CN203352265U - 风光互补发电系统 - Google Patents

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闫群民
徐驰
吴晨晨
王佳翔
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Abstract

一种风光互补发电系统,包括直流负载、交流负载、风力发电系统和太阳能发电系统,所述风力发电系统包括依次连接的风力机、永磁同步发电机、整流器、1#DC/DC变换器以及蓄电池,1#DC/DC变换器连接有1#控制器,所述太阳能发电系统包括依次连接的太阳能电池阵列、光伏发电控制器和蓄电池,所述风力发电系统和太阳能发电系统中的蓄电池为同一蓄电池,直流负载与蓄电池直接连接,交流负载与蓄电池之间通过逆变器连接。风光互补发电系统就是将风力发电和光伏发电组合起来的发电系统,从而达到优劣互补。风光互补发电相互弥补了单独风电和光电的短处,将二者的优点发挥到最大。

Description

风光互补发电系统技术领域
[0001] 本实用新型涉及发电系统技术领域,尤其是涉及一种风光互补发电系统。
背景技术
[0002] 我国有丰富的可再生能源资源,在水电、沼气、太阳能热的利用方面已取得了显著成效,近年来加快了风电、生物液体燃料和太阳能发电的发展,开发利用可再生能源已成为我国缓解能源供需矛盾、减轻环境污染、调整能源结构、转变经济增长方式和促进社会主义新农村建设的重要途径。在"十一五"时期,我国将继续大力发展水电,加快发展生物质能、风电和太阳能,加强农村可再生能源开发利用,逐步提高可再生能源在能源供应中的比重,为更大规模开发利用可再生能源创造条件。其中风力发电和太阳能发电是两种发展前景最好新能源利用方式。
[0003] 风能、太阳能等可再生能源具有清洁、使用无污染、分布广泛、用之不竭等特点,但风能和太阳能都具有能量密度低、稳定性差的弱点,并受到地理分布、季节变化、昼夜交替等影响.然而太阳能与风能在时间上和地域上都有很强的互补性,白天太阳光最强时,风较小,晚上太阳落山后,光照很弱,但由于地表温差变化大而风能加强.在夏季,太阳光强度大而风小;冬季,太 阳光强度弱而风大.太阳能发电稳定可靠,但目前成本较高,而风力发电成本较低,随机性大,供电可靠性差.若将两者结合起来,可实现昼夜发电.在合适的气资源条件下,风光互补发电系统能提高系统供电的连续性、稳定性和可靠性。低成本、规模化利用风能、太阳能等可再生能源,是解决能源危机和环境问题的有效手段之一,已成为各国的共识,世界各国政府予以高度重视。太阳能和风能是应用广泛的可再生资源,但不可回避,不管是太阳能还是风能其能量密度都非常低,独立的太阳能或者风能供电系统都不能提供可靠的电能供应。风能和太阳能在资源条件和应用上都有天然互补性,扬长避短,风光互补发电相互弥补了单独风电和光电的短处,将二者的优点发挥到最大。
实用新型内容
[0004] 针对现有技术存在的缺陷,本实用新型的目的是提出一种风光互补发电系统。风光互补发电系统就是将风力发电和光伏发电组合起来的发电系统,从而达到优劣互补。风光互补发电相互弥补了单独风电和光电的短处,将二者的优点发挥到最大。
[0005] 本实用新型的技术方案是:
[0006] 为了实现上述发明目的,本实用新型采用以下技术方案:
[0007] 一种风光互补发电系统,包括直流负载、交流负载、风力发电系统和太阳能发电系统,所述风力发电系统包括依次连接的风力机、永磁同步发电机、整流器、1#DC/DC变换器以及蓄电池,1#DC/DC变换器连接有1#控制器,所述太阳能发电系统包括依次连接的太阳能电池阵列、光伏发电控制器和蓄电池,所述风力发电系统和太阳能发电系统中的蓄电池为同一蓄电池,直流负载与蓄电池直接连接,交流负载与蓄电池之间通过逆变器连接。太阳能发电系统利用微控制器设计了一种光伏发电最大功率跟踪控制器。[0008] 优选技术方案,所述蓄电池为铅酸蓄电池、碱性镍蓄电池或铁镍蓄电池。
[0009] 优选技术方案,所述整流器为采用二极管整流器或晶闸管整流器。
[0010] 优选技术方案,所述光伏发电控制器包括2#DC/DC转换电路、微控制器、电压电流检测电路、驱动电路和充放电保护电路,微控制器采用8位微控制器MC9S08QG8。光伏发电控制器以MC9S08QG8为主控芯片,控制电流和电压,结合电压扰动法,使太阳能电池阵列输出电压工作在最大功率点电压处,实现光伏功率输出最大化。该控制器能够对太阳能电池阵列的输出进行最大功率点跟踪控制,有效地对蓄电池进行充放电保护,延长蓄电池的使用寿命。该控制器功能完善,具有体积小、可靠性高、成本低等特点。
[0011] 在采用上述技术方案后,本实用新型具有的有益效果是:
[0012] 风光互补发电系统其不仅适用于缺电的边远地区,因为它是可再生能源,无污染,且成本低、效率高,所以在条件具备的地方都有很好的开发应用前景。
附图说明
[0013] 图1是本实用新型的结构示意图。
[0014] 图2是光伏发电控制器的模块图
[0015] 图3是光伏发电控制器的详细连线图
[0016] 本实用新型目的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。具体实施方式
[0017] 应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
[0018] 一种风光互补发电系统,包括直流负载、交流负载、风力发电系统和太阳能发电系统,所述风力发电系统包括依次连接的风力机1、永磁同步发电机2、整流器3、1#DC/DC变换器4以及蓄电池5,1#DC/DC变换器4连接有1#控制器6,所述太阳能发电系统包括依次连接的太阳能电池阵列7、光伏发电控制器8和蓄电池5,所述风力发电系统和太阳能发电系统中的蓄电池5为同一蓄电池,直流负载11与蓄电池5直接连接,交流负载10与蓄电池5之间通过逆变器9连接。所述蓄电池5为铅酸蓄电池、碱性镍蓄电池或铁镍蓄电池。所述整流器3为采用二极管整流器或晶闸管整流器。所述光伏发电控制器包括2#DC/DC转换电路801、微控制器804、电压电流检测电路802、驱动电路803和充放电保护电路805,微控制器采用8位微控制器MC9S08QG8。太阳能发电系统采用升降压式DC/DC转换电路,利用电压扰动法实现最大功率点跟踪,使太阳能光伏电池始终保持最大功率输出;光伏发电控制器还能实时测量蓄电池的端电压,对蓄电池进行充放电保护。光伏发电控制器可靠性高,提高了太阳能光伏发电系统效率,并延长了蓄电池使用寿命。
[0019] 风力发电系统将风能转化电能的能量转化装置。是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机(本实施例中是永磁同步发电机)发电。风力发电机组采用水平轴式风力发电机,本实施例中由风力机和永磁同步发电机构成,风力机包括风轮、增速齿轮箱、偏航装置、控制系统和塔架。由于风速的不断变化、忽大忽小,发电机发出的电流和电压也随着变化,风力机经永磁同步发电机发出的电经过整流,由交流电变成了具有一定电压的直流电,并向蓄电池进行充电。从蓄电池组输出的直流电,一方面通过DC/DC变换供给直流负载,另一方面通过逆变器后变成了 220V的交流电,供给交流负载。风力发电属于可再生能源充分利用,不会产生辐射或空气污染。
[0020] 太阳能发电系统:主要由太阳能电池阵列、光伏发电控制器和蓄电池三部分构成。其中光伏发电控制器是整个系统的核心部分,主要完成最大功率点跟踪(MPPT)、蓄电池的充电和蓄电池保护等功能,其性能的好坏直接决定了整个光伏系统的性能。光伏发电控制器包括DC/DC转换电路、微控制器、电压电流检测、驱动电路和充放电保护电路等电路单元。微控制器采用低功耗、高性能8位微控制器MC9S08QG8,电压电流检测电路采集到的模拟信号经A/D端口送入微控制器进行分析计算,微控制器通过驱动电路输出PWM脉冲控制信号调节DC/DC转换电路内部开关管的通断,实现对转换电路输出电压及电流的控制。控制器还能实时测量蓄电池的端电压,对蓄电池进行充放电保护,防止蓄电池过充或过放。DC/DC转换电路是接在直流电源和负载之间,通过控制电压的方法将不可控的直流输入变为可控的直流输出的一种变换电路,它被广泛的应用于逆变系统、开关电源和用直流电动机驱动的设备中。本文设计的太阳能控制器通过采用升降压式DC/DC转换电路,将太阳能电池的不可控输出电压转换成可控的输出电压。升降压式DC/DC转换电路是输出电压既可高于又可低于输入电压的单管不隔离直流转换电路。
[0021] 光伏发电控制器的电路如图3所示,采用微控制器MC9S08QG8作为核心控制单元,使用MOS管作为充放电控制管和保护管,减少了系统功耗和开关工作速度。为可靠地检测到太阳能电池阵列的输出电压和电流、DC/DC转换电路的输出电流,采用直流侧电压检测电路;转换电路的输出电压和蓄电池的端电压用电阻分压法进行采集,以上采集到的五个模拟电压信号通过A/D端口送入微控制器。由于肖特基二极管比普通二极管具有管压降低、功耗小、电荷储能效应小等特点,所以电路中采用肖特基二极管D2作为防反充二极管,防止蓄电池向太阳能电池阵列反向充电。控制器通过控制DC/DC转换电路的内部开关管Ql的通断,可以控制蓄电池的充电过程;在蓄电池和负载间串联开关管Q2,当蓄电池电压小于放过电压时,切断蓄电池与负载间的回路,防止蓄电池的过放;只有当蓄电池电压重新升到正常电压范围内,开关管Q2才会重新导通。转化的直流电,通过控制器保护蓄电池充放电,再由逆变器将符合要求的交流电提供给用户负载。太阳能发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳能电池阵列,再配合上功率控制器等部件就形成了太阳能发电系统。太阳能发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电,太阳能发电系统主要由太阳能电池阵列、控制器和逆变器三大部分组成,它们主要由电子元器件构成。太阳能发电设备极为精炼,可靠稳定寿命长、安装维护简便。
[0022] 以上所述仅为本实用新型的优选实施例,并非因此限制本实用新型的专利范围,凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构变换,或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域,均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种风光互补发电系统,包括直流负载、交流负载、风力发电系统和太阳能发电系统,其特征在于:所述风力发电系统包括依次连接的风力机、永磁同步发电机、整流器、1#DC/DC变换器以及蓄电池,1#DC/DC变换器连接有1#控制器,所述太阳能发电系统包括依次连接的太阳能电池阵列、光伏发电控制器和蓄电池,所述风力发电系统和太阳能发电系统中的蓄电池为同一蓄电池,直流负载与蓄电池直接连接,交流负载与蓄电池之间通过逆变器连接。
2.根据权利要求1所述的风光互补发电系统,其特征在于,所述蓄电池为铅酸蓄电池、碱性镍蓄电池或铁镍蓄电池。
3.根据权利要求2所述的风光互补发电系统,其特征在于:所述整流器为采用二极管整流器或晶闸管整流器。
4.根据权利要求3所述的风光互补发电系统,其特征在于:所述光伏发电控制器包括2#DC/DC转换电路、微控制器、电压电流检测电路、驱动电路和充放电保护电路,微控制器采用8位微控制器MC9S08QG8。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN106184682A (zh) * 2016-08-31 2016-12-07 安徽远东船舶有限公司 一种新能源混合动力船舶蓄电池系统
WO2020177829A1 (fr) * 2019-03-04 2020-09-10 Unite De Recherche En Energies Renouvelables En Milieu Saharien Réalisation d'un système standard pour les charges capable d'assurer la commande mppt et le controle du bus continu par un seul convertisseur

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