CN201577045U - 一种风光互补控制逆变器 - Google Patents

一种风光互补控制逆变器 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种风光互补控制逆变器,包括风力发电机、太阳能发电机,其特征在于:所述的风力发电机、太阳能发电机接入到充电主电路后连接到蓄电池,再通过单相全桥逆变电路接入到用户交流负载;风力发电机依次连接到检测单元和中央控制单元后再分别连接到充电主电路、辅助电源,由于采用上述结构,该装置具有以下优点:1、实现对风力发电机进行实时的迅速的失速保护;2、提高风速的利用范围;3通过限流限压对蓄电池进行保护,延长蓄电池使用寿命。

Description

一种风光互补控制逆变器
[0001] 涉及领域
[0002] 本实用新型涉及风力发电领域,特别涉及一种风光互补控制逆变器。
背景技术
[0003] 目前,我国传统的离网型风力发电的充电控制器中,受限于成本等考虑,并未采用 实时的风速仪,充电控制器也没有风力发电机的转速检测单元。目前的风力发电机失速保 护方法,一种是靠风力发电机输出后的整流电压高低来判断风力发电机是否过速,从而进 行保护;另一种是利用风力发电机本身所带的偏航保护系统进行失速保护,这两种方法均 有响应时间慢,不能快速有效的保护风力发电机的缺点,在恶劣多变的大自然条件下会很 容易引起风力发电机的失速损坏。
[0004] 风力发电机输出电压和功率跟风速的大小成正比。在正常风速范围时,可对蓄电 池进行充电。但风速低时,发电机的输出电压也低,不能给蓄电池充电,这样减少了风力发 电机的风速利用范围。
[0005] 及时的对风力发电机进行实时的失速保护,并且提高风力发电机的风速利用范围 是现有技术需要解决的问题。
实用新型内容
[0006] 本实用新型所要解决的技术问题是,提供一种风光互补控制逆变器,以达到及时 地对风力发电机进行失速保护,并且提高风力发电机的风速利用范围的目的。
[0007] 为解决上述技术问题,本实用新型的技术方案是,一种风光互补控制逆变器,包括 风力发电机、太阳能发电机,其特征在于:所述的风力发电机、太阳能发电机接入到充电主 电路后连接到蓄电池,再通过单相全桥逆变电路接入到用户交流负载;风力发电机依次连 接到检测单元和中央控制单元后再分别连接到充电主电路、辅助电源,从而实现了对风力 发电机进行迅速的、实时的失速保护,并且提高了风力发电机的风速利用范围。
[0008] 所述的充电主电路为风力发电机的输出接到整流桥电路,太阳能发电机的正极经 过反接二极管D9与整流桥电路的输出正极相连后连接到卸荷电阻Rl以及升压电感L,卸荷 电阻Rl的另一端与卸载功率开关Ql的漏极相连,升压电感L的另一端通过二极管D8与蓄 电池的正极相连;太阳能发电机的负极接到整流桥电路的输出负极后连到空气开关Kl的1 脚,卸载功率开关Ql和升压电路功率开关Q2的源极连接到空气开关Kl的2脚,并经过采 样电阻R2连接到蓄电池负极,从而通过卸载功率开关Ql实现对风力发电机进行实时的失 速保护和通过升压电路功率开关Q2、升压电感L及二极管D8提高了风速利用范围。
[0009] 所述的单相全桥逆变电路为蓄电池接入全桥逆变电路后通过变压器和LC滤波后 再接入用户交流负载,从而通过全桥逆变电路将直流电转化成SPWM波序列,再通过变压器 变压为用户交流负载使用的220V交流电。
[0010] 所述的中央控制单元为控制芯片驱动卸荷开关驱动芯片与卸载功率开关Ql连 接;控制芯片驱动BOOST控制驱动芯片再连接到升压电感L,从而通过中央控制单元对整个逆变器进行控制。
[0011] 所述的控制芯片的型号为PIC16F886 ;BOOST控制驱动芯片的型号为UC3845 ;卸荷 开关驱动芯片的型号为TLP250。
[0012] 所述的辅助电源为直流电源,从而为中央控制单元提供工作和驱动电源。
[0013] 一种风光互补控制逆变器,由于采用上述结构,该装置具有以下优点: 1、实现对风 力发电机进行实时的迅速的失速保护;2、提高风速的利用范围;3通过限流限压对蓄电池 进行保护,延长蓄电池使用寿命。
附图说明
[0014] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明;
[0015] 图1为本实用新型一种风光互补控制逆变器方框示意图;
[0016] 图2为本实用新型图1所示的充电主电路的电路图;
[0017] 图3为本实用新型图1所示的单相全桥逆变电路的电路图;
[0018] 图4为本实用新型图1所示的中央控制单元的电路图;
[0019] 在图1-4中,1、充电主电路;2、单相全桥逆变电路;3、中央控制单元;4、检测单元; 5、辅助电源;6、风力发电机;7、太阳能发电机;8、蓄电池;9、控制芯片;10、卸荷开关驱动芯 片;11、B00ST控制驱动芯片;12、用户交流负载。
具体实施方式
[0020] 如图1-4所示,一种风光互补控制逆变器,包括风力发电机6、太阳能发电机7,其 特征在于:所述的风力发电机6、太阳能发电机7接入到充电主电路1后连接到蓄电池8,再 通过单相全桥逆变电路2接入到用户交流负载12 ;风力发电机6依次连接到检测单元4和 中央控制单元3后再分别连接到充电主电路1、辅助电源5,从而实现了对风力发电机6进 行迅速的、实时的失速保护,并且提高了风力发电机6的风速利用范围。
[0021] 所述的充电主电路1为风力发电机6的输出接到整流桥电路,太阳能发电机7的 正极经过反接二极管D9与整流桥电路的输出正极相连后连接到卸荷电阻Rl以及升压电感 L,卸荷电阻Rl的另一端与卸载功率开关Ql的漏极相连,升压电感L的另一端通过二极管 D8与蓄电池8的正极相连;太阳能发电机7的负极接到整流桥电路的输出负极后连到空气 开关Kl的1脚,卸载功率开关Ql和升压电路功率开关Q2的源极连接到空气开关Kl的2 脚,并经过采样电阻R2连接到蓄电池8负极,从而通过卸载功率开关Ql实现对风力发电机 进行实时的失速保护和通过升压电路功率开关Q2、升压电感L及二极管D8提高了风速利用 范围。
[0022] 所述的单相全桥逆变电路2为蓄电池8接入全桥逆变电路后通过变压器和LC滤 波后再接入用户交流负载12,从而通过全桥逆变电路2将直流电转化成SPWM波序列,再通 过变压器变压为用户交流负载12使用的220V交流电。
[0023] 所述的中央控制单元3为控制芯片9驱动卸荷开关驱动芯片10与卸载功率开关 Ql连接;控制芯片9驱动BOOST控制驱动芯片11再连接到升压电感L,从而通过中央控制 单元3对整个逆变器进行控制。
[0024] 所述的控制芯片9的型号为PIC16F886 ;BOOST控制驱动芯片11的型号为UC3845 ;卸荷开关驱动芯片10的型号为TLP250。
[0025] 所述的辅助电源5为直流电源,从而为中央控制单元提供工作和驱动电源。
[0026] 本实用新型克服传统风力发电机充电控制方法的缺陷,提出新型的风光互补控制逆变器,可对风力发电机6进行迅速、可靠的保护,加入新型BOOST升压电路,有效的提高了 风力发电机6的可利用风速范围,并通过单片机智能控制,实现对蓄电池8限压限流充电, 延长蓄电池8使用寿命。逆变部分,采用单片机为核心的控制器件,采用SPWM调制术,实现 高性能的正弦波逆变。可广泛使用在永磁风力发电机上。
[0027] —种风光互补控制逆变器,其特征在于通过检测风力发电机6输出电压的频率来 测定风机的转速,从而可以快速有效地对风力发电机6进行保护。根据永磁同步发电机输 出电压和频率都随着风速也就是风机的转速而同步变化,就可以通过检测风力发电机输出 交流电压的频率来获得实际的风力发电机6的转速。利用测得的风机转速就可以让控制器 在大风条件下的对风力发电机失速进行快速准确的保护。同时,利用单片机完成逆变器的 控制保护功能,产生正弦波调制信号经半桥驱动芯片驱动单相全桥逆变电路2。
[0028] 一种风光互补控制逆变器,其特征在于加入带有新型控制模式的BOOST升压单 元,通过判断所测风力发电机6转速值的大小作为BOOST电路的启动和停止信号。当风力 发电机6转速低于正常启动转速,BOOST升压单元停止,不对蓄电池8进行升压充电,防止 风力发电机6被拖停。当风力发电机6转速高于正常启动转速而小于正常转速区时,启动 BOOST升压单元,以升压模式对蓄电池8进行充电。当风力发电机6输出整流电压或太阳能 发电机7发出的电能超过蓄电池8充电电压或蓄电池8充电电流大于最大限制电流时,启 用卸荷回路,对蓄电池8进行限压限流充电,延长蓄电池8的使用寿命。
[0029] 一种风光互补控制逆变器,其特征在于由充电主电路1、单相全桥逆变电路2,中 央控制单元3、检测单元4、辅助电源5组成。充电主电路1结构由卸荷回路和BOOST升压 电路构成。逆变主电路为单相全桥逆变电路2,其交流输出接入工频变压器升压后经LC滤 波后,接用户交流负载12。采用PIC16F886单片机作为核心控制芯片,实现充电控制、逆变 器控制保护、逆变器驱动信号以及风速、蓄电池电压和充电电流,逆变器交流输出电压、逆 变器电流的检测。采用UC3845作为BOOST升压电路的驱动控制单元,由单片机的充电控制 逻辑发出UC3845的启动或停止信号。
[0030] 辅助电源5提供控制单元所需的+24V、+12V、+5V和隔离的+12V电压。
[0031] 充电主电路1 :如图2所示,为本充电控制器电路主结构图。风力发电机6输出接 到整流桥电路的输入端U、V、W三个端子,有整流桥进行整流滤波,太阳能正极输入经防反 接二极管D9与整流滤波的输出端正极相连。太阳能发电机7负极直接连到与风力发电机 6输出整流后的负极并连到空气开关Kl的1脚。卸载功率开关Ql和升压电路功率开关Q2 的源极连接到空开的2脚,并经采样电阻R2连接到蓄电池8负极。风力发电机输出整流后 的正极连接到卸荷电阻Rl的一端以及BOOST升压电路输入侧升压电感L的一端。卸荷电 阻Rl的另一端与卸荷开关Ql的漏极相连。BOOST升压电路输出端即二极管D8的阴极与蓄 电池8的正极相连。二极管D8兼作蓄电池8的防反充二极管。空气开关Kl作为整个系统 的开关控制,如过蓄电池8反接,则二极管D7、D8上流过短路大电流使开关立即断开,保护 蓄电池8。当充电电压小于蓄电池8浮充电压、充电电流小于最大充电电流时,卸荷功率开 关Q1、升压功率开关Q2均不动作,风力发电机6输出电能全部给蓄电池8充电。当充电电压大于蓄电池8浮充电压或是充电电流大于最大充电电流时,卸荷开关Ql动作,通过调节Ql的驱动脉冲的占空比泄放多余的能量实现蓄电池的限压限流充电。当风速降低,充电电 压不够给蓄电池充电时,BOOST升压功率开关Q2动作,把风力发电机6输出整流电压升压 给蓄电池8充电。
[0032] 如图3所示为单相全桥逆变器电路2,蓄电池8正、负极接入全桥逆变电路。直流 电经逆变后变换成SPWM波序列,经过变压器升压及LC滤波后,变成纯220V正弦波供用户 交流负载使用。其中,卸荷电阻Rl是直流侧电流取样电阻,电容C2为高频吸收电容。
[0033] 中央控制单元3的核心器件是控制芯片9为单片机PIC16F886和BOOST控制驱动 芯片11型号为UC3845以及卸荷开关驱动芯片10型号为7LP250。其中PIC16F886是一款 通用的价格低廉的控制芯片,它有11路AD转换口,足够各种信号的采样使用,本系统中用 于测量蓄电池电压、充电电流、交流输出电压、逆变器电流、温度值。它有两个CCP单元,一 个作为PWM单元输出PWM波经驱动芯片TLP250放大后驱动卸荷开关Ql,另一个也用作PWM 单元,产生一路SPWM调制信号并利用单片机一个I/O 口产生相匹配的一路50Hz的低频信 号,经波形变换后形成四路带死区的驱动信号,由两片IR2110驱动全桥。它的一个外部中 断用来与定时器配合测量风力发电机的转速。BOOST控制驱动由UC3845来完成,它是典型 的电流模式PWM控制芯片,引入蓄电池8电压反馈,峰值电流控制模式。整个BOOST电路的 启动、停止均由单片机的一个1/0 口控制。
[0034] 检测电路4为风力发电机6的三相输出电压的任两相经过电阻分压后,接入比较 器“ + ”脚,比较器另一“_”脚接地构成一过零电压比较器,经过光耦整形隔离接入单片机外 部中断口,即可测得脉冲的周期也就测得风机速度。蓄电池8直流电压检测是通过分压电 阻分压后送入单片机的AD转换口以及作为UC3845的反馈电压。蓄电池8充电电流检测时 通过在蓄电池8负极串入一低阻值电阻,电阻检测的电流信号经LM324放大后接入单片机 的AD转换口。交流输出电压反馈通过变压器降压隔离后,整流后接入单片机的一个AD转 换口。逆变器电流采用串入逆变器直流侧的采样电阻进行检测,将采样电阻上的电压信号 一路用运放进行放大后送到单片机的一个AD 口,判断逆变器是否过载,另一路用比较器与 基准值进行比较后输入单片机的一个1/0,判断是否过流,通过关断驱动芯片IR2110的驱 动脉冲对逆变器进行保护。一个热敏电阻接入单片机的AD转换口,当温度超过一定值时, 单片机进行过热保护。
[0035] 上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述,显然本实用新型具体实现并不受 上述方式的限制,只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种改进,或未经 改进直接应用于其它场合的,均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

  1. 一种风光互补控制逆变器,包括风力发电机(6)、太阳能发电机(7),其特征在于:所述的风力发电机(6)、太阳能发电机(7)接入到充电主电路(1)后连接到蓄电池(8),再通过单相全桥逆变电路(2)接入到用户交流负载(12);风力发电机(6)依次连接到检测单元(4)和中央控制单元(3)后再分别连接到充电主电路(1)、辅助电源(5)。
  2. 2.根据权利要求1所述的一种风光互补控制逆变器,其特征在于:所述的充电主电路 (1)为风力发电机(6)的输出接到整流桥电路,太阳能发电机(7)的正极经过反接二极管 (D9)与整流桥电路的输出正极相连后连接到卸荷电阻(Rl)以及升压电感(L),卸荷电阻 (Rl)的另一端与卸载功率开关(Ql)的漏极相连,升压电感(L)的另一端通过二极管(D8) 与蓄电池⑶的正极相连;太阳能发电机(7)的负极接到整流桥电路的输出负极后连到空 气开关(Kl)的1脚,卸载功率开关(Ql)和升压电路功率开关(Q20的源极连接到空气开关 (Kl)的2脚,并经过采样电阻(R2)连接到蓄电池(8)负极。
  3. 3.根据权利要求1所述的一种风光互补控制逆变器,其特征在于:所述的单相全桥逆 变电路(2)为蓄电池(8)接入全桥逆变电路后通过变压器和LC滤波后再接入用户交流负 载(12)。
  4. 4.根据权利要求1所述的一种风光互补控制逆变器,其特征在于:所述的中央控制单 元(3)为控制芯片(9)驱动卸荷开关驱动芯片(10)与卸载功率开关(Ql)连接;控制芯片 (9)驱动BOOST控制驱动芯片(11)再连接到升压电感(L)。
  5. 5.根据权利要求4所述的一种风光互补控制逆变器,其特征在于:所述的控制芯片(9) 的型号为PIC16F886 ;BOOST控制驱动芯片(11)的型号为UC3845 ;卸荷开关驱动芯片(10) 的型号为TLP250。
  6. 6.根据权利要求1所述的一种风光互补控制逆变器,其特征在于:所述的辅助电源(5) 为直流电源。
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