CN203522307U - 基于耦合电感逆变器的风光蓄互补发电装置 - Google Patents

基于耦合电感逆变器的风光蓄互补发电装置 Download PDF

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Abstract

基于耦合电感逆变器的风光蓄互补发电装置，属于新能源发电领域。它包括光伏阵列、风力发电机、不控整流桥、双向DC-DC斩波单元、蓄电池组、Boost升压单元、耦合电感逆变器、滤波单元、交流负载、母线电压检测单元、蓄电池电压检测单元、充放电电流检测单元、升压电压检测单元、负载电流检测单元。它通过耦合电感逆变器将风能和太阳能转化的直流电能输出为工频交流电，通过控制双向DC-DC斩波单元可将多余能量储存到蓄电池中，又可自动切换为蓄电池供电，提高供电可靠性同时充分利用风能和太阳能。

Description

基于耦合电感逆变器的风光蓄互补发电装置
技术领域
本实用新型涉及一种新能源发电电能转换装置，尤其是一种基于耦合电感逆变器的风光蓄互补发电装置。 
背景技术
我国幅员辽阔，在西北地区的边远村庄和牧场以及东南沿海的岛屿，受自然条件所限，国家电网无法覆盖，村落居民、边防岗哨无电可用，对生产生活造成了极大不便。同时随着国家节能减排规划的推进，新能源发电已在景观照明，市政设施等场合中得到广泛应用。传统风力发电以及光伏发电系统受自然条件约束明显，对于大部分地区风能资源和日照条件均难以满足单一发电系统选址要求，开发多种新能源的综合利用已成为研究热点。传统新能源发电系统中采用全桥逆变器对直流电压进行逆变，由于桥臂严禁直通，需要设置死区，影响输出电能质量，而且抗误导通干扰能力差，大大降低了装置的可靠性。根据这一要求，本实用新型提供一种基于耦合电感逆变器的风光蓄互补发电装置，用更少的功率开关器件实现无死区影响的电能输出，而且该装置设置了蓄电池双向DC-DC斩波控制单元，可进行充放电双向控制，在风能和光照条件充沛时将多余能量存储至蓄电池中，无风和光照条件弱时自动切换为蓄电池供电，形成风光蓄互补发电，充分利用新能源的同时，提高了供电可靠性。 
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于耦合电感逆变器的风光蓄互补发电装置。它能够将风能和太阳能转化为工频交流电，为负载供电，形成风光互补，通过双向DC-DC控制器在直流母线侧接入蓄电池组，可将多余电能储存在蓄电池中，无风无光时利用蓄电池供电保证负荷用电，形成风光蓄互补，充分利用新能源电力的同时大大提高了供电的不间断性。耦合电感逆变器相比较传统逆变器所用功率开关器件更少，且无需死区，输出电压质量更高，抗干扰性能强。 
本实用新型所采用的技术方案是： 
本实用新型基于耦合电感逆变器的风光蓄互补发电装置，它包括主电路部分和控制电路部分。其中主电路包括：光伏阵列、风力发电机、不控整流桥、双向DC-DC斩波单元、蓄电 池组、Boost升压单元、耦合电感逆变器、滤波单元、交流负载、母线电压检测单元、蓄电池电压检测单元、充放电电流检测单元、升压电压检测单元、负载电流检测单元；控制电路包括：双向DC-DC驱动单元、BOOST升压驱动单元、逆变器驱动单元、卸荷保护驱动单元、控制器。风力发电机的定子绕组连接不控整流桥的交流侧，不控整流桥的直流侧连接直流母线，光伏阵列的输出端子并接在直流母线上，形成风光互补电源，蓄电池组通过双向DC-DC斩波单元并接在直流母线上，既可以为母线提供能量又可以将多余能量储存，形成风光蓄互补，直流母线的出线端接Boost升压单元，通过升压后将直流电接入耦合电感逆变器的直流输入端，逆变得到脉冲交流电后通过滤波单元得到工频交流电供给交流负载。 
所述的基于耦合电感逆变器的风光蓄互补发电装置，其控制电路中母线电压检测单元测量电容C1两端电压，蓄电池电压检测单元测量电容C2两端电压，充放电电流检测单元测量蓄电池组的充放电电流，负载电流检测单元测量负载的供电电流。以上测量单元的输出信号接控制器，控制器通过相应的软件控制算法，输出PWM1、PWM2信号经双向DC-DC驱动单元驱动功率开关管T1、T2。控制器输出的PWM3信号经BOOST升压驱动单元驱动功率开关管T3，PWM4、PWM5信号经逆变器驱动单元驱动功率开关管T4、T5，PWM6信号经卸荷保护驱动单元驱动继电器K1，为风力发电机提供卸荷保护，正常运行时，K1处于断开状态。 
所述的耦合电感逆变器由2个功率管T4和T5、2个反并联二极管D8和D9以及一个耦合电感Lt组成，耦合电感采用T型电路异侧连接方式串联在T4和T5之间，耦合电感中间抽头为输出端，T4和T5均导通时，耦合电感逆变器输出电压为直流母线电压的一半，T4和T5均关断时，耦合电感逆变器输出电压同样为直流母线电压的一半，T4关断T5导通时，输出电压为零，T4导通T5关断时，输出电压为直流母线电压。该逆变器可以上下管同时直通，无死区，输出电压可呈三电平。 
所述控制器为DSPTMS2812，驱动单元采用TLP250光耦直接驱动，检测单元采用霍尔式电压、电流传感器。 
本实用新型的优点在于：耦合电感逆变器可用更少的电力电子器件实现三电平输出，且允许直通，无需死区设置，提高了输出电压质量。在风能和太阳能充沛时，满足负载用电需求的前提下将多余能量储存到蓄电池中，当无风和夜晚时，装置自动切换为蓄电池供电，逆变器仍能为负载提供工频交流电，既充分利用新能源的同时又提高了供电可靠性。 
附图说明
图1为本实用新型装置的主电路结构图。 
图2为本实用新型装置的控制电路结构图。 
图3为耦合电感逆变器等效电路图。 
图4为耦合电感逆变器载波调制示意图。 
图5为逆变器输出电流频谱。 
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例做详细说明，本实施例是以本实用新型技术方案为前提，给出了具体的实施方式和详细的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。 
具体实施方式一：本实施方式中，结合图1，图3，图4说明本实用新型装置中的耦合电感逆变器工作原理，该逆变器由2个功率管T4和T5、2个反并联二极管D8和D9以及一个耦合电感Lt组成，耦合电感采用T型电路异侧连接方式串联在T4和T5之间，耦合电感中间抽头为输出端，其等效电路如图3所示。T4和T5均导通时，耦合电感逆变器输出电压为直流母线电压的一半，T4和T5均关断时，耦合电感逆变器输出电压同样为直流母线电压的一半，T4关断T5导通时，输出电压为零，T4导通T5关断时，输出电压为直流母线电压。该逆变器可以上下管同时直通，无死区，输出电压可呈三电平。采用交替反向层叠PWM调制技术，以正弦波us为调制波，交错层叠载波分别为uc1和uc2，当调制波us>uc1时，T4导通，反之T4关断；us<uc2时T5导通，反之T5关断，如图4所示。采用这种载波调制方式，输出电压谐波能量主要集中在两倍的载波频率附近，不含载波与两倍载波谐波，只在两倍载波旁有上下边频谐波，没有基波分量与直流分量，等效开关频率提高了一倍。 
具体实施方式二：本实施方式中，蓄电池组由12V单块铅酸蓄电池串并联成48V，当风能充沛时，经不控整流后输出的直流电压高于48V且高于光伏阵列输出电压时，D2导通，D1、D3截止，直流母线电压由风力发电机提供；反之光照较强时，D1导通，D2、D3截止直流母线电压由光伏阵列提供，通过由L2、T3、D5和C3组成的Boost升压单元，升高到400V，然后通过耦合电感逆变器，逆变成220V，50Hz工频交流电经Lf、Cf滤波电路后，为负载供电，输出电流频谱分析如图5所示。当检测到母线电压较高或者负载电流为零即负载切除状态时，控制器控制驱动双向DC-DC单元，将多余电能储存在蓄电池中，此时T1、L1、C2组成降压斩波电路，对蓄电池进行充电，通过蓄电池电压检测单元以及充放电电流检测单元检测的结果，可对蓄电池充放电模式进行调节。蓄电池满电时若直流电压仍较高，驱动K1，投入卸荷电阻。当无风且光照条件不佳时，风力发电机和光伏阵列输出的直流电压小于蓄电池组电压，此时D3导通，D1、D2截止，装置自动切换为蓄电池供电，控制器驱动双向DC-DC 单元T2，与L1、C2构成升压电路，与后级Boost升压单元组成两级升压后通过耦合电感逆变器为负载供电。形成风光蓄互补发电，大大提高了供电可靠性。 

Claims (4)

1.基于耦合电感逆变器的风光蓄互补发电装置，它包括主电路和控制电路，其中主电路包括：光伏阵列（1）、风力发电机（2）、不控整流桥（3）、双向DC-DC斩波单元（4）、蓄电池组（5）、Boost升压单元（6）、耦合电感逆变器（7）、滤波单元（8）、交流负载（9）、母线电压检测单元（10）、蓄电池电压检测单元（11）、充放电电流检测单元（12）、升压电压检测单元（13）、负载电流检测单元（14）、双向DC-DC驱动单元（15）、BOOST升压驱动单元（16）、逆变器驱动单元（17）、卸荷保护驱动单元（18）、控制器（19）；风力发电机（2）的定子绕组连接不控整流桥（3）的交流侧，不控整流桥（3）的直流侧连接直流母线，光伏阵列（1）的输出端子并接在直流母线上，形成风光互补电源，蓄电池组（5）通过双向DC-DC斩波单元（4）并接在直流母线上，既可以为母线提供能量又可以将多余能量储存，形成风光蓄互补，直流母线的出线端接Boost升压单元（6），通过升压后将直流电接入耦合电感逆变器（7）的直流输入端，逆变得到脉冲交流电后通过滤波单元（8）得到工频交流电供给交流负载（9）。 
2.根据权利要求1所述的基于耦合电感逆变器的风光蓄互补发电装置，其特征在于：母线电压检测单元（10）测量电容C1两端电压，蓄电池电压检测单元（11）测量电容C2两端电压，充放电电流检测单元（12）测量蓄电池组的充放电电流，负载电流检测单元（14）测量负载的供电电流,以上测量单元的输出信号接控制器（19），控制器输出PWM1、PWM2信号经双向DC-DC驱动单元（15）驱动功率开关管T1、T2,控制器输出的PWM3信号经Boost升压驱动单元（16）驱动功率开关管T3，PWM4、PWM5信号经逆变器驱动单元（17）驱动功率开关管T4、T5，PWM6信号经卸荷保护驱动单元驱动继电器K1，为风力发电机提供卸荷保护，正常运行时，K1处于断开状态。 
3.根据权利要求1所述的基于耦合电感逆变器的风光蓄互补发电装置，其特征在于：所述的耦合电感逆变器（7）由2个功率管T4和T5、2个反并联二极管D8和D9以及一个耦合电感Lt组成,耦合电感采用T型电路异侧连接方式串联在T4和T5之间，耦合电感中间抽头为输出端，T4和T5均导通时，耦合电感逆变器输出电压为直流母线电压的一半，T4和T5均关断时，耦合电感逆变器输出电压同样为直流母线电压的一半，T4关断T5导通时，输出电压为零，T4导通T5关断时，输出电压为直流母线电压,该逆变器可以上下管同时直通，无死区，输出电压可呈三电平。 
4.根据权利要求1所述的基于耦合电感逆变器的风光蓄互补发电装置，其特征在于：所述控制器为DSPTMS2812，驱动单元采用TLP250光耦直接驱动，检测单元采用霍尔式电压、 电流传感器。 
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105141160A (zh) * 2015-08-24 2015-12-09 苏州市博得立电源科技有限公司 一种车载电源光伏逆变器
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