CN104167781A - 一种风光互补发电储能控制系统 - Google Patents

一种风光互补发电储能控制系统 Download PDF

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杨法
王侨举
张颖菁
顾德明
张娟
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Tianjin Sanyuan Power Equipment Manufacturing Co Ltd
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Tianjin Sanyuan Power Equipment Manufacturing Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种风光互补发电储能控制系统，其技术特点是：包括风力发电机、光伏组件、超级电容器组、新能源控制器、锂电池组和负载，新能源控制器与风力发电机、光伏组件的输入端相连接，新能源控制器控制端分别与锂电池组、超级电容器组和负载相连接。本发明设计合理，可以将微弱的能量进行收集，提高了系统的效率，延长了给负载的供电时间，通过超级电容器组的加入，减少了锂电池的循环次数，延长了其使用寿命，并可以实现大功率的充放电功能，防止大功率输出对锂电池寿命的影响，使得超级电容器和锂电池的特性得以优势互补，性能得以充分发挥。

Description

一种风光互补发电储能控制系统
技术领域
本发明属于发电控制技术领域，尤其是一种风光互补发电储能控制系统。
背景技术
太阳能和风能是最普遍的自然资源，两者在时间上和地域上都有很强的互补性，也是取之不尽的可再生能源。太阳能和风能在时间上的互补性使风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性，也是资源配置条件最好的独立电源系统。但是，现有的风光互补发电系统在弱风、弱光条件下，风机或太阳能板的输出能力下降，输出电压平于或低于电池组的电压，不能给电池充电，导致上述能量就被舍弃了。如果长期出现弱风或遭遇连续的阴雨天气，就不能保证负载的用电需求，电池组也可能因放电后长期得不到补充而出现损坏，或对其寿命产生不利影响。
与传统的铅酸蓄电池相比，锂离子电池作为一种能量密度高、循环寿命长、倍率性能好以及对环境友好无污染等高性能的可充电绿色电池，目前得到越来越多的应用。以LiFePO4为正极的锂离子二次电池无疑具有其自身的优点，如更安全、更环保和更廉价而倍受关注，成为最具优势的锂电池。
与传统电容器相比，超级电容器具有功率密度大、循环寿命长、可大电流充放电以及低温特性好等特点，但是，超级电容器的容量却不能与锂离子电池相提并论。如何将超级电容器与锂离子电池相结合，共同作为储能装置，将形成优势互补，形成高容量、高功率、长寿命的混合储能系统以发挥各自的优势是目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种风光互补发电储能控制系统，解决了风光互补发电系统在弱风、弱光条件下，风机或太阳能板的输出能力下降导致效率低、负载供电时间短等问题。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种风光互补发电储能控制系统，包括风力发电机、光伏组件、超级电容器组、新能源控制器、锂电池组和负载，新能源控制器与风力发电机、光伏组件的输入端相连接，新能源控制器控制端分别与锂电池组、超级电容器组和负载相连接。
而且，所述新能源控制器包括主控电路模块、三相整流电路、风机充电管理电路、风机控制与保护电路、超级电容器组充放电管理控制与保护电路、锂电池充放电控制与保护电路、太阳能充电管理电路、太阳能控制与保护电路以及输出控制管理电路；所述的三相整流电路与风力发电机相连接，该三相整流电路的输出端分别通过风机充电管理电路、风机控制与保护电路相与主控电路模块相连接；所述的太阳能充电管理电路、太阳能控制与保护电路的输入端与光伏组件相连接，其输出端与主控电路模块相连接；所述的超级电容器组充放电管理控制与保护电路的输入端与超级电容器组相连接，其输出端与主控电路模块相连接；所述的锂电池充放电控制与保护电路的输入端与锂电池组相连接，其输出端与主控电路模块相连接；所述主控电路模块的输出端连接输出控制管理电路，该输出控制管理电路通过稳压电路连接到负载上。
而且，所述超级电容器组包括多个电容串联构成一个串联支路电容组并由多个串联支路电容组串联组成。
而且，所述的锂电池组可以采用直流12伏或24伏系统或48伏系统。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明将超级电容器组、锂电池组、新能源控制器与风力发电机、光伏组件集合在一起，能够在晨、昏、阴天光照较弱或弱风的情况下，将风力发电机、光伏电池产生的微弱电能收集起来，储存到超级电容或电池组内，保证电池组每天得到有效的电能补充，不会造成因过放而损坏电池组，对提高系统的效率及延长负载供电时间有良好的效果。同时，在大电流充电或负载瞬时大电流启动的情况下可以实现短时大电流能量的高效收集和释放，避免锂电池组受到大电流的冲击和由于难以短时接收高的充电电流而出现能量收集不完全的状况。
2、本发明采用多个电容串联构成一个串联支路电容器组，将超级电容器组作为储能装置，具有较大的容量、较高的能量、较宽的工作温度范围、较高的比功率和极长的使用寿命，且对环境无污染。
3、本发明采用的锂电池组与传统铅酸蓄电池相比，具有能量密度高，循环寿命长，倍率性能好，对环境友好无污染等特点，以LiFePO4为正极的锂离子二次电池无疑具有其自身的优点，如更安全、更环保和更廉价而倍受关注，成为最具优势的锂电池。
4、本发明设计合理，可以将微弱的能量进行收集，提高了系统的效率，延长了给负载的供电时间，通过超级电容器组的加入，减少了锂电池的循环次数，延长了其使用寿命，并可以实现大功率的充放电功能，防止大功率输出对锂电池寿命的影响，使得超级电容器和锂电池的特性得以优势互补，性能得以充分发挥。
附图说明
图1是本发明的系统连接示意图；
图2是图1中超级电容器组的电路连接图；
图3是图1中新能源控制器的电路方框图；
图1中，1：风力发电机；2：光伏组件；3：超级电容器组；4：新能源控制器；5：锂电池组；6：负载；
图2中，A、B：节点；C1-1、C1-2、C1-N、C2-1、C2-2、C2-n、Cn-1、Cn-2、Cn-n:电容。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详述。
一种风光互补发电储能控制系统，如图1所示，包括风力发电机1、光伏组件2、超级电容器组3、新能源控制器4、锂电池组5和负载6，其中，新能源控制器4与风力发电机、光伏组件的输入端相连接，新能源控制器控制端分别与锂电池组、超级电容器组和负载相连接。下面对系统中的各个部分分别进行说明：
锂电池组可以采用直流12伏或24伏系统或48伏系统，当锂电池组为直流12伏或24伏系统时，不需要加装DC-DC转换电路；当锂电池组为直流48伏系统时，需要加装DC-DC转换电路。
超级电容器组包括多个电容串联构成一个串联支路电容组，再由多个串联支路电容组串联组成超级电容器组，如图2所示，多个电容C1-1、C1-2、……C1-N依次串联连接为第一个电容组、多个电容C2-1、C2-2……C2-n依次串联连接为第二个电容组、多个电容Cn-1、Cn-2……Cn-n依次串联连接为第n个电容组；再由上述第一个电容组、第二个电容组、……第n个电容组串联组成超级电容器组。超级电容器组采用超级电容器作为储能装置，具有较大的容量、较高的能量、较宽的工作温度范围和极长的使用寿命；而与锂电池相比，它又具有较高的比功率，且对环境无污染。
新能源控制器是本风光互补发电储能控制系统的控制核心，如图3所示，所述新能源控制器包括主控电路模块、三相整流电路、风机充电管理电路、风机控制与保护电路、超级电容器组充放电管理控制与保护电路、锂电池充放电控制与保护电路、太阳能充电管理电路、太阳能控制与保护电路以及输出控制管理电路；所述的三相整流电路与风力发电机相连接，该三相整流电路的输出端分别通过风机充电管理电路、风机控制与保护电路相与主控电路模块相连接；所述的太阳能充电管理电路、太阳能控制与保护电路的输入端与光伏组件相连接，其输出端与主控电路模块相连接；所述的超级电容器组充放电管理控制与保护电路的输入端与超级电容器组相连接，其输出端与主控电路模块相连接；所述的锂电池充放电控制与保护电路的输入端与锂电池组相连接，其输出端与主控电路模块相连接；所述主控电路模块的输出端连接输出控制管理电路，该输出控制管理电路通过稳压电路连接到负载上。
在晨、昏、阴天光照较弱或弱风的情况下，风力发电机、光伏电池电压平于或低于电池组电压，常规的风光互补系统不能收集这些微弱的能量。而本系统所用超级电容器组、锂电池配合高效的充电控制器，能够把风力发电机、光伏电池产生的微弱电能收集起来，储存到超级电容或电池组内，保证电池组每天得到有效的电能补充，不会造成因过放而损坏电池组，对提高系统的效率及延长负载供电时间有良好的效果。同时，在大电流充电或负载瞬时大电流启动的情况下可以实现短时大电流能量的高效收集和释放，避免电池组受到大电流的冲击和由于难以短时接收高的充电电流而出现能量收集不完全的状况。同时，由于超级电容器具有很长的循环寿命，并能提供远大于锂离子电池的输出功率，风机、太阳能板产生的能量通过新能源控制器优先给超级电容器进行充电(或其优先于锂电池进行放电)，这样，不仅能减少锂离子电池的循环次数，延长其寿命，还能本系统能够提供较大的功率，防止大功率输出对锂电池寿命的影响，使得超级电容器和锂电池的特性得以优势互补，性能得以充分发挥。
本控制系统的工作原理为：初始充电时，风力发电机和光伏组件产生的电能通过新能源控制器给超级电容器组充电，超级电容组达到锂电池充电区间后给锂离子电池进行充电；当无风或日照时，先由超级电容器组为负载供电，当超级电容器组电量不足时，锂离子电池通过新能源控制器为负载供电，同时给超级电容器组补充电量。在微风、弱光条件下充电时，风力发电机、光伏组件所产生的电压较低，达不到锂电池的充电电压值，所产生的电能只能通过新能源控制器进入超级电容器组；当超级电容器组充电达到锂电池的充电电压值V1后，超级电容器组的电能通过新能源控制器向锂电池进行充电；当超级电容器组电压降低至设定电压V2后，新能源控制器停止向锂电池充电，等待超级电容器组再次由风力发电机和光伏组件充电至V1再次工作；当检测到锂电池组和超级电容器组充满电后，新能源控制器停止向其充电；在无风或无日照条件下，首先由超级电容器组给负载供电，当超级电容器组电量不足时，锂电池组通过新能源控制器给负载供电，同时通过新能源控制器给超级电容器组补充电量。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种风光互补发电储能控制系统，其特征在于：包括风力发电机、光伏组件、超级电容器组、新能源控制器、锂电池组和负载，新能源控制器与风力发电机、光伏组件的输入端相连接，新能源控制器控制端分别与锂电池组、超级电容器组和负载相连接。
2.根据权利要求1所述的一种风光互补发电储能控制系统，其特征在于：所述新能源控制器包括主控电路模块、三相整流电路、风机充电管理电路、风机控制与保护电路、超级电容器组充放电管理控制与保护电路、锂电池充放电控制与保护电路、太阳能充电管理电路、太阳能控制与保护电路以及输出控制管理电路；所述的三相整流电路与风力发电机相连接，该三相整流电路的输出端分别通过风机充电管理电路、风机控制与保护电路相与主控电路模块相连接；所述的太阳能充电管理电路、太阳能控制与保护电路的输入端与光伏组件相连接，其输出端与主控电路模块相连接；所述的超级电容器组充放电管理控制与保护电路的输入端与超级电容器组相连接，其输出端与主控电路模块相连接；所述的锂电池充放电控制与保护电路的输入端与锂电池组相连接，其输出端与主控电路模块相连接；所述主控电路模块的输出端连接输出控制管理电路，该输出控制管理电路通过稳压电路连接到负载上。
3.根据权利要求1或2所述的一种风光互补发电储能控制系统，其特征在于：所述超级电容器组包括多个电容串联构成一个串联支路电容组并由多个串联支路电容组串联组成。
4.根据权利要求1或2所述的一种风光互补发电储能控制系统，其特征在于：所述的锂电池组可以采用直流12伏或24伏系统或48伏系统。
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