CN203674778U - 太阳能风力发电系统的控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及太阳能风力发电系统的控制装置，属于新能源发电控制的技术领域，包括风光互补控制器、逆变器、变频器、第一开关、第二开关、蓄电池组，通过控制电路将风光互补控制器与逆变器、变频器连接起来，形成逆变器控制环、变频器控制环，实现了对电池的充放电次数的保护，提供一种能够根据太阳能和风能输出功率自动调整负载功率的闭环控制装置，解决了蓄电池长期亏电的问题，提高了太阳能发电和风力发电的效率。

Description

太阳能风力发电系统的控制装置

技术领域

本实用新型涉及太阳能风力发电系统的控制装置，属于新能源发电控制的技术领域。

背景技术

太阳能电池板和风力发电机结合蓄电池组成风光互补供电系统是很多工业应用的供电系统。太阳能电池和风力发电机的发电特性差异性很大，而且风力发电输出功率极不稳定，导致控制系统的复杂性较高。因此，目前太阳能电池和风力发电机对蓄电池充电控制形成了多种方式，产生了多种产品。在低压系统中，常规控制方式是太阳能电池和风力发电机输出功率均通过脉宽调制(PWM)控制其对电池的充电，但由于风力发电机存在需要卸荷和刹车问题，因此控制系统还需要额外的刹车和卸荷控制器。高压系统中，系统电压高、电流大，控制器设计难度大，为了降低系统复杂度有些产品常将太阳能控制器和风机控制器分开设计，形成两个产品。这些产品设计均存在同样的问题，由于蓄电池充电需要一个较长时间，通常分为三个阶段恒流、恒压、浮充。特别是浮充状态持续的时间较长，利用PWM控制蓄电池的充放电会存在如果等待电池充满电再启动负载，则必然会存在能源浪费。通常的处理方式是电池电压一旦到达额定电压时即启动负载，表明充电满，但实际上此时电池电压远没有满，因此在有些应用场景下，电池一直处于亏电状态，电池寿命受到很大影响。如图1所示，为现有风光互补控制典型应用图，从图中可以看出，控制器没有实现对变频器和逆变器的控制，没有形成闭环控制系统，因此，无法实现对蓄电池形成最优的充电和放电方案，蓄电池的寿命较短。

本实用新型针对风光互补提水系统，引入对变频器频率控制（等同于对负载功率控制），在太阳能和风能功率较大时，加大负载功率；在太阳能和风能功率较小或为零时，降低负载功率。实现了对蓄电池的放电保护，且通过软件算法可实现蓄电池能长期处于弱充电状态，保证蓄电池能够充满电。本实用新型专利引入闭环控制系统，解决了蓄电池长期亏电的问题，提高了太阳能和风能的发电效率。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了太阳能风力发电系统的控制装置。

本实用新型为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

太阳能风力发电系统的控制装置，包括风光互补控制器、逆变器、变频器、第一开关、第二开关、蓄电池组，其中：

所述逆变器输入端接蓄电池组； 

所述变频器输入端接所述逆变器输出端，变频器输出端接负载；

风机通过第一开关与蓄电池组连接，所述第一开关的控制端与所述风光互补控制器连接；

太阳能板通过第二开关与蓄电池组连接，所述第二开关的控制端与所述风光互补控制器连接；

所述太阳能风力发电系统的控制装置还包括第一控制电路、第二控制电路，

所述第一控制电路输入端接所述风光互补控制器，第一控制电路输出端接逆变器的控制端口；

所述第二控制电路输入端接所述风光互补控制器，第二控制电路输出端接变频器的控制端口。

作为所述控制装置的进一步优化方案，所述第一控制电路包括：三极管、电阻、二极管、继电器，其中：所述继电器绕组并联在二极管两极，继电器的触点即为第一控制电路输出端，所述三极管集电极接二极管阳极，三极管基极接电阻一端，三极管发射极接地，电阻另一端接风光互补控制器。

作为所述控制装置的进一步优化方案，所述第二控制电路包括：数模转换芯片以及运放芯片，所述数模转换芯片的SPI接口接所述风光补偿控制器，所述运放芯片输入端接数模转换芯片输出端，运放芯片的输出端经过反馈电路与负输入端连接。

本实用新型采用上述技术方案，具有以下有益效果：通过控制电路将风光互补控制器与逆变器、变频器连接起来，形成逆变器控制环、变频器控制环，实现了对电池的充放电次数的保护，提供一种能够根据太阳能和风能输出功率自动调整负载功率的闭环控制装置，解决了蓄电池长期亏电的问题，提高了太阳能发电和风力发电的效率。 

附图说明

图1为现有风光互补控制器的框图。

图2为本实用新型风光互补控制器的框图。

图3为本实用新型中第一控制电路的电路图。

图4为本实用新型中第二控制电路的电路图。

图中标号说明：K1、K2为第一、第二开关，D109为二极管，K100为继电器，R143、R104、R107、R108、R109、R112为电阻，Q102为三极管，Q106为稳压管，C138、C139、C140、C141为电容，U102为数模转换芯片，U104为运放芯片。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明：

通过对现有风光互补控制器的分析可知，当负载功率远大于太阳能和风能功率时，负载会一直工作在间歇模式，蓄电池的充放电循环间隙时间短、此时蓄电池会长期处于亏电状态，蓄电池寿命受到很大影响。针对某些特定应用场景，如图2所示，风光互补发电提水系统。系统由风光互补控制器、太阳能板、风力发电机、逆变器、变频器、水泵（负载）和电压电流传感器组成。风机通过第一开关K1与蓄电池组连接，第一开关K1的控制端与风光互补控制器PWM端口连接。太阳能板通过第二开关K2与蓄电池组连接，第二开关K2的控制端与风光互补控制器PWM端口连接。风光互补控制器由CPU及其外围电路组成，CPU根据实时检测的蓄电池充电电压、蓄电池充电电流，决定输出高电平或低电平。风光互补控制器利用PWM控制方法对蓄电池实现充电管理，充电电流和电压可通过调整PWM的占空比实现。负载功率可通过变频器输出正弦频率值控制，风光互补控制器检测蓄电池充放电电流值和蓄电池电压值，调整PWM值，实现蓄电池的恒流、恒压充电，在此过程中不启动负载。当蓄电池进入浮充状态时，启动负载并通过调整变频器的输出频率使得蓄电池一直工作在浮充状态。这样，解决了蓄电池亏电的问题，同时充分利用了太阳能和风能。

如图3所示，是设计的风光互补控制器内部的控制逆变器电路。电阻R143接风光互补控制器CPU的IO口，继电器K100的输出口接逆变器的控制端口，实现风光互补控制器对逆变器的开关控制。该控制电路具体包括：三极管Q102、电阻R143、二极管D109、继电器K100，继电器K100的绕组（1、2号引脚）并联在二极管D109两极，继电器的触点（3、4、5号引脚）即为第一控制电路输出端，三极管Q102集电极接二极管D109阳极，三极管Q102基极接电阻R143一端，三极管Q102发射极接GND，电阻R143另一端接CPU的I/O接口。

变频器输出交流频率的控制是通过外部的0~10V电压控制。如图4所示，U102是数模转换器(DA)，其1,2,3脚是SPI接口，与CPU的I/O口相连，接收控制命令，U102的7脚输出模拟电压，接运放芯片U104实现电压变换，电阻R112的输出接变频器的模拟控制端，实现频率控制。该控制电路具体包括：数模转换芯片U102以及运放芯片U104，数模转换芯片U102的SPI接口接CPU的I/O接口，数模转换芯片U102的VDD端口接+5V，数模转换芯片U102的的REFIN端口（6号引脚）经过电阻R107与运放芯片U104的正输入端连接，电阻R108、R109以及电容C141组成的反馈电路接在运放芯片U104的输出端、负输入端之间。电容C138的一极接+5V，另一极接地。电阻R104、稳压管Q106组成串联支路，串联支路电阻一端接+5V，串联支路稳压管一端接地。稳压管Q106阴极、电容C139一极分别接数模转换芯片U102的的REFIN端口，电容C139另一极接地。电容C104接在运放芯片U104正输入端、GND之间。

本实用新型专利利用以上对逆变器和变频器的控制电路，实现了对电池的充放电次数的保护，提供一种能够根据太阳能和风能输出功率自动调整负载功率的闭环控制装置，解决了蓄电池长期亏电的问题，提高了太阳能发电和风力发电的效率。

Claims (3)

1.太阳能风力发电系统的控制装置，包括风光互补控制器、逆变器、变频器、第一开关、第二开关、蓄电池组，其中：

所述逆变器输入端接蓄电池组； 

所述变频器输入端接所述逆变器输出端，变频器输出端接负载；

风机通过第一开关与蓄电池组连接，所述第一开关的控制端与所述风光互补控制器连接；

太阳能板通过第二开关与蓄电池组连接，所述第二开关的控制端与所述风光互补控制器连接；

其特征在于：所述太阳能风力发电系统的控制装置还包括第一控制电路、第二控制电路，

所述第一控制电路输入端接所述风光互补控制器，第一控制电路输出端接逆变器的控制端口；

所述第二控制电路输入端接所述风光互补控制器，第二控制电路输出端接变频器的控制端口。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于：所述第一控制电路包括：三极管、电阻、二极管、继电器，其中：所述继电器绕组并联在二极管两极，继电器的触点即为第一控制电路输出端，所述三极管集电极接二极管阳极，三极管基极接电阻一端，三极管发射极接地，电阻另一端接风光互补控制器。

3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于：所述第二控制电路包括：数模转换芯片以及运放芯片，所述数模转换芯片的SPI接口接所述风光补偿控制器，所述运放芯片输入端接数模转换芯片输出端，运放芯片的输出端经过反馈电路与负输入端连接。

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