CN202425125U - 市电交互型风光互补路灯系统控制器 - Google Patents

市电交互型风光互补路灯系统控制器 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种市电交互型风光互补路灯系统控制器,将风光互补路灯系统与市电电网相结合,首先通过风能光能为路灯供电,当风光的供电量不能满足需要时,自动切换到市电电网,节省市电电量又保证路灯工作的连续性和稳定性。包括主控制芯片、连接风力发电机的风能DC/DC变换器、连接光伏组件的光能DC/DC变换器、连接路灯的负载DC/DC变换器以及连接市电电网的AC/DC变换器,风能DC/DC变换器、光能DC/DC变换器、AC/DC变换器与蓄电池电池组并联连接后通过负载DC/DC变换器与路灯连接;主控制芯片分别与光能DC/DC变换器、风能DC/DC变换器、负载DC/DC变换器以及AC/DC变换器双向连接。

Description

市电交互型风光互补路灯系统控制器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及风光互补路灯系统控制器技术领域,特别是一种市电交互型风光互补路灯系统控制器。
背景技术
[0002]目前我国现有的城市或农村等公共照明路灯系统大都采用市电电网供电,耗电量较大,在当今世界都处于能源短缺的情况下,寻找新能源,解决公共照明系统耗电量大问题,也是ー项具有十分重要意义的工作。风光互补发电技术作为ー种理想的清洁新能源供 电技木,已经成为新能源产业的重要发展方向,以风光互补发电技术为基础的风光互补发电系统主要由风カ发电机、光伏组件、控制器、蓄电池和负载等部分组成,其工作原理是,利用风能和太阳能的双重优点,通过风カ发电机和光伏组件发出电能,通过蓄电池储存电能,通过控制器控制对蓄电池的充电、放电和对负载的输出。如果能将风光互补发电系统应用于采用市电供电的路灯照明系统,可以有效解决市电供电的路灯照明系统耗电量大的问题,达到节能减排,绿色环保的目的。
实用新型内容
[0003] 根据现有技术存在的不足,本实用新型提供一种市电交互型风光互补路灯系统控制器,能将风光互补路灯系统与市电电网相结合,首先充分利用风光这两种新能源为负载(路灯)供电,当风光互补路灯系统的供电量不能满足负载(路灯)正常工作的需要吋,自动切换到市电电网,对负载(路灯)进行供电,既节省了市电电量又保证了负载(路灯)エ作的连续性和稳定性。
[0004] 本实用新型的技术方案是:
[0005] 一种市电交互型风光互补路灯系统控制器,其特征在于,包括主控制芯片、连接风力发电机的风能DC/DC变换器、连接光伏组件的光能DC/DC变换器、连接路灯的负载DC/DC变换器以及能连接市电电网的AC/DC变换器,所述风能DC/DC变换器、光能DC/DC变换器、AC/DC变换器与蓄电池电池组并联连接后通过负载DC/DC变换器与路灯连接;所述主控制芯片分别与光能DC/DC变换器、风能DC/DC变换器、负载DC/DC变换器以及AC/DC变换器双向连接,用于控制风能DC/DC变换器、光能DC/DC变换器、负载DC/DC变换器、市电AC/DC变换器,首先将风力发电机和光伏组件发出的电能为路灯供电,当风カ发电机和光伏组件发出的电能不能满足路灯正常工作时,启动AC/DC变换器,通过市电电网为路灯供电。
[0006] 所述AC/DC变换器包括由4个ニ极管组成的整流桥D,整流桥D与电感L、功率开关管Q1、ニ极管D1、电容Cl组成功率因数校正电路;整流桥D用于对输入的交流电压进行整流,整流桥D的输出端通过电感L连接第一功率开关管Q1,第一功率开关管Ql的ー个输出极连接ニ极管Dl的正极,ニ极管Dl的负极和第一功率开关管Ql的另ー个输出极之间并联电容Cl,用于对整流后的输出电压进行功率因数调节,同时对整流后的输出电压进行稳压及滤波;功率因数校正电路的输出端通过第二功率开关管Q2连接变压器的原边线圈,变压器的副边线圈的两端连接直流电压输出电路;所述第一功率开关管Ql和第二功率开关管Q2的控制极分别连接主控制芯片。
[0007] 所述直流电压输出电路包括第一整流二级管D2和第二整流二级管D3,第一整流二级管D2和第二整流二级管D3的正极端分别连接变压器副边线圈的两端,第一整流二级管Dl的负极端与第二整流二级管D2的负极端相连后与输出电容C2的一端连接,变压器副边线圈的中心抽头与输出电容C2的另一端连接。
[0008] 所述变压器为高频变 压器。
[0009] 所述功率开关管为高频功率开关管,所述高频功率开关管为MOSFET管、IGBT管或SiC 管。
[0010] 所述功率因数校正电路中的二极管Dl和第一整流二级管D2和第二整流二级管D3均为快速恢复二极管。
[0011] 所述连接风力发电机的风能DC/DC变换器、连接光伏组件的光能DC/DC变换器均为通过主控制芯片的控制信号,实现最大功率点跟踪控制的DC/DC变换电路。
[0012] 所述控制器还包括接口与通讯单元,所述接口与通讯单元与主控制芯片双向连接。
[0013] 所述主控制芯片为数字信号处理器芯片。
[0014] 本实用新型的技术效果:
[0015] 本实用新型提供一种市电交互型风光互补路灯系统控制器,相比于现有技术的风光互补路灯系统控制器,增加了能与市电电网连接的AC/DC变换器,将风光互补路灯系统与市电电网相结合,对风能、光能、市电综合控制,首先对风力发电机和光伏组件所发的电能进行调节和控制,充分利用风光这两种新能源为负载(路灯)供电,在不亮灯或亮灯时都将所发的电除去亮灯需要外存储在蓄电池组内,当风光发电量和蓄电池组中的电能总和不能满足负载(路灯)正常工作的需要时,自动切换到市电电网,用市电电网的电对负载(路灯)进行供电,既节省了市电电量又保证了负载(路灯)工作的连续性和稳定性;同时本实用新型的控制器本身具备更强的自动化和智能化控制功能,如光控、时控、人工控制等方式;特别是将本实用新型应用于老旧照明系统的改造中,工程实施简单,改造工程量小。
[0016] 本实用新型增加的AC/DC变换器,采用了有源功率因素校正(PFC)技术,在交流电转换为直流电的过程中,提高了电网侧功率因数,也即提高了对市电的利用率,减少了转换过程中的电能损耗,减少了对电网的谐波污染;同时在DC-DC变换中,采用了高频功率开关技术实现电压等级的变换,通过高频功率开关器件的控制,实现能量由变压器初级到次级的传递,因而能够使本实用新型的控制器最终达到体积小重量轻的效果。并且本实用新型通过主控制芯片控制连接风力发电机的风能DC/DC变换器、连接光伏组件的光能DC/DC变换器,实现了最大功率点跟踪控制,提高了对新能源的利用效率。
附图说明
[0017] 图I是本实用新型的控制器实施例的结构示意图。
[0018] 图2是本实用新型的控制器的AC/DC变换器的电路拓扑结构示意图。
具体实施方式[0019] 以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步说明。
[0020] 如图I所示,一种市电交互型风光互补路灯系统控制器,包括主控制芯片、连接风力发电机的风能DC/DC变换器、连接光伏组件的光能DC/DC变换器、连接路灯的负载DC/DC变换器以及能连接市电电网的AC/DC变换器,风能DC/DC变换器、光能DC/DC变换器、AC/DC变换器与蓄电池电池组并联连接后通过负载DC/DC变换器与路灯连接;主控制芯片分别与光能DC/DC变换器、风能DC/DC变换器、负载DC/DC变换器以及AC/DC变换器双向连接,用于控制风能DC/DC变换器、光能DC/DC变换器、负载DC/DC变换器、市电AC/DC变换器,首先控制风能DC/DC变换器和光能DC/DC变换器,对风力发电机和光伏组件所发的电能进行调节和控制,一方面将风力发电机和光伏组件发出的电能为路灯供电,另一方面又将多余的能
量对蓄电池组进行充电,当所发的电能不能满足负载需要时,控制器又把蓄电池储存的电能送往负载;当风力发电机和光伏组件发出的电能不能满足路灯正常工作而蓄电池储存的电能也不能对路灯正常供电时时,主控制芯片启动AC/DC变换器,通过市电电网为路灯供电,同时控制蓄电池不被过放电,保护蓄电池;并且本实用新型根据路灯亮度的需要,可通过负载DC/DC变换器进行调光,使电能达到最佳利用状态。本实用新型的控制器还包括接口与通讯单元,接口与通讯单元也与主控制芯片双向连接,通过计算机可以实现数据传输,进行集中控制与管理。另外连接风力发电机的风能DC/DC变换器、连接光伏组件的光能DC/DC变换器,均通过主控制芯片控制,实现了最大功率点跟踪控制,以最大限度的利用风能和太阳能。
[0021] 如图2所示,为本实用新型控制器的AC/DC变换器的电路拓扑结构示意图。包括由4个二极管组成的整流桥D,整流桥D与电感L、功率开关管Ql、二极管D1、电容Cl组成功率因数校正电路;整流桥D用于对输入的交流电压进行整流,整流桥D的输出端通过电感L连接第一功率开关管Q1,第一功率开关管Ql的一个输出极连接二极管Dl的正极,二极管Dl的负极和第一功率开关管Ql的另一个输出极之间并联电容Cl,第一功率开关管Ql的控制极连接主控制芯片,对整流后的输出电压进行功率因数调节,通过主控制芯片控制开关管Ql不断进行开通与关断的切换,调节通过电感L的电流和电压之间的相位差,提高电网侧的功率因数,减少电流在转换过程中的损失,提高电能的利用率,减少对电网的谐波污染,同时对整流后的输出电压进行稳压及滤波;功率因数校正电路的输出端通过第二功率开关管Q2连接变压器的原边线圈NI,第二功率开关管Q2的控制极也连接主控制芯片;经过功率因数校正电路输出的电压,根据负载所需的直流电压的要求,由主控制芯片控制加在第二功率开关管Q2控制极上的电压,从而控制Q2的通断时间,调节输出至变压器原边线圈NI两端的电压;变压器次级侧的副边线圈的两端连接直流电压输出电路,用于将原边线圈变换至副边线圈的直流电压输出给负载,直流电压输出电路包括第一整流二级管D2和第二整流二级管D3,第一整流二级管D2和第二整流二级管D3的正极端分别连接变压器副边线圈的两端,第一整流二级管D2的负极端与第二整流二级管D3的负极端相连后与输出电容C2的一端连接,变压器副边线圈的中心抽头与输出电容C2的另一端连接;副边线圈由中心抽头形成串联的两个线圈N21和N22,线圈N21与二级管D2、电容C2组成一路输出回路,线圈N22与二级管D3、电容C2组成另一路输出回路,利用Q2的开通和关断,分别通过这两个输出回路,将原边线圈变换至副边线圈的直流电压经整流、滤波,给负载提供稳定的工作电压。[0022] 本实用新型中的主控制芯片为数字信号处理器芯片,变压器为高频变压器,功率开关管为高频功率开关管,可以是MOSFET管、IGBT管或SiC管;所有ニ级管均为快速恢复 ニ极管,通过高频开关技术实现了电压等级的变换,并且使控制器的体积大大减小,重量大大减轻。

Claims (9)

1. 一种市电交互型风光互补路灯系统控制器,其特征在于,包括主控制芯片、连接风カ发电机的风能DC/DC变换器、连接光伏组件的光能DC/DC变换器、连接路灯的负载DC/DC变换器以及能连接市电电网的AC/DC变换器,所述风能DC/DC变换器、光能DC/DC变换器、AC/DC变换器与蓄电池电池组并联连接后通过负载DC/DC变换器与路灯连接;所述主控制芯片分别与光能DC/DC变换器、风能DC/DC变换器、负载DC/DC变换器以及AC/DC变换器双向连接,用于控制风能DC/DC变换器、光能DC/DC变换器、负载DC/DC变换器、市电AC/DC变换器,首先将风カ发电机和光伏组件发出的电能为路灯供电,当风カ发电机和光伏组件发出的电能不能满足路灯正常工作时,启动AC/DC变换器,通过市电电网为路灯供电。
2.根据权利要求I所述的市电交互型风光互补路灯系统控制器,其特征在于,所述AC/DC变换器包括由4个ニ极管组成的整流桥D,整流桥D与电感L、功率开关管Ql、ニ极管Dl、电容Cl组成功率因数校正电路;整流桥D用于对输入的交流电压进行整流,整流桥D的输出端通过电感L连接第一功率开关管Q1,第一功率开关管Ql的一个输出极连接ニ极管Dl的正极,ニ极管Dl的负极和第一功率开关管Ql的另ー个输出极之间并联电容Cl,用于对整 流后的输出电压进行功率因数调节,同时对整流后的输出电压进行稳压及滤波;功率因数校正电路的输出端通过第二功率开关管Q2连接变压器的原边线圈,变压器的副边线圈的两端连接直流电压输出电路;所述第一功率开关管Ql和第二功率开关管Q2的控制极分别连接主控制芯片。
3.根据权利要求2所述的市电交互型风光互补路灯系统控制器,其特征在干,所述直流电压输出电路包括第一整流ニ级管D2和第二整流ニ级管D3,第一整流ニ级管D2和第二整流ニ级管D3的正极端分别连接变压器副边线圈的两端,第一整流ニ级管D2的负极端与第二整流ニ级管D3的负极端相连后与输出电容C2的一端连接,变压器副边线圈的中心抽头与输出电容C2的另一端连接。
4.根据权利要求3所述的市电交互型风光互补路灯系统控制器,其特征在于,所述变压器为高频变压器。
5.根据权利要求3所述的市电交互型风光互补路灯系统控制器,其特征在干,所述功率开关管为高频功率开关管,所述高频功率开关管为MOSFET管、IGBT管或SiC管。
6.根据权利要求3所述的市电交互型风光互补路灯系统控制器,其特征在干,所述功率因数校正电路中的ニ极管Dl和第一整流ニ级管D2和第二整流ニ级管D3均为快速恢复ニ极管。
7.根据权利要求I所述的市电交互型风光互补路灯系统控制器,其特征在于,所述连接风カ发电机的风能DC/DC变换器、连接光伏组件的光能DC/DC变换器均为通过主控制芯片的控制信号,实现最大功率点跟踪控制的DC/DC变换电路。
8.根据权利要求I所述的市电交互型风光互补路灯系统控制器,其特征在于,所述控制器还包括接ロ与通讯单元,所述接ロ与通讯单元与主控制芯片双向连接。
9.根据权利要求I至8之一所述的高频链式风光互补控逆一体装置,其特征在于,所述主控制芯片为数字信号处理器芯片。
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