CN103388796B - 一种路灯用风光互补控制系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路灯用风光互补控制系统及其工作方法，所述系统包括通过母线依次连接的风力机、发电机、不可控整流桥电路、第一DC/DC变换器和负载，发电机与不可控整流桥电路之间设有第一浪涌防雷保护电路和卸荷保护电路，不可控整流桥电路与第一DC/DC变换器之间设有冲击电流限制电路，第一DC/DC变换器与负载之间的母线上连接复合储能电路，第一DC/DC变换器与负载之间通过第二DC/DC变换器与光伏板连接，第二DC/DC变换器与光伏板之间设有第二浪涌防雷保护电路，卸荷保护电路、复合储能电路、负载、第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器均由DSP控制器控制，DSP控制器还控制照度监测电路；本发明具有浪涌防雷保护、抑制冲击电流、能量优化调度以及输出功率智能调节等优点。

Description

一种路灯用风光互补控制系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种路灯用风光互补控制系统及其工作方法。

背景技术

道路照明铺设距离长，部分路段远离变配电所，采用传统路灯照明，不仅施工难度大，在发生故障时，检修较为困难。风光互补供电的离网独立路灯照明较好的客服了上述问题，且对环境无污染。此外，从长期运行成本考虑，风光互补路灯照明更为经济。

现阶段，风光互补路灯照明仍需完善、改进的是：可再生能源的间歇性和不可预知性，使得系统初期设计容量尤其是蓄电池容量较大，初投资较高；输出电能质量仍需进一步提高；运行环境较为恶劣，长期安全、稳定运行至关重要。

传统路灯照明虽考虑到季节变化，对道路照明供电时间做出调整。但该供电时间未考虑到天气变化影响，且难以全面反映路面照度需求信息。经常遇到路面光照充足，路灯打开现象。

总而言之，目前需要本领域技术人员迫切解决的技术问题是：

1、风光互补系统安装在露天、空旷位置，需设计更为安全、可靠的防雷保护措施。

2、可再生能源具有波动性和随机性，如何进一步平稳系统功率流动，提高用户电能质量和延长机组使用寿命，亟待解决。

3、系统在启动运行瞬间，存在较大电流过冲，需进一步采取措施，降低冲击电流对电路造成的影响。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种路灯用风光互补控制系统及其工作方法，它具有浪涌防雷保护、抑制冲击电流、能量优化调度以及输出功率智能调节等优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种路灯用风光互补控制系统，包括通过母线依次连接的风力机、发电机、不可控整流桥电路、第一DC/DC变换器和负载，所述发电机与不可控整流桥电路之间设有第一浪涌防雷保护电路和卸荷保护电路，所述不可控整流桥电路与第一DC/DC变换器之间设有冲击电流限制电路，所述第一DC/DC变换器与负载之间的母线上连接复合储能电路，所述第一DC/DC变换器与负载之间通过第二DC/DC变换器与光伏板连接，所述第二DC/DC变换器与光伏板之间设有第二浪涌防雷保护电路，所述卸荷保护电路、复合储能电路、负载、第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器均由DSP控制器控制，所述DSP控制器还控制照度监测电路。

所述浪涌防雷保护电路包括两级防护电路，每级防护电路均有三条线，且所述三条线分别与三相交流电的A、B、C三相连接，每条线上依次设有熔断器、第一压敏电阻RV、气体放电管GDS，所述气体放电管GDS接地，每级防护电路的任意两线之间通过第二压敏电阻RV连接，所述第二压敏电阻RV的两端分别设置在每条线的熔断器和第一压敏电阻RV之间的连接点上。

所述冲击电流限制电路受冲击电流限制控制电路的控制。

所述冲击电流限制电路包括继电器KM2常开触点，所述继电器KM2常开触点的两端分别连接到不可控整流桥电路和DC/DC变换器的两端，所述继电器KM2常开触点与温度感应支路并联，所述温度感应支路包括串联的负温度系数热敏电阻和缓冲电路，所述缓冲电路包括并联的电感L1和二极管电路，所述二极管电路包括串联的电阻R22和二极管D4。

所述冲击电流限制控制电路包括555定时器，所述555定时器包括1号、2号、3号、4号、5号、6号、7号和8号引脚，所述555定时器的1号引脚接地，5号引脚通过电容C7接地，3号引脚通过二极管接8号引脚，二极管的输入端与3号引脚连接，二极管还与继电器KM2并联，所述4号和8号引脚都与+15V电源连接，所述2号引脚通过可调电阻R20接+15V电源，所述2号引脚还通过电解电容C1接地，所述6号引脚通过继电器KM1常闭开关接地，所述+15V电源还通过串联的电阻R19和继电器KM2与地连接。

所述照度监测电路包括依次连接的恒流源电路、惠斯登电桥电路、差分放大电路、有源二阶低通滤波电路、高通滤波电路、信号调理电路，所述信号调理电路与DSP控制器连接。

所述恒流源电路包括依次连接的+5V电源、电阻R2、二极管D1，所述二极管D1接地。

所述惠斯登电桥电路包括运算放大器TL074和光敏电阻，所述运算放大器TL074的同相输入端通过连接到电阻R2和二极管D1之间，所述运算放大器TL074的反相输入端通过电阻R3接地，所述运算放大器TL074的输出端通过惠斯登整流桥连接到运算放大器TL074的反相输入端，所述惠斯登整流桥包括并联的两条支路，第一条支路包括串联的电阻R5和光敏电阻，第二条支路包括并联的电阻R6和可调电阻R7，所述惠斯登整流桥电路与差分放大电路连接。

所述差分放大电路包括仪用放大器AD620AN，所述仪用放大器AD620AN的2号引脚连接到电阻R5和光敏电阻的中间连接点上，所述仪用放大器AD620AN的3号引脚连接到电阻R6和可调电阻R7的中间连接点上，所述仪用放大器AD620AN的4号引脚连接到-5V电源上，所述仪用放大器AD620AN的7号引脚连接到+5V电源上，所述仪用放大器AD620AN的5号引脚接地，所述仪用放大器AD620AN的6号脚通过电阻R8连接到有源二阶低通滤波电路上，所述仪用放大器AD620AN的1号引脚通过滑动电阻R1连接到所述仪用放大器AD620AN的8号引脚。

所述有源二阶低通滤波电路包括第一运算放大器TL062，所述第一运算放大器TL062的同相输入端通过电阻R9连接电阻R8，所述第一运算放大器TL062的同相输入端通过电容C2接地，所述第一运算放大器TL062的反相输入端通过电阻R10接地，所述第一运算放大器TL062的输出端通过电阻R11连接所述第一运算放大器TL062的反相输入端，所述第一运算放大器TL062的输出端还通过电容C3连接到电阻R8和电阻R9之间，所述第一运算放大器TL062的4号引脚连接到-5V电源上，所述第一运算放大器TL062的8号引脚连接到+5V电源上，所述第一运算放大器TL062的输出端与高通滤波电路连接。

所述高通滤波电路包括电容C4，所述电容C4的一端接所述第一运算放大器TL062的输出端，所述电容C4的另外一端通过电容R12接地。

所述高通滤波电路与信号调理电路连接，所述信号调理电路包括第二运算放大器TL062，所述第二运算放大器TL062的同相输入端通过电阻R12接地，所述第二运算放大器TL062的反相输入端通过电阻R13接地，所述第二运算放大器TL062的输出端连接DSP控制器，所述第二运算放大器TL062的输出端通过滑动电阻R4连接所述第二运算放大器TL062的反相输入端。

所述复合储能电路包括超级电容控制电路和蓄电池控制电路。

所述超级电容控制电路由DSP控制器控制，所述超级电容控制电路与母线连接，所述超级电容控制电路包括电解电容C2，所述电解电容C2的两端分别连接到两条母线上，所述电解电容C2与彼此串联的两个开关管并联，其中一个功率开关管与电解电容电路并联，所述电解电容电路包括串联的电感L7、电阻、电解电容C3。

所述蓄电池控制电路由DSP控制器控制，所述蓄电池控制电路与母线连接，所述蓄电池控制电路包括电解电容C4，所述电解电容C4的两端分别连接到两条母线上，所述电解电容C4与彼此串联的两个功率开关管并联，其中一个功率开关管与蓄电池电路并联，所述蓄电池电路包括依次串联的电感L3、电阻、蓄电池。

一种路灯用风光互补控制系统及其工作方法，主要包括如下步骤：

步骤（1）：风光互补控制系统开机运行后，冲击电流限制电路工作，抑制过冲电流，保护风光互补控制系统；进过设定延时后，冲击电流限制电路自动切除，风光互补控制系统正常工作；

步骤（2）：DSP控制器发出能量捕获控制指令，分别控制两个DC/DC变换器使风光互补控制系统捕获风能、太阳能；

步骤（3）：DSP控制器发出复合储能控制指令，控制复合储能电路工作，使风光互补控制系统满足负载功率需求；多余或者不足的能量由复合储能电路缓冲；所述复合储能电路工作包括超级电容控制策略和蓄电池控制策略；

步骤（4）：DSP控制器通过照度监测电路实时监测外界光照强度，并依据输出功率智能调节方法来调控系统输出功率；

步骤（5）：DSP控制器发出能量优化调度控制指令，依据能量优化调度方法，统筹控制DC/DC变换器、复合储能、卸荷保护，使复合储能电路最优化运行；

步骤（6）：如果遇到雷电波侵入，风光互补控制系统浪涌防雷保护电路启动工作，第一级浪涌防雷保护电路泄放大电流，第二级浪涌防雷保护电路起到可靠保护作用。

所述步骤（1）的具体步骤为：

步骤（1-1）：开始，冲击电流限制电路自动切入；

步骤（1-2）：判断设定时间是否到，如果是就进入步骤（1-3），如果否就返回步骤（1-2）；

步骤（1-3）：自动断开冲击电流限制电路。

所述步骤（3）的超级电容控制策略具体步骤为：

步骤（3a-1）：开始，采集超级电容两端的电压U(K)、电流I(K)；

步骤（3a-2）：采用离散比例-积分算法计算超级电容控制结构BUCK-BOOST变换器的占空比；输出PWM信号；

步骤（3a-3）：判断超级电容电压是否达到上限值，如果是就禁止充电只允许放电，结束；如果否就结束。

所述步骤（3）的蓄电池控制策略具体步骤为：

步骤（3b-1）：开始，判断捕获功率是否大于负载需求，如果是就执行步骤（3b-2）；如果否就执行步骤（3b-3）；

步骤（3b-2）：进入放电，计算功率差值，计算占空比调节量，输出脉宽调制信号；判断蓄电池端电压是否小于设定电压，如果是就禁止放电，结束；如果否就结束；

步骤（3b-3）：进入充电，计算功率差值，计算占空比调节量，输出脉宽调制信号；判断充电电流是否大于设定值，如果是就结束，如果否就表示蓄电池已充满，禁止充电，结束。

所述步骤（4）的具体步骤如下：

步骤（4-1）：开始，采集当前照度值；

步骤（4-2）：调用输出功率调节方法，确定输出亮度；

步骤（4-3）：调节输出亮度，结束。

所述输出功率调节方法：检测当前照度值，若当前照度值大于设定照度，则降低输出功率，若当前照度值小于设定照度，则增加输出功率。

所述步骤（5）的能量优化调度方法具体步骤如下：

步骤（5-1）：开始；判断捕获功率是否大于负载需求，如果是就进入步骤（5-3），如果否就进入步骤（5-2）；

步骤（5-2）：判断蓄电池剩余容量是否低于设定下限，如果是就进入状态1，结束；如果否就进入状态2，结束；

步骤（5-3）：判断蓄电池剩余容量是否达到额定上限，如果是就进入步骤（5-4），如果否就进入状态3，结束；

步骤（5-4）：判断捕获功率是否持续上升，如果是就进入状态5，结束；如果否就进入状态4，结束。

所述状态1：风光互补捕获功率小于负载需求功率，蓄电池剩余容量低于设定下限，此时系统处于停机保护状态。

所述状态2：风光互补捕获功率小于负载需求功率，蓄电池剩余容量高于设定下限，由储能环节向负载供电，同时，实时监测蓄电池剩余容量，避免过度放电。

所述状态3：风光互补捕获功率大于负载需求功率，能量优先供给负载，多于能量由储能环节吸收。

所述状态4：风光互补捕获功率大于负载需求功率，蓄电池已充满，系统调节风力发电机、光伏板，降低捕获功率。

所述状态5：风光互补捕获功率持续上升，表明遇到强风天气，此时立即切入卸荷负载，避免恶性事故发生。同时，实时监测输出功率，待强风过后，自动切除卸荷。

1、浪涌防雷保护工作原理

设计的两级防雷保护中，第一级防雷保护电路用于泄放大部分浪涌电流，第二级防雷保护电路泄放残余电流，起到可靠保护。线路保护动作机理是：当线路出现过电压时，第一级防雷保护电路使主电路的空气开关断开，起到保护作用。

每级防雷保护中均包含星型压敏电阻阵列和三角形压敏电阻阵列。其中星型压敏电阻阵列主要用于抑制差模干扰，三角形压敏电阻阵列主要抑制共模干扰。为避免防雷保护器件失效引起的短路故障，在防护器件通过熔断器与主电路相连接。

2、冲击电流限制工作原理

风力发电机、光伏电池在投切瞬间，对电气系统尤其是功率开关器件产生较大电流冲击，容易引发故障。为保护系统安全，延长机组使用寿命，设计了具有自动切入切除功能的冲击电流限制电路。

在上电工作瞬间，继电器触点KM断开，冲击电流主要流经负温度系数热敏电阻（NTC）以及电感L1、电阻R22、二极管D4构成的缓冲电路，对过冲电流进行限制。经过一定时间延时后，KM自动吸合，电路处于正常运行状态。延时参数由实验统计和现场测试获得。

3、复合储能协调控制工作原理

超级电容组功率密度大可以快速吞吐脉冲功率，但能量密度小，不能长时间放电。蓄电池恰好相反，能量密度大而功率密度小。利用蓄电池与超级电容构成的复合储能可以实现二者的优势互补。

在风光互补发电场合，可再生能源的间歇性和不确定性容易引起功率波动。功率波动可分为高频分量和低频分量。本发明设计的复合储能协调策略为：利用超级电容缓冲高频功率波动，由蓄电池平稳低频波动。采用这种策略降低了蓄电池充放电频率，延长了蓄电池寿命，同时，有利于系统功率平稳流动。

由超级电容稳定直流母线电压，快速平抑脉冲功率。蓄电池主要协调系统供需功率平衡，缓冲低频波动。

能量调度的优化目标是：提高输出电能质量，各子系统优化运行。具体表现为：输出电压稳定无闪变、波动；风力发电机、光伏电池具备最大功率捕获功能，同时做到按需捕获功能；储能系统尤其是蓄电池优化运行，避免过度放电/充电，避免频繁充放电。

4、输出功率智能调节

由恒流源向接有光照传感器的电桥供电，电桥检测道路光照变化，电桥输出信号经仪用放大器调整后经过二阶低通滤波、信号调理输出至控制器AD采样端口。

本发明的有益效果：

1、设计了多级浪涌防雷保护，能够可靠、快速的消除瞬态过电压造成的影响。

2、设计了冲击电流限制电路，将开机瞬间的过冲电流限制到允许范围，较好的保护电气系统，避免承受较大电压、电流应力。该电路经过设定时间可以自动切除，不影响机组正常工作。

3、设计了复合储能协调策略以及能量优化调度算法，使系统功率平滑流动，提高了输出电能质量。

4、设计了输出功率智能调节算法，依据路面照度状况，实时调节输出功率，在满足照明要求的前提下，节约了能源、提高了机组使用寿命。

5、本发明从结构设计、控制策略设计两方面着手，对风光互补控制器进行了改进和完善。在结构方面，本装置设计了两级浪涌防雷保护、冲击电流限制，使系统更为安全、可靠；采用了超级电容与蓄电池构成的复合储能系统，并设计了复合储能协调控制策略，延长了蓄电池使用寿命；在控制策略方面，设计了能量调度算法，使系统功率平滑流动，系统在捕获最大能量的同时，优化运行；设计了输出功率智能调节策略，根据当前照度情况，适当调节灯管输出功率，在满足照度需求前提下，尽可能节约能源。

6、本发明设计的光照传感器实时监测路面光照变化，自动调节路灯输出亮度，在满足道路照度需求的前提下，较好的节约了能源，间接延长了系统使用寿命。

附图说明

图1为风光互补控制器结构图；

图2为浪涌防雷保护电路示意图；

图3为冲击电流限制控制电路示意图；

图4为超级电容控制策略示意图；

图5为蓄电池控制策略示意图；

图6为照度监测电路图；

图7为本发明的工作整体流程图；

图8为本发明的限制冲击电流工作流程图；

图9为本发明的复合储能协调控制部分的超级电容控制过程流程图；

图10为本发明的复合储能协调控制部分的蓄电池控制策略流程图；

图11为本发明的能量优化调度流程图；

图12为本发明的输出照度调节流程图；

图13为本发明的蓄电池控制电路图；

图14为本发明的超级电容控制电路图；

图15为本发明的设定照度示意图；

其中，1、风力机，2、发电机，3、不可控整流桥电路，4、冲击电流限制电路，5、第一DC/DC变换器，6、负载，7、光伏板，8、第二浪涌防雷保护电路，9、第二DC/DC变换器，10、第一浪涌防雷保护电路，11、卸荷保护电路，12、照度监测电路，13、复合储能电路，14、DSP控制器。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种路灯用风光互补控制系统，包括通过母线依次连接的风力机1、发电机2、不可控整流桥电路3、第一DC/DC变换器5和负载6，所述发电机2与不可控整流桥电路3之间设有第一浪涌防雷保护电路10和卸荷保护电路11，所述不可控整流桥电路3与第一DC/DC变换器5之间设有冲击电流限制电路4，所述第一DC/DC变换器5与负载6之间的母线上连接复合储能电路13，所述第一DC/DC变换器5与负载6之间通过第二DC/DC变换器9与光伏板7连接，所述第二DC/DC变换器9与光伏板7之间设有第二浪涌防雷保护电路8，所述卸荷保护电路11、复合储能电路13、负载6、第一DC/DC变换器5、第二DC/DC变换器9均由DSP控制器14控制，所述DSP控制器14还控制照度监测电路12。

如图2所示，所述第一浪涌防雷保护电路10和第二浪涌防雷保护电路8均包括两级防护电路，每级防护电路均有三条线，且所述三条线分别与三相交流电的A、B、C三相连接，每条线上依次设有熔断器、第一压敏电阻RV、气体放电管GDS，所述气体放电管GDS接地，每级防护电路的任意两线之间通过第二压敏电阻RV连接，所述第二压敏电阻RV的两端分别设置在每条线的熔断器和第一压敏电阻RV之间的连接点上。

如图3所示，所述冲击电流限制电路4受冲击电流限制控制电路的控制。

所述冲击电流限制电路4包括继电器KM2常开触点，所述继电器KM2常开触点的两端分别连接到不可控整流桥电路3和第一DC/DC变换器5的两端，所述继电器KM2常开触点与温度感应支路并联，所述温度感应支路包括串联的负温度系数热敏电阻和缓冲电路，所述缓冲电路包括并联的电感L1和二极管电路，所述二极管电路包括串联的电阻R22和二极管D4。

所述冲击电流限制控制电路包括555定时器，所述555定时器包括1号、2号、3号、4号、5号、6号、7号和8号引脚，所述555定时器的1号引脚接地，5号引脚通过电容C7接地，3号引脚通过二极管接8号引脚，二极管的输入端与3号引脚连接，二极管还与继电器KM2并联，所述4号和8号引脚都与+15V电源连接，所述2号引脚通过可调电阻R20接+15V电源，所述2号引脚还通过电解电容C1接地，所述6号引脚通过继电器KM1常闭开关接地，所述+15V电源还通过串联的电阻R19和继电器KM2与地连接。

如图4所示，所述超级电容控制策略由双环PI串级调节器构成，外环为电压控制环，内环为电流控制环，串级调节器输出量为功率开关的占空比调节信号。

如图5所示，所述蓄电池控制策略由PI调节实现，PI调节器依据功率差计算出功率开关的占空比调节信号。

如图6所示，所述照度监测电路12包括依次连接的恒流源电路、惠斯登电桥电路、差分放大电路、有源二阶低通滤波电路、高通滤波电路、信号调理电路，所述信号调理电路与DSP控制器14连接。

所述恒流源电路包括依次连接的+5V电源、电阻R2、二极管D1，所述二极管D1接地。

所述惠斯登电桥电路包括运算放大器TL074和光敏电阻，所述运算放大器TL074的同相输入端通过连接到电阻R2和二极管D1之间，所述运算放大器TL074的反相输入端通过电阻R3接地，所述运算放大器TL074的输出端通过惠斯登整流桥连接到运算放大器TL074的反相输入端，所述惠斯登整流桥包括并联的两条支路，第一条支路包括串联的电阻R5和光敏电阻，第二条支路包括并联的电阻R6和可调电阻R7，所述惠斯登整流桥电路与差分放大电路连接。

所述差分放大电路包括仪用放大器AD620AN，所述仪用放大器AD620AN的2号引脚连接到电阻R5和光敏电阻的中间连接点上，所述仪用放大器AD620AN的3号引脚连接到电阻R6和可调电阻R7的中间连接点上，所述仪用放大器AD620AN的4号引脚连接到-5V电源上，所述仪用放大器AD620AN的7号引脚连接到+5V电源上，所述仪用放大器AD620AN的5号引脚接地，所述仪用放大器AD620AN的6号脚通过电阻R8连接到有源二阶低通滤波电路上，所述仪用放大器AD620AN的1号引脚通过滑动电阻R1连接到所述仪用放大器AD620AN的8号引脚。

所述有源二阶低通滤波电路包括第一运算放大器TL062，所述第一运算放大器TL062的同相输入端通过电阻R9连接电阻R8，所述第一运算放大器TL062的同相输入端通过电容C2接地，所述第一运算放大器TL062的反相输入端通过电阻R10接地，所述第一运算放大器TL062的输出端通过电阻R11连接所述第一运算放大器TL062的反相输入端，所述第一运算放大器TL062的输出端还通过电容C3连接到电阻R8和电阻R9之间，所述第一运算放大器TL062的4号引脚连接到-5V电源上，所述第一运算放大器TL062的8号引脚连接到+5V电源上，所述第一运算放大器TL062的输出端与高通滤波电路连接。

所述高通滤波电路包括电容C4，所述电容C4的一端接所述第一运算放大器TL062的输出端，所述电容C4的另外一端通过电容R12接地。

所述高通滤波电路与信号调理电路连接，所述信号调理电路包括第二运算放大器TL062，所述第二运算放大器TL062的同相输入端通过电阻R12接地，所述第二运算放大器TL062的反相输入端通过电阻R13接地，所述第二运算放大器TL062的输出端连接DSP控制器14，所述第二运算放大器TL062的输出端通过滑动电阻R4连接所述第二运算放大器TL062的反相输入端。

所述复合储能电路13包括超级电容控制电路和蓄电池控制电路。

如图14所示，所述超级电容控制电路由DSP控制器14控制，所述超级电容控制电路与母线连接，所述超级电容控制电路包括电解电容C2，所述电解电容C2的两端分别连接到两条母线上，所述电解电容C2与彼此串联的两个开关管并联，其中一个功率开关管与电解电容电路并联，所述电解电容电路包括串联的电感L7、电阻、电解电容C3。

如图13所示，所述蓄电池控制电路由DSP控制器14控制，所述蓄电池控制电路与母线连接，所述蓄电池控制电路包括电解电容C4，所述电解电容C4的两端分别连接到两条母线上，所述电解电容C4与彼此串联的两个功率开关管并联，其中一个功率开关管与蓄电池电路并联，所述蓄电池电路包括依次串联的电感L3、电阻、蓄电池。

如图7所示，一种路灯用风光互补控制系统及其工作方法，主要包括如下步骤：

步骤（1）：风光互补控制系统开机运行后，冲击电流限制电路4工作，抑制过冲电流，保护风光互补控制系统；进过设定延时后，冲击电流限制电路4自动切除，风光互补控制系统正常工作；

步骤（2）：DSP控制器14发出能量捕获控制指令，分别控制第一DC/DC变换器5和第二DC/DC变换器9使风光互补控制系统捕获风能、太阳能；

步骤（3）：DSP控制器14发出复合储能控制指令，控制复合储能电路13工作，使风光互补控制系统满足负载6功率需求；多余或者不足的能量由复合储能电路13缓冲；所述复合储能电路13工作包括超级电容控制策略和蓄电池控制策略；

步骤（4）：DSP控制器14通过照度监测电路12实时监测外界光照强度，并依据输出功率智能调节方法来调控系统输出功率；

步骤（5）：DSP控制器14发出能量优化调度控制指令，依据能量优化调度方法，统筹控制DC/DC变换器、复合储能、卸荷保护，使复合储能电路13最优化运行；

步骤（6）：如果遇到雷电波侵入，风光互补控制系统浪涌防雷保护电路启动工作，第一级浪涌防雷保护电路泄放大电流，第二级浪涌防雷保护电路起到可靠保护作用。

如图8所示，所述步骤（1）的具体步骤为：

步骤（1-1）：开始，冲击电流限制电路4自动切入；

步骤（1-2）：判断设定时间是否到，如果是就进入步骤（1-3），如果否就返回步骤（1-2）；

步骤（1-3）：自动断开冲击电流限制电路4。

如图4和9所示，所述步骤（3）的超级电容控制策略具体步骤为：

步骤（3a-1）：开始，采集超级电容两端的电压U(K)、电流I(K)；

步骤（3a-2）：采用离散比例-积分算法计算超级电容控制结构BUCK-BOOST变换器的占空比；输出PWM信号；

步骤（3a-3）：判断超级电容电压是否达到上限值，如果是就禁止充电只允许放电，结束；如果否就结束。

如图5和10所示，所述步骤（3）的蓄电池控制策略具体步骤为：

步骤（3b-1）：开始，判断捕获功率是否大于负载6需求，如果是就执行步骤（3b-2）；如果否就执行步骤（3b-3）；

步骤（3b-2）：进入放电，计算功率差值，计算占空比调节量，输出脉宽调制信号；判断蓄电池端电压是否小于设定电压，如果是就禁止放电，结束；如果否就结束；

步骤（3b-3）：进入充电，计算功率差值，计算占空比调节量，输出脉宽调制信号；判断充电电流是否大于设定值，如果是就结束，如果否就表示蓄电池已充满，禁止充电，结束。

如图12所示，所述步骤（4）的具体步骤如下：

步骤（4-1）：开始，采集当前照度值；

步骤（4-2）：调用输出功率调节方法，确定输出亮度；

步骤（4-3）：调节输出亮度，结束。

所述输出功率调节方法：检测当前照度值，若当前照度值大于设定照度，则降低输出功率，若当前照度值小于设定照度，则增加输出功率。

设定照度就是路灯输出照度设定值，与时间有关，且需要按照当地使用状况给出，在天较暗时，设定照度较低，天完全黑之后，设定照度达到最高值。具体见设定照度示意图15。

如图11所示，所述步骤（5）的能量优化调度方法具体步骤如下：

步骤（5-1）：开始；判断捕获功率是否大于负载6需求，如果是就进入步骤（5-3），如果否就进入步骤（5-2）；

步骤（5-2）：判断蓄电池剩余容量是否低于设定下限，如果是就进入状态1，结束；如果否就进入状态2，结束；

步骤（5-3）：判断蓄电池剩余容量是否达到额定上限，如果是就进入步骤（5-4），如果否就进入状态3，结束；

步骤（5-4）：判断捕获功率是否持续上升，如果是就进入状态5，结束；如果否就进入状态4，结束。

所述状态1：风光互补捕获功率小于负载6需求功率，蓄电池剩余容量低于设定下限，此时系统处于停机保护状态。

所述状态2：风光互补捕获功率小于负载6需求功率，蓄电池剩余容量高于设定下限，由储能环节向负载6供电，同时，实时监测蓄电池剩余容量，避免过度放电。

所述状态3：风光互补捕获功率大于负载6需求功率，能量优先供给负载6，多于能量由储能环节吸收。

所述状态4：风光互补捕获功率大于负载6需求功率，蓄电池已充满，系统调节风力发电机2、光伏板7，降低捕获功率。

所述状态5：风光互补捕获功率持续上升，表明遇到强风天气，此时立即切入卸荷负载6，避免恶性事故发生。同时，实时监测输出功率，待强风过后，自动切除卸荷。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种路灯用风光互补控制系统，其特征是，包括通过母线依次连接的风力机、发电机、不可控整流桥电路、第一DC/DC变换器和负载，所述发电机与不可控整流桥电路之间设有第一浪涌防雷保护电路和卸荷保护电路，所述不可控整流桥电路与第一DC/DC变换器之间设有冲击电流限制电路，所述第一DC/DC变换器与负载之间的母线上连接复合储能电路，所述第一DC/DC变换器与负载之间通过第二DC/DC变换器与光伏板连接，所述第二DC/DC变换器与光伏板之间设有第二浪涌防雷保护电路，所述卸荷保护电路、复合储能电路、负载、第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器均由DSP控制器控制，所述DSP控制器还控制照度监测电路；

所述浪涌防雷保护电路包括两级防护电路，每级防护电路均有三条线，且所述三条线分别与三相交流电的A、B、C三相连接，每条线上依次设有熔断器、第一压敏电阻RV、气体放电管，所述气体放电管接地，每级防护电路的任意两线之间通过第二压敏电阻RV连接，所述第二压敏电阻RV的两端分别设置在每条线的熔断器和第一压敏电阻RV之间的连接点上；

所述复合储能电路包括超级电容控制电路和蓄电池控制电路；

所述超级电容控制电路由DSP控制器控制，所述超级电容控制电路与母线连接，所述超级电容控制电路包括电解电容C2，所述电解电容C2的两端分别连接到两条母线上，所述电解电容C2与彼此串联的两个功率开关管并联，其中一个功率开关管与电解电容电路并联，所述电解电容电路包括串联的电感L7、电阻、电解电容C3；

所述蓄电池控制电路由DSP控制器控制，所述蓄电池控制电路与母线连接，所述蓄电池控制电路包括电解电容C4，所述电解电容C4的两端分别连接到两条母线上，所述电解电容C4与彼此串联的两个功率开关管并联，其中一个功率开关管与蓄电池电路并联，所述蓄电池电路包括依次串联的电感L3、电阻、蓄电池。

2.如权利要求1所述的一种路灯用风光互补控制系统，其特征是，

所述冲击电流限制电路受冲击电流限制控制电路的控制；

所述冲击电流限制电路包括继电器KM2常开触点，所述继电器KM2常开触点的两端分别连接到不可控整流桥电路和第一DC/DC变换器的两端，所述继电器KM2常开触点与温度感应支路并联，所述温度感应支路包括串联的负温度系数热敏电阻和缓冲电路，所述缓冲电路包括并联的电感L1和二极管电路，所述二极管电路包括串联的电阻R22和二极管D4；

所述冲击电流限制控制电路包括555定时器，所述555定时器包括1号、2号、3号、4号、5号、6号、7号和8号引脚，所述555定时器的1号引脚接地，5号引脚通过电容C7接地，3号引脚通过二极管接8号引脚，二极管的输入端与3号引脚连接，二极管还与继电器KM2并联，所述4号和8号引脚都与+15V电源连接，所述2号引脚通过可调电阻R20接+15V电源，所述2号引脚还通过电解电容C1接地，所述6号引脚通过继电器KM1常闭开关接地，所述+15V电源还通过串联的电阻R19和继电器KM1与地连接。

3.如权利要求1所述的一种路灯用风光互补控制系统，其特征是，所述照度监测电路包括依次连接的恒流源电路、惠斯登电桥电路、差分放大电路、有源二阶低通滤波电路、高通滤波电路、信号调理电路，所述信号调理电路与DSP控制器连接；

所述恒流源电路包括依次连接的+5V电源、电阻R2、二极管D1，所述二极管D1接地；

所述惠斯登电桥电路包括运算放大器TL074和光敏电阻，所述运算放大器TL074的同相输入端通过连接到电阻R2和二极管D1之间，所述运算放大器TL074的反相输入端通过电阻R3接地，所述运算放大器TL074的输出端通过惠斯登整流桥连接到运算放大器TL074的反相输入端，所述惠斯登整流桥包括并联的两条支路，第一条支路包括串联的电阻R5和光敏电阻，第二条支路包括串联的电阻R6和可调电阻R7，所述惠斯登整流桥电路与差分放大电路连接；

所述差分放大电路包括仪用放大器AD620AN，所述仪用放大器AD620AN的2号引脚连接到电阻R5和光敏电阻的中间连接点上，所述仪用放大器AD620AN的3号引脚连接到电阻R6和可调电阻R7的中间连接点上，所述仪用放大器AD620AN的4号引脚连接到-5V电源上，所述仪用放大器AD620AN的7号引脚连接到+5V电源上，所述仪用放大器AD620AN的5号引脚接地，所述仪用放大器AD620AN的6号脚通过电阻R8连接到有源二阶低通滤波电路上，所述仪用放大器AD620AN的1号引脚通过滑动电阻R1连接到所述仪用放大器AD620AN的8号引脚；

所述有源二阶低通滤波电路包括第一运算放大器TL062，所述第一运算放大器TL062的同相输入端通过电阻R9连接电阻R8，所述第一运算放大器TL062的同相输入端通过滤波电容C2接地，所述第一运算放大器TL062的反相输入端通过电阻R10接地，所述第一运算放大器TL062的输出端通过电阻R11连接所述第一运算放大器TL062的反相输入端，所述第一运算放大器TL062的输出端还通过滤波电容C3连接到电阻R8和电阻R9之间，所述第一运算放大器TL062的4号引脚连接到-5V电源上，所述第一运算放大器TL062的8号引脚连接到+5V电源上，所述第一运算放大器TL062的输出端与高通滤波电路连接；

所述高通滤波电路包括滤波电容C4，所述滤波电容C4的一端接所述第一运算放大器TL062的输出端，所述滤波电容C4的另外一端通过电容R12接地；

所述高通滤波电路与信号调理电路连接，所述信号调理电路包括第二运算放大器TL062，所述第二运算放大器TL062的同相输入端通过电阻R12接地，所述第二运算放大器TL062的反相输入端通过电阻R13接地，所述第二运算放大器TL062的输出端连接DSP控制器，所述第二运算放大器TL062的输出端通过滑动电阻R4连接所述第二运算放大器TL062的反相输入端。

4.如上述任一权利要求所述的一种路灯用风光互补控制系统所采用的工作方法，其特征是，主要包括如下步骤：

步骤(1)：风光互补控制系统开机运行后，冲击电流限制电路工作，抑制过冲电流，保护风光互补控制系统；经过设定延时后，冲击电流限制电路自动切除，风光互补控制系统正常工作；

步骤(2)：DSP控制器发出能量捕获控制指令，分别控制两个DC/DC变换器使风光互补控制系统捕获风能、太阳能；

步骤(3)：DSP控制器发出复合储能控制指令，控制复合储能电路工作，使风光互补控制系统满足负载功率需求；多余或者不足的能量由复合储能电路缓冲；所述复合储能电路工作包括超级电容控制策略和蓄电池控制策略；

步骤(4)：DSP控制器通过照度监测电路实时监测外界光照强度，并依据输出功率智能调节方法来调控系统输出功率；

步骤(5)：DSP控制器发出能量优化调度控制指令，依据能量优化调度方法，统筹控制DC/DC变换器、复合储能、卸荷保护，使复合储能电路最优化运行；

步骤(6)：如果遇到雷电波侵入，风光互补控制系统浪涌防雷保护电路启动工作，第一级浪涌防雷保护电路泄放大电流，第二级浪涌防雷保护电路起到可靠保护作用。

5.如权利要求4所述的方法，其特征是，所述步骤(1)的具体步骤为：

步骤(1-1)：开始，冲击电流限制电路自动切入；

步骤(1-2)：判断设定时间是否到，如果是就进入步骤(1-3)，如果否就返回步骤(1-2)；

步骤(1-3)：自动断开冲击电流限制电路。

6.如权利要求4所述的方法，其特征是，所述步骤(3)的超级电容控制策略具体步骤为：

步骤(3a-1)：开始，采集超级电容两端的电压U(K)、电流I(K)；

步骤(3a-2)：采用离散比例-积分算法计算超级电容控制结构BUCK-BOOST变换器的占空比；输出PWM信号；

步骤(3a-3)：判断超级电容电压是否达到上限值，如果是就禁止充电只允许放电，结束；如果否就结束；

所述步骤(3)的蓄电池控制策略具体步骤为：

步骤(3b-1)：开始，判断捕获功率是否大于负载需求，如果是就执行步骤(3b-2)；如果否就执行步骤(3b-3)；

步骤(3b-2)：进入放电，计算功率差值，确定占空比调节量，输出脉宽调制信号；判断蓄电池端电压是否小于设定电压，如果是就禁止放电，结束；如果否就结束；

步骤(3b-3)：进入充电，计算功率差值，确定占空比调节量，输出脉宽调制信号；判断充电电流是否大于设定值，如果是就结束，如果否就表示蓄电池已充满，禁止充电，结束。

7.如权利要求4所述的方法，其特征是，所述步骤(4)的具体步骤如下：

步骤(4-1)：开始，采集当前照度值；

步骤(4-2)：调用输出功率调节方法，确定输出亮度；

步骤(4-3)：调节输出亮度，结束；

所述输出功率调节方法：检测当前照度值，若当前照度值大于设定照度，则降低输出功率，若当前照度值小于设定照度，则增加输出功率。

8.如权利要求4所述的方法，其特征是，所述步骤(5)的能量优化调度方法具体步骤如下：

步骤(5-1)：开始；判断捕获功率是否大于负载需求，如果是就进入步骤(5-3)，如果否就进入步骤(5-2)；

步骤(5-2)：判断蓄电池剩余容量是否低于设定下限，如果是就进入状态1，结束；如果否就进入状态2，结束；

步骤(5-3)：判断蓄电池剩余容量是否达到额定上限，如果是就进入步骤(5-4)，如果否就进入状态3，结束；

步骤(5-4)：判断捕获功率是否持续上升，如果是就进入状态5，结束；如果否就进入状态4，结束；

所述状态1：风光互补捕获功率小于负载需求功率，蓄电池剩余容量低于设定下限，此时系统处于停机保护状态；

所述状态2：风光互补捕获功率小于负载需求功率，蓄电池剩余容量高于设定下限，由储能环节向负载供电，同时，实时监测蓄电池剩余容量，避免过度放电；

所述状态3：风光互补捕获功率大于负载需求功率，能量优先供给负载，多于能量由储能环节吸收；

所述状态4：风光互补捕获功率大于负载需求功率，蓄电池已充满，系统调节风力发电机、光伏板，降低捕获功率；

所述状态5：风光互补捕获功率持续上升，表明遇到强风天气，此时立即切入卸荷负载，避免恶性事故发生；同时，实时监测输出功率，待强风过后，自动切除卸荷。