CN109412206A - 一种多功能集中式风光互补发电系统并网控制器 - Google Patents

一种多功能集中式风光互补发电系统并网控制器 Download PDF

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Abstract

本发明属于风力和太阳能并网发电技术领域，特别涉及一种多功能集中式风光互补发电系统并网控制器。本发明包括电力主电路和控制电路，电力主电路由最大功率追踪电路的输入端和输出端分别连光伏阵列和转换开关，风机卸荷电路的输入端和输出端分别连风机输出端和转换开关，转换开关的接线端子同时分别连蓄电池组充放电控制电路、直流负载和DC/AC逆变电路的输入端，蓄电池组充放电控制电路端连蓄电池组，DC/AC逆变电路的输出端连电网，DC/AC逆变电路与电网之间主接线上连交流负载。控制电路采用双核处理器，控制器核心采用单片机和DSP相结合，采用串口通信方式连接。本发明集成度高，并网效果好，适用于并网型风光互补发电系统。

Description

一种多功能集中式风光互补发电系统并网控制器
技术领域
本发明属于风力和太阳能并网发电技术领域，特别涉及一种多功能集中式风光互补发电系统并网控制器。
技术背景
目前，风光互补发电系统的发电及其并网过程在结构上大多是首相通过风光互补控制器获得风光能和太阳能所发直流电，然后再并网控制器的控制作用下，使用逆变器，将直流电转换为交流电，连接到电网上。这种方式在结构上需要独立的风光互补控制器、逆变器和并网控制器，系统的连接与控制复杂，总体成本高昂；在响应速度方面，结构上复杂的连接与控制，使得系统的响应速度也受此影响；在功能上，光伏阵列的最大功率追踪问题、风机大电量时的卸荷问题、蓄电池组的充放电控制问题、负载的连接与切除问题以及防孤岛效应问题都不能得到全面的协调与解决。目前，市售的风光互补发电系统并网控制装置主要集中在风光互补控制器、并网控制器、逆变器等各个独立分装置的研究方面，针对多功能、一体式、结构集中的并网控制器还处在研究阶段。
发明内容
针对现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种多功能集中式风光互补发电系统并网控制器，通过将并网控制器和逆变器在结构上的巧妙融合，采用单片机和数字处理器（DSP）相结合的“双核处理器”方式设计控制器的核心，以达到控制器的简易、高效、快速、实时性好等目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种多功能集中式风光互补发电系统并网控制器，包括电力主电路和控制电路，所述电力主电路包括最大功率追踪电路MPPT、风机卸荷电路、转换开关、充放电控制电路、蓄电池组、蓄电池组充放电控制电路、直流负载、DC/AC逆变电路以及交流负载；所述控制电路为“双核处理器”，包括单片机、数字处理器DSP、硬件外围扩展电路、电流/电压数据采样电路、告警保护电路、MOSFET/IGBT驱动电路、PWM和SPWM波形生成和驱动电路、串口通信电路、键盘与显示电路、辅助电源电路、D/A转换模块、锁存器以及数据选择器模块；电流/电压数据采样电路内置A/D转换模块；
所述电力主电路是由最大功率追踪电路的输入端和输出端分别连接光伏阵列和转换开关，风机卸荷电路的输入端和输出端分别连接风机输出端和转换开关，转换开关的接线端子同时分别连接蓄电池组充放电控制电路、直流负载和DC/AC逆变电路的输入端，蓄电池组充放电控制电路端连接蓄电池组，DC/AC逆变电路的输出端连接到电网，DC/AC逆变电路与电网之间的主接线上连接交流负载；
所述控制电路采用“双核处理器”，即控制器核心采用单片机和DSP相结合的方式，二者之间通讯采用串口通信方式进行连接；单片机分别连接控制风机卸荷电路、光伏阵列最大功率追踪电路和蓄电池组充放电控制电路，输出三路PWM信号分别控制风机卸荷电路、光伏阵列最大功率追踪电路和蓄电池组充放电控制电路中MOSFET开关管的开关；DSP连接控制DC/AC逆变电路，产生SPWM信号以控制逆变桥中IGBT开关管的关断与导通；
所述的“双核处理器”中单片机和DSP的输出端分别连接单片机和DSP的输出端分别连接锁存器，两个锁存器的输出端分别连接D/A转换模块，两个D/A转换模块的输出端分别连接数据选择器的不同输入端，数据选择器的输出端经驱动电路后连接转换开关；其中，单片机所在支路的D/A转换芯片的输出端连接数据选择器的数据输出端D0，DSP所在支路的D/A转换芯片的输出端连接数据选择器的数据输入端D1，数据选择器的输出端经驱动电路后连接转换开关，使转换开关处于不同的档位，以控制线路的不同状态的切换，使单片机和DSP分别对转换开关进行手动控制和自动控制，实现不同外部条件时转换开关的灵活多样投切；
所述控制电路是由单片机通过串口通信方式实现和DSP的通讯连接，键盘与液晶显示控制电路分别连接单片机的输入端，上位机通过通讯连接线与单片机连接，PWM波生成和驱动电路连接单片机输出端，电压互感器和电流互感器分别连接电压和电流采样电路，即A/D转换模块，A/D转换模块的输出端连接DSP芯片的输入端。
所述控制电路完成风机的卸荷电路控制、光伏阵列最大功率追踪控制、蓄电池组充放电控制电路的控制、转换开关对风机、光伏阵列、蓄电池组充放电控制电路、直流负载和逆变电路之间的转换投切控制以及DC/AC逆变电路的并网控制。
所述风机卸荷电路是一组直流斩波电路，当风机因风速过大或其他原因致使风机叶片转速超出风机安全风速时，风机输出电压超出其安全电压范围，电压采样电路采集到风机输出电压值，经过调理电路后信号反馈到单片机，单片机经过计算决策，输出控制信号，进而控制PWM 波形发生电路产生PWM波，产生的PWM波通过驱动电路控制直流斩波电路中开关管的占空比，进而将多余的能量卸载。
所述最大功率追踪电路是由一组BUCK/BOOST电路组成，单片机根据系统设置的相应的算法产生控制信号，控制PWM波生成电路产生相应的PWM，产生的PWM波经过驱动电路后控制最大功率追踪电路中MOSFET开关管的开关。
所述蓄电池组充放电控制电路一组BUCK/BOOST电路组成，片机根据系统设置的相应的算法产生控制信号，控制PWM波生成电路产生相应的PWM波，通过调节改变PWM波的占空比来控制对蓄电池组充放电状态的控制，产生的PWM波经过驱动电路后控制蓄电池组充放电控制电路中MOSFET开关管的开关。
所述单片机和DSP的通讯连接方式为：80C51单片机U1的接收/发送引脚端口RXD、TXD分别和MAX488CPA芯片U8的RO、DI连接，之间采用两个MAX488CPA芯片进行信息的传送和电平之间的转换，第一个MAX488CPA芯片U8-1的引脚的A1、B1、Z1、Y1分别与第二个MAX488CPA芯片U8-2的Y2、Z2、B2、A2引脚相连接，U8-1的引脚RO、DI接DSP数字信号处理器TMS320F240的数据接收/发送端口SCITXD/IO、SCIRXD引脚，这样完成了两个控制处理器通信，实现信息的传递和两者协调调节与控制的作用。
所述转换开关的手动控制和自动控制的连接，即单片机80C51和DSP之间的连接：单片机通过P0.0、P0.1、P0.0 、P0.2 、P0.3 、P0.4、 P0.5、 P0.6 、P0.7分别和第一锁存器芯片74LS373的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7相连接，第一锁存器芯片74LS373的输出端Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7分别和D/A转换芯片1的输入端DI0、DI1、DI2、DI3、DI4、DI5、DI6、DI7相连接，D/A转换芯片1的输出端Iout1连接数据选择器的数据输入端D0和D3；DSP芯片的HD0、HD1、HD2、HD3、HD4、HD5、HD6、HD7和第二锁存器芯片74LS373的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7相连接，第二锁存器芯片74LS373的输出端Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7分别和D/A转换芯片2的输入端DI0、DI1、DI2、DI3、DI4、DI5、DI6、DI7相连接，D/A转换芯片2的输出端Iout1连接数据选择器的数据输入端D1。
所述A/D采样模块与DSP的连接：各路的电压/电流的采样采用AD7864芯片和TMS320F240本身AD采样功能部分来实现的，将采集的所有信号给DSP传送，进行判断和高速处理；将 ADS7864的/CS脚接到DSP的/RD信号引脚，为了减少控制线，将引脚直接接成低电平，R/C引脚接到DSP的扩展输出口，而信号连接到普通的端入端口即可， TMS320F240的引脚D0－D11分别与AD7864芯片的引脚D0-D11信息数据口相连接，AD7864芯片的引脚Vin1A、Vin1B、Vin2A、Vin2B、Vin3A、Vin3B、Vin4A、Vin4B分别接各路采样测量电路，包括电压和电流，这里用网络标号标注接于采样电路的；
所述键盘与显示模块与单片机连接：单片机80C51的引脚P00-P05接键盘控制端KEY1-KEY6，P15-P17接液晶显示三个控制端，RST接复位电路RESET，X1、X2接晶振电路。
所述转换开关的投切受系统状态不同的控制，转换开关的投切按如下步骤进行：
步骤1：开始；
步骤2：风机所在支路的输出和光伏阵列所在支路的输出通过转换开关同时供应给DC/AC逆变支路，DC/AC逆变支路的输出用于供应交流支路和系统的并网，风机所在支路的输出和光伏阵列所在支路的输出通过转换开关同时可以连接直流负载；
步骤3：当风机所在支路输出和光伏阵列所在支路输出的电能总量大于直流负载和DC/AC逆变支路需求时，多余的电能通过转换开关连接到蓄电池组，将电能储存到蓄电池组中；
步骤4：当步骤3所述情况下，检测所得蓄电池组电压大于系统设定最大电压时，即蓄电池组处于过压状态时，单片机通过控制减小其所产生的PWM波占空比，进而控制蓄电池组充放电控制电路，使蓄电池组进入浮充状态，多余的电量通过风机的卸荷电路卸载；
步骤5：当风机所在支路的输出和光伏阵列所在支路的输出不足以提供直流负载和DC/AC逆变支路需求时，将蓄电池组投入，通过转换开关后，与风机所在支路的输出和光伏阵列所在支路的输出一起给直流负载和DC/AC逆变支路提供电能；
步骤6：当步骤5所述情况下，检测所得蓄电池电压小于系统设定最小电压时，即蓄电池组处于欠压状态时，转换开关切除蓄电池组充放电控制电路，蓄电池组处于等待状态；当系统处于步骤3所述情况下时，单片机控制增大其所产生的PWM波占空比，进而控制蓄电池组充放电电路，蓄电池组进行大电流充电；
步骤7：当在步骤5所述情况下，仍不能满足直流负载和DC/AC逆变支路需求时，可根据系统设置或要求，断开直流负载、交流负载、DC/AC逆变支路、并网连接装置中的一个或者几个；
步骤8：结束，进入循环模式。
所述转换开关的投切同时可以受到手动控制和自动控制，进行不同动作的投切，这样就使得在风力发电设备、光伏阵列、蓄电池组、直流负载等一个或多个设备发生故障或需要检修时，转换开关能及时准确的手动控制去断开相应的支路，而又不影响整个系统的安全正常运行；
所述转换开关的手动控制和自动控制，是由“双核处理器”中单片机和DSP连接，单片机和DSP的输出端分别连接锁存器，两个锁存器的输出端分别连接D/A转换芯片的输入端，两个D/A转换芯片的输出端分别连接数据选择器的数据输入端，其中，单片机所在支路的D/A转换芯片的输出端连接数据选择器的数据输出端D0，DSP所在支路的D/A转换芯片的输出端连接数据选择器的数据输入端D1，数据选择器的输出端经驱动电路后连接转换开关，使转换开关处于不同的档位，以控制线路的不同状态的切换，使单片机和DSP分别对转换开关进行手动控制和自动控制，实现不同外部条件时转换开关的灵活多样投切；
所述DC/AC逆变电路采用的是单相全桥逆变模块，DSP主要是根据电网电压/电流的信号采样和反馈，再和本身设计的产生的载波三角波信号进行相加比较产生SPWM信号来控制逆变功能部分四个IGBT/DIEDO的占空比，控制其导通与关断，通过改变其占空比来控制逆变的电压和电流以及转换率、波形的质量，从而使光伏板和风力发电机产生直流电量经过逆变后产生与电网电压同频、同相220V，50Hz交流电源实现并网。
本发明所述控制器具有如下的特点：
1、结构整体一体化，便于控制，操作简单，大大降低设计的成本；
2、集成的设计具有电路电流和电压的连续性，避免额外线路和装置的损耗；
3、集成合一后通用性好，采集模块的抗干扰能力强，具有高效的测量和精确地显示数据，能使系统更好的高效、高质量的电量转换及资源被利用，经济效益乐观；
4、集成控制器采用的是单片机和高速度数字信号处理器DSP两个控制器共同构成整个控制器的核心控制单元，单独执行模块的作用，通过通信时刻监视和控制功能模块，具有较快的运算速度和处理功能，时刻分析数据，预测的故障发生，给予预警电路报警并进行整个控制装置保护电路装置运行工作；
5、本发明所具有的“双核处理器”结构充分利用了单片机强大的控制功能和DSP良好的数据处理功能，同时，单片机和DSP之间采用巧妙的设计进行连接，可以同时实现对转换开关的手动控制和自动控制，这种设计可以使得在风力发电设备、光伏阵列、蓄电池组、直流负载等一个或多个设备发生故障或需要检修时，转换开关能够及时准确的手动控制去断开相应的之路，而又不至于影响到整个系统的安全正常运行；
6、通过电压采样模块实现对蓄电池组状态的检测，给予蓄电池组智能充放电控制，逆变效率高，在试验或者实践应用时，只通过控制控制器就可以完成给蓄电池组智能充放电，而且还有逆变功能，直接将存储的电能的直流电压调制成逆变允许的电压范围，在通过控制器本身自带的逆变装置，将直流转换为交流电能，产生的电能和电网并联或者是提供交流负载电能，实现多功能一体化控制。
7、多功能集中式风光互补控制系统并网控制器的控制核心单元和上位机进行通信，可以根据状态的提示通过键盘或者是上位机进行参数的设置，并把工作的一切参数采集并回馈到上位机，为工作人员提供数据的参考和故障的处理；
8、多功能控制器具有智能自动化，可以利用程序工作，进行电压、电流等参数的采集，并与各个设置的阀值进行比较，通过控制开关电路控制直流负载、风机卸荷电路、交流负载和电网的开关导通与关断，实现应用和保护方面的作用。
9、本发明的目的就是为了克服现有技术相比存在的缺陷，而提供一种投资少、效益高、可靠性高、维护方便的集逆变功能为统一体的并网型风光互补发电系统控制器。
附图说明
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，以下实施例用于说明本发明，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
图1是本发明系统结构图；
图2是本发明控制电路硬件设计原理图；
图3是本发明单片机、DSP芯片和AD7864芯片硬件连接原理图；
图4是本发明转换开关投切工作流程图。
图中：风机所发电能Pw，光伏阵列所发电能Ppv，直流负载Ld，交流负载La，为DC/AC逆变模块负载Lc。
具体实施方式
本发明是一种多功能集中式风光互补发电系统并网控制器，本发明将传统的分布式控制器和逆变器合二为一，整体控制器设计方案取代单独的控制器和单独的逆变器分开设计方案，将逆变器和整体风光互补发电系统控制器的功能复合为一体，实现集成控制，同时使控制器具有多功能性。
本发明中控制器的电路包括有电力主电路和控制电路，如图1所示，所述电力主电路包括最大功率追踪电路MPPT、风机卸荷电路、转换开关、充放电控制电路、蓄电池组、蓄电池组充放电控制电路、直流负载、DC/AC逆变电路、交流负载。所述控制电路为“双核处理器”，包括单片机、数字处理器DSP、硬件外围扩展电路、电流/电压数据采样电路内置A/D转换模块、告警保护电路、MOSFET/IGBT驱动电路、PWM和SPWM波形生成和驱动电路、串口通信电路、键盘与显示电路、辅助电源电路、D/A转换模块、锁存器、数据选择器模块。
所述电力主电路的连接方式为：最大功率追踪电路的输入端和输出端分别连接光伏阵列和转换开关，风机卸荷电路的输入端和输出端分别连接风机输出端和转换开关，转换开关的接线端子同时分别连接蓄电池组充放电控制电路、直流负载和DC/AC逆变电路的输入端，蓄电池组充放电控制电路端连接蓄电池组，DC/AC逆变电路的输出端连接到电网，DC/AC逆变电路与电网之间的主接线上连接交流负载。
所述控制电路采用“双核处理器”，如图3所示，即控制器核心采用单片机和DSP相结合的方式，二者之间通讯采用串口通信方式进行连接。单片机分别连接控制风机卸荷电路、光伏阵列最大功率追踪电路和蓄电池组充放电控制电路，输出三路PWM信号分别控制风机卸荷电路、光伏阵列最大功率追踪电路和蓄电池组充放电控制电路中MOSFET开关管的开关；DSP连接控制DC/AC逆变电路，产生SPWM信号以控制逆变桥中IGBT开关管的关断与导通。
所述的“双核处理器”中单片机和DSP的输出端分别连接单片机和DSP的输出端分别连接锁存器，两个锁存器的输出端分别连接D/A转换模块，两个D/A转换模块的输出端分别连接数据选择器的不同输入端，数据选择器的输出端经驱动电路后连接转换开关。其中，单片机所在支路的D/A转换芯片的输出端连接数据选择器的数据输出端D0，DSP所在支路的D/A转换芯片的输出端连接数据选择器的数据输入端D1，数据选择器的输出端经驱动电路后连接转换开关，使转换开关处于不同的档位，以控制线路的不同状态的切换，使单片机和DSP可以分别对转换开关进行手动控制和自动控制，实现不同外部条件时转换开关的灵活多样投切。
所述控制电路的连接是：单片机通过串口通信方式实现和DSP的通讯连接，键盘与液晶显示控制电路分别连接单片机的输入端，上位机通过通讯连接线与单片机连接，PWM波生成和驱动电路连接单片机输出端，电压互感器和电流互感器分别连接电压和电流采样电路，电压和电流采样点路输出端DSP芯片的输入端，如图2所示。
本发明的控制电路主要完成以下几个方面的工作：风机的卸荷电路控制、光伏阵列最大功率追踪控制、蓄电池组充放电控制电路的控制、转换开关对风机、光伏阵列、蓄电池组充放电控制电路、直流负载和逆变电路之间的转换投切控制、DC/AC逆变电路的并网控制。
本发明中风机卸荷电路是一组直流斩波电路，当风机因风速过大或其他原因致使风机叶片转速超出风机安全风速时，风机输出电压超出其安全电压范围，电压采样电路采集到风机输出电压值，经过调理电路后信号反馈到单片机，单片机经过计算决策，输出控制信号，进而控制PWM 波形发生电路产生PWM波，产生的PWM波通过驱动电路控制直流斩波电路中开关管的占空比，进而将多余的能量卸载。
本发明中最大功率追踪电路是由一组BUCK/BOOST电路组成，单片机根据系统设置的相应的算法产生控制信号，控制PWM波生成电路产生相应的PWM，产生的PWM波经过驱动电路后控制最大功率追踪电路中MOSFET开关管的开关。
本发明中蓄电池组充放电控制电路一组BUCK/BOOST电路组成，片机根据系统设置的相应的算法产生控制信号，控制PWM波生成电路产生相应的PWM波，通过调节改变PWM波的占空比来控制对蓄电池组充放电状态的控制，产生的PWM波经过驱动电路后控制蓄电池组充放电控制电路中MOSFET开关管的开关。
所述单片机U1采用芯片80C51，数字信号处理器U2采用芯片TMS320F240，采样电路中A/D转换模块U3采用芯片AD7864，显示模块U4选用KCS057QVlAJ，锁存器U5选用芯片74LS373,电源模块U6选用AMC1117，通信模块U7采用芯片MAX488CPA，数据选择器U8采用芯片MU X74151，D/A转换芯片采用DAC0832.
两个控制器之间的通讯连接方式，其实施方法即单片机和DSP的通讯连接方式为：80C51单片机U1的接收/发送引脚端口RXD、TXD分别和MAX488CPA芯片U8的RO、DI连接，之间采用两个MAX488CPA芯片进行信息的传送和电平之间的转换，第一个MAX488CPA芯片U8-1的引脚的A1、B1、Z1、Y1分别与第二个MAX488CPA芯片U8-2的Y2、Z2、B2、A2引脚相连接，U8-1的引脚RO、DI接DSP数字信号处理器TMS320F240的数据接收/发送端口SCITXD/IO、SCIRXD引脚，这样完成了两个控制处理器通信，实现信息的传递和两者协调调节与控制的作用，如图所示。本发明用了两个CPA芯片U8，每个CPA芯片U8都有A、B、Y、Z这4个端口，两个CPA芯片U8的端口按上述相连，下标1、2表示CPA芯片U8的编号。
转换开关手动控制和自动控制的连接，即单片机80C51和DSP之间的连接：单片机通过P0.0、P0.1、P0.0 、P0.2 、P0.3 、P0.4、 P0.5、 P0.6 、P0.7分别和第一锁存器芯片74LS373的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7相连接，第一锁存器芯片74LS373的输出端Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7分别和第一D/A转换芯片的输入端DI0、DI1、DI2、DI3、DI4、DI5、DI6、DI7相连接，第一D/A转换芯片的输出端Iout1连接数据选择器的数据输入端D0和D3；DSP芯片的HD0、HD1、HD2、HD3、HD4、HD5、HD6、HD7和第二锁存器芯片74LS373的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7相连接，第二锁存器芯片74LS373的输出端Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7分别和第二D/A转换芯片的输入端DI0、DI1、DI2、DI3、DI4、DI5、DI6、DI7相连接，第二D/A转换芯片的输出端Iout1连接数据选择器的数据输入端D1。
A/D采样模块与DSP的连接：各路的电压/电流的采样采用AD7864芯片和TMS320F240本身A/D采样功能部分来实现的，将采集的所有信号给DSP传送，进行判断和高速处理。将 ADS7864的/CS脚接到DSP的/RD信号引脚，为了减少控制线，将引脚直接接成低电平，R/C引脚接到DSP的扩展输出口，而信号连接到普通的端入端口即可， TMS320F240的引脚D0~D11分别与AD7864芯片的引脚D0~D11信息数据口相连接，AD7864芯片的引脚Vin1A、Vin1B、Vin2A、Vin2B、Vin3A、Vin3B、Vin4A、Vin4B分别接各路采样测量电路，包括电压和电流，这里用网络标号标注接于采样电路的，如图所示。
键盘与显示模块与单片机连接：单片机80C51的引脚P00~P05接键盘控制端KEY1~KEY6，P15~P17接液晶显示三个控制端，RST接复位电路RESET，X1、X2接晶振电路。
本发明中所述转换开关的投切受系统状态不同的控制，其投切工作流程图如图4所示；
本发明中转换开关的投切按如下步骤进行：
步骤1：开始；
步骤2：风机所在支路的输出和光伏阵列所在支路的输出通过转换开关同时供应给DC/AC逆变支路，DC/AC逆变支路的输出用于供应交流支路和系统的并网，风机所在支路的输出和光伏阵列所在支路的输出通过转换开关同时可以连接直流负载；
步骤3：当风机所在支路输出和光伏阵列所在支路输出的电能总量大于直流负载和DC/AC逆变支路需求时，多余的电能通过转换开关连接到蓄电池组，将电能储存到蓄电池组中；
步骤4：当步骤3所述情况下，检测所得蓄电池组电压大于系统设定最大电压时，即蓄电池组处于过压状态时，单片机通过控制减小其所产生的PWM波占空比，进而控制蓄电池组充放电控制电路，使蓄电池组进入浮充状态，多余的电量通过风机的卸荷电路卸载；
步骤5：当风机所在支路的输出和光伏阵列所在支路的输出不足以提供直流负载和DC/AC逆变支路需求时，将蓄电池组投入，通过转换开关后，与风机所在支路的输出和光伏阵列所在支路的输出一起给直流负载和DC/AC逆变支路提供电能；
步骤6：当步骤5所述情况下，检测所得蓄电池电压小于系统设定最小电压时，即蓄电池组处于欠压状态时，转换开关切除蓄电池组充放电控制电路，蓄电池组处于等待状态；当系统处于步骤3所述情况下时，单片机控制增大其所产生的PWM波占空比，进而控制蓄电池组充放电电路，蓄电池组进行大电流充电；
步骤7：当在步骤5所述情况下，仍不能满足直流负载和DC/AC逆变支路需求时，可根据系统设置或要求，断开直流负载、交流负载、DC/AC逆变支路、并网连接装置中的一个或者几个；
步骤8：结束，进入循环模式。
本发明中转换开关的投切同时可以受到手动控制和自动控制，进行不同动作的投切，这样就可以使得在风力发电设备、光伏阵列、蓄电池组、直流负载等一个或多个设备发生故障或需要检修时，转换开关能够及时准确的手动控制去断开相应的支路，而又不至于影响到整个系统的安全正常运行。
本发明中转换开关的手动控制和自动控制，是由于所述“双核处理器”中单片机和DSP的巧妙连接设计，单片机和DSP的输出端分别连接锁存器，两个锁存器的输出端分别连接D/A转换芯片的输入端，两个D/A转换芯片的输出端分别连接数据选择器的数据输入端，其中，单片机所在支路的D/A转换芯片的输出端连接数据选择器的数据输出端D0，DSP所在支路的D/A转换芯片的输出端连接数据选择器的数据输入端D1，数据选择器的输出端经驱动电路后连接转换开关，使转换开关处于不同的档位，以控制线路的不同状态的切换，使单片机和DSP可以分别对转换开关进行手动控制和自动控制，实现不同外部条件时转换开关的灵活多样投切。
本发明中DC/AC逆变电路采用的是单相全桥逆变模块，DSP主要是根据电网电压/电流的信号采样和反馈，再和本身设计的产生的载波三角波信号进行相加比较产生SPWM信号来控制逆变功能部分四个IGBT/DIEDO的占空比，控制其导通与关断，通过改变其占空比来控制逆变的电压和电流以及转换率、波形的质量，从而使光伏板和风力发电机产生足够大的直流电量经过逆变后产生与电网电压同频、同相220V，50Hz交流电源实现并网。

Claims (10)

1.一种多功能集中式风光互补发电系统并网控制器，其特征是：包括电力主电路和控制电路，所述电力主电路包括最大功率追踪电路MPPT、风机卸荷电路、转换开关、充放电控制电路、蓄电池组、蓄电池组充放电控制电路、直流负载、DC/AC逆变电路以及交流负载；所述控制电路为“双核处理器”，包括单片机、数字处理器DSP、硬件外围扩展电路、电流/电压数据采样电路、告警保护电路、MOSFET/IGBT驱动电路、PWM和SPWM波形生成和驱动电路、串口通信电路、键盘与显示电路、辅助电源电路、D/A转换模块、锁存器以及数据选择器模块；电流/电压数据采样电路内置A/D转换模块；
所述电力主电路是由最大功率追踪电路的输入端和输出端分别连接光伏阵列和转换开关，风机卸荷电路的输入端和输出端分别连接风机输出端和转换开关，转换开关的接线端子同时分别连接蓄电池组充放电控制电路、直流负载和DC/AC逆变电路的输入端，蓄电池组充放电控制电路端连接蓄电池组，DC/AC逆变电路的输出端连接到电网，DC/AC逆变电路与电网之间的主接线上连接交流负载；
所述控制电路采用“双核处理器”，即控制器核心采用单片机和DSP相结合的方式，二者之间通讯采用串口通信方式进行连接；单片机分别连接控制风机卸荷电路、光伏阵列最大功率追踪电路和蓄电池组充放电控制电路，输出三路PWM信号分别控制风机卸荷电路、光伏阵列最大功率追踪电路和蓄电池组充放电控制电路中MOSFET开关管的开关；DSP连接控制DC/AC逆变电路，产生SPWM信号以控制逆变桥中IGBT开关管的关断与导通；
所述的“双核处理器” 中单片机和DSP的输出端分别连接单片机和DSP的输出端分别连接锁存器，两个锁存器的输出端分别连接D/A转换模块，两个D/A转换模块的输出端分别连接数据选择器的不同输入端，数据选择器的输出端经驱动电路后连接转换开关；其中，单片机所在支路的D/A转换芯片的输出端连接数据选择器的数据输出端D0，DSP所在支路的D/A转换芯片的输出端连接数据选择器的数据输入端D1，数据选择器的输出端经驱动电路后连接转换开关，使转换开关处于不同的档位，以控制线路的不同状态的切换，使单片机和DSP分别对转换开关进行手动控制和自动控制，实现不同外部条件时转换开关的灵活多样投切；
所述控制电路是由单片机通过串口通信方式实现和DSP的通讯连接，键盘与液晶显示控制电路分别连接单片机的输入端，上位机通过通讯连接线与单片机连接，PWM波生成和驱动电路连接单片机输出端，电压互感器和电流互感器分别连接电压和电流采样电路，即A/D转换模块，A/D转换模块的输出端连接DSP芯片的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种多功能集中式风光互补发电系统并网控制器，其特征是：所述控制电路完成风机的卸荷电路控制、光伏阵列最大功率追踪控制、蓄电池组充放电控制电路的控制、转换开关对风机、光伏阵列、蓄电池组充放电控制电路、直流负载和逆变电路之间的转换投切控制以及DC/AC逆变电路的并网控制。
3.根据权利要求1所述的一种多功能集中式风光互补发电系统并网控制器，其特征是：所述风机卸荷电路是一组直流斩波电路，当风机因风速过大或其他原因致使风机叶片转速超出风机安全风速时，风机输出电压超出其安全电压范围，电压采样电路采集到风机输出电压值，经过调理电路后信号反馈到单片机，单片机经过计算决策，输出控制信号，进而控制PWM 波形发生电路产生PWM波，产生的PWM波通过驱动电路控制直流斩波电路中开关管的占空比，进而将多余的能量卸载。
4.根据权利要求1所述的一种多功能集中式风光互补发电系统并网控制器，其特征是：所述最大功率追踪电路是由一组BUCK/BOOST电路组成，单片机根据系统设置的相应的算法产生控制信号，控制PWM波生成电路产生相应的PWM，产生的PWM波经过驱动电路后控制最大功率追踪电路中MOSFET开关管的开关。
5.根据权利要求1所述的一种多功能集中式风光互补发电系统并网控制器，其特征是：所述蓄电池组充放电控制电路一组BUCK/BOOST电路组成，片机根据系统设置的相应的算法产生控制信号，控制PWM波生成电路产生相应的PWM波，通过调节改变PWM波的占空比来控制对蓄电池组充放电状态的控制，产生的PWM波经过驱动电路后控制蓄电池组充放电控制电路中MOSFET开关管的开关。
6.根据权利要求1所述的一种多功能集中式风光互补发电系统并网控制器，其特征是：所述单片机和DSP的通讯连接方式为：80C51单片机U1的接收/发送引脚端口RXD、TXD分别和MAX488CPA芯片U8的RO、DI连接，之间采用两个MAX488CPA芯片进行信息的传送和电平之间的转换，第一个MAX488CPA芯片U8-1的引脚的A1、B1、Z1、Y1分别与第二个MAX488CPA芯片U8-2的Y2、Z2、B2、A2引脚相连接，U8-1的引脚RO、DI接DSP数字信号处理器TMS320F240的数据接收/发送端口SCITXD/IO、SCIRXD引脚，这样完成了两个控制处理器通信，实现信息的传递和两者协调调节与控制的作用。
7.根据权利要求1所述的一种多功能集中式风光互补发电系统并网控制器，其特征是：所述转换开关的手动控制和自动控制的连接，即单片机80C51和DSP之间的连接：单片机通过P0.0、P0.1、P0.0 、P0.2 、P0.3 、P0.4、 P0.5、 P0.6 、P0.7分别和第一锁存器芯片74LS373的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7相连接，第一锁存器芯片74LS373的输出端Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7分别和D/A转换芯片1的输入端DI0、DI1、DI2、DI3、DI4、DI5、DI6、DI7相连接，D/A转换芯片1的输出端Iout1连接数据选择器的数据输入端D0和D3；DSP芯片的HD0、HD1、HD2、HD3、HD4、HD5、HD6、HD7和第二锁存器芯片74LS373的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7相连接，第二锁存器芯片74LS373的输出端Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7分别和D/A转换芯片2的输入端DI0、DI1、DI2、DI3、DI4、DI5、DI6、DI7相连接，D/A转换芯片2的输出端Iout1连接数据选择器的数据输入端D1。
8.根据权利要求1所述的一种多功能集中式风光互补发电系统并网控制器，其特征是：所述A/D采样模块与DSP的连接：各路的电压/电流的采样采用AD7864芯片和TMS320F240本身AD采样功能部分来实现的，将采集的所有信号给DSP传送，进行判断和高速处理；将ADS7864的/CS脚接到DSP的/RD信号引脚，为了减少控制线，将引脚直接接成低电平，R/C引脚接到DSP的扩展输出口，而信号连接到普通的端入端口即可， TMS320F240的引脚D0-D11分别与AD7864芯片的引脚D0-D11信息数据口相连接，AD7864芯片的引脚Vin1A、Vin1B、Vin2A、Vin2B、Vin3A、Vin3B、Vin4A、Vin4B分别接各路采样测量电路，包括电压和电流，这里用网络标号标注接于采样电路的；
所述键盘与显示模块与单片机连接：单片机80C51的引脚P00-P05接键盘控制端KEY1-KEY6，P15-P17接液晶显示三个控制端，RST接复位电路RESET，X1、X2接晶振电路。
9.根据权利要求1所述的一种多功能集中式风光互补发电系统并网控制器，其特征是：所述转换开关的投切受系统状态不同的控制，转换开关的投切按如下步骤进行：
步骤1：开始；
步骤2：风机所在支路的输出和光伏阵列所在支路的输出通过转换开关同时供应给DC/AC逆变支路，DC/AC逆变支路的输出用于供应交流支路和系统的并网，风机所在支路的输出和光伏阵列所在支路的输出通过转换开关同时可以连接直流负载；
步骤3：当风机所在支路输出和光伏阵列所在支路输出的电能总量大于直流负载和DC/AC逆变支路需求时，多余的电能通过转换开关连接到蓄电池组，将电能储存到蓄电池组中；
步骤4：当步骤3所述情况下，检测所得蓄电池组电压大于系统设定最大电压时，即蓄电池组处于过压状态时，单片机通过控制减小其所产生的PWM波占空比，进而控制蓄电池组充放电控制电路，使蓄电池组进入浮充状态，多余的电量通过风机的卸荷电路卸载；
步骤5：当风机所在支路的输出和光伏阵列所在支路的输出不足以提供直流负载和DC/AC逆变支路需求时，将蓄电池组投入，通过转换开关后，与风机所在支路的输出和光伏阵列所在支路的输出一起给直流负载和DC/AC逆变支路提供电能；
步骤6：当步骤5所述情况下，检测所得蓄电池电压小于系统设定最小电压时，即蓄电池组处于欠压状态时，转换开关切除蓄电池组充放电控制电路，蓄电池组处于等待状态；当系统处于步骤3所述情况下时，单片机控制增大其所产生的PWM波占空比，进而控制蓄电池组充放电电路，蓄电池组进行大电流充电；
步骤7：当在步骤5所述情况下，仍不能满足直流负载和DC/AC逆变支路需求时，可根据系统设置或要求，断开直流负载、交流负载、DC/AC逆变支路、并网连接装置中的一个或者几个；
步骤8：结束，进入循环模式。
10.根据权利要求1所述的一种多功能集中式风光互补发电系统并网控制器，其特征是：所述转换开关的投切同时可以受到手动控制和自动控制，进行不同动作的投切，这样就使得在风力发电设备、光伏阵列、蓄电池组、直流负载等一个或多个设备发生故障或需要检修时，转换开关能及时准确的手动控制去断开相应的支路，而又不影响整个系统的安全正常运行；
所述转换开关的手动控制和自动控制，是由“双核处理器”中单片机和DSP连接，单片机和DSP的输出端分别连接锁存器，两个锁存器的输出端分别连接D/A转换芯片的输入端，两个D/A转换芯片的输出端分别连接数据选择器的数据输入端，其中，单片机所在支路的D/A转换芯片的输出端连接数据选择器的数据输出端D0，DSP所在支路的D/A转换芯片的输出端连接数据选择器的数据输入端D1，数据选择器的输出端经驱动电路后连接转换开关，使转换开关处于不同的档位，以控制线路的不同状态的切换，使单片机和DSP分别对转换开关进行手动控制和自动控制，实现不同外部条件时转换开关的灵活多样投切；
所述DC/AC逆变电路采用的是单相全桥逆变模块，DSP主要是根据电网电压/电流的信号采样和反馈，再和本身设计的产生的载波三角波信号进行相加比较产生SPWM信号来控制逆变功能部分四个IGBT/DIEDO的占空比，控制其导通与关断，通过改变其占空比来控制逆变的电压和电流以及转换率、波形的质量，从而使光伏板和风力发电机产生直流电量经过逆变后产生与电网电压同频、同相220V，50Hz交流电源实现并网。
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