所述光电支路的BUCK电路15的开关管23的占空比，在本实施例中，为增大占空比，从而调整光伏板11的输出功率。光电支路检测电路18再次检测光电支路的电压和电流强度，并将新的数据传送至DSP控制器17，DSP控制器17计算得出光电支路调整后的输出功率，并比较调整前后的输出功率，如调整后的输出功率比调整前的输出功率增大，则DSP控制器17指令光电支路驱动电路20继续增大光电支路的BUCK电路15的开关管23的占空比，使光伏板11的输出功率进一步增大。如调整后的输出功率比调整前的输出功率小，则减小开关管23的占空比，以进一步提高光伏板11的输出功率。
所述风电支路驱动电路21与所述风电支路的BUCK电路15的开关管23连接，当所述MPPT控制装置控制光电支路时，DSP控制器17向风电支路驱动电路21发出指令改变所述风电支路的BUCK电路15的开关管23的占空比，从而调整风力发电机13的输出功率，使其接近风力发电机13的最大输出功率，其原理与调整光伏板11的输出功率的原理相同，此处不再赘述。
当然，在其他实施例中，还可采用其它已知的方式追踪光伏板11和风力发电机13的最大功率。
作为优选，所述MPPT控制装置还包括自所述DSP控制器17引出的蓄电池检测电路22，所述蓄电池检测电路22与所述干路连接以检测蓄电池16的电压和电流强度，将检测到的数据发送至所述DSP控制器17，所述DSP控制器17可计算得出蓄电池16的充电功率。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出的各种修改或等同替换也落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种风光互补发电系统，包括由光伏板和二极管串联形成的光电支路、由风力发电机和整流桥串联形成的风电支路，所述光电支路与所述风电支路并联向干路中的蓄电池充电，其特征在于：所述光电支路和所述风电支路中均串联有BUCK电路，所述风光互补发电系统还设有可对所述光电支路和所述风电支路交替进行控制的MPPT控制装置。
2.根据权利要求1所述的风光互补发电系统，其特征在于：所述MPPT控制装置包括DSP控制器及自所述DSP控制器引出的光电支路检测电路、风电支路检测电路、光电支路驱动电路和风电支路驱动电路，所述光电支路检测电路与所述光电支路连接以检测光电支路的电压和电流强度，所述风电支路检测电路与所述风电支路连接以检测风电支路的电压和电流强度，所述光电支路驱动电路与所述光电支路的BUCK电路的开关管连接以根据所述DSP控制器的指令改变所述光电支路的BUCK电路的开关管的占空比，所述风电支路驱动电路与所述风电支路的BUCK电路的开关管连接以根据所述DSP控制器的指令改变所述风电支路的BUCK电路的开关管的占空比。
3.根据权利要求2所述的风光互补发电系统，其特征在于：所述光电支路检测电路与所述光电支路的连接点在所述二极管与所述BUCK电路之间，所述风电支路检测电路与所述风电支路的连接点在所述整流桥和所述BUCK电路之间。
4.根据权利要求3所述的风光互补发电系统，其特征在于：所述MPPT控制装置还包括自所述DSP控制器引出的蓄电池检测电路，所述蓄电池检测电路与所述干路连接以检测蓄电池的充电电压和电流强度。
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