CN204131137U - 风光互补离网、并网双模式设备 - Google Patents

风光互补离网、并网双模式设备 Download PDF

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吕鑫
丁磊
陈凯
杨仁德
刘端增
朱博
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Abstract

本实用新型涉及一种风光互补离网、并网双模式设备。传统的并网式风光互补控制器中太阳能电池板大多采用固定式的供电模式,太阳电池板不能实时跟踪太阳光的入射角度,太阳能的利用率较低;并网回馈方式大多以电网电压作为回馈电流的给定,电网电压畸变会造成回馈电流中包含大量的谐波成份,造成电网污染。本实用新型组成包括:太阳能电池电路组和风力发电机组,所述的太阳能电池电路组和风力发电机组分别与DC-DC升压稳压器(4)、三相逆变电路(5)依次相连。本实用新型用于风电、光电发电的互补。

Description

风光互补离网、并网双模式设备
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种风电、光电发电互补离网、并网双模式的运行设备。
背景技术
[0002] 由于风能和太阳能在时间和地域上具有一定的互补性,白天太阳光照最强时风力较小,而傍晚基本无光照但一般风力较强,所以白天主要靠太阳能发电,而傍晚主要靠风力发电。传统的并网式风光互补控制器存在如下问题:(1)太阳能电池板大多采用固定式的供电模式,太阳电池板不能实时跟踪太阳光的入射角度,太阳能的利用率较低;(2)并网回馈方式大多以电网电压作为回馈电流的给定,电网电压畸变会造成回馈电流中包含大量的谐波成份,造成电网污染。
发明内容
[0003] 本实用新型的目的在于提供一种风光互补离网、并网双模式设备,特别是设备的硬件部分的结构。
[0004] 本实用新型的目的是这样实现的:
[0005] 一种风光互补离网、并网双模式设备,其组成包括:太阳能电池电路组和风力发电机组,所述的太阳能电池电路组和风力发电机组分别与DC-DC升压稳压器、三相逆变电路依次相连,所述的太阳能电池电路组和风力发电机组包括光耦TLP250构成的无级卸荷的驱动电路。
[0006] 所述的风光互补离网、并网双模式设备,所述的太阳能电池电路组包括光电检测电路、双轴电机驱动电路、双轴直流电机,所述的光电检测电路包括太阳能电池板自动跟踪装置和最大功率跟踪装置;所述的风力发电机组的风力发电机、永磁同步发电机、整流电路依次连接,所述的光耦TLP250构成无级卸荷的驱动电路。
[0007] 所述的风光互补离网、并网双模式设备,所述的DC-DC升压稳压器中的Boost升压斩波电路与蓄电池的充电器以及所述的风力发电机组连接,所述的Boost升压斩波电路与电压霍尔一电路连接,所述的驱动电路与Boost升压斩波电路连接,所述的蓄电池设置在所述的风力发电机组与所述的Boost升压斩波电路之间,所述的蓄电池与电压霍尔二电路连接。
[0008] 所述的风光互补离网、并网双模式设备,所述的三相逆变电路中包括三相离网电路和三相并网电路,所述的三相逆变电路中的逆变部分与所述的DC-DC升压稳压器中Boost升压斩波电路连接,所述的三相逆变电路与三相LC滤波单元连接,所述的三相LC滤波电路与所述的三相并网电路中的交流接触器二连接,过流保护电路与所述的三相逆变电路和所述的三相LC滤波电路之间的A线连接。
[0009] 所述的风光互补离网、并网双模式设备,三相离网电路与所述的三相LC滤波电路连接,在所述的三相离网电路中电压霍尔三与所述的三相LC滤波电路和所述的交流接触器之间的A线和B线连接,交流接触器一与所述的三相LC滤波电路和所述的交流接触器二之间的A线、B线和C线连接,所述的交流接触器一与三相交流负载连接。
[0010] 所述的风光互补离网、并网双模式设备,所述的三相并网电路中的交流接触器二与电流霍尔采样三相输出电流电路、A线、B线、C线连接,三相同步变压器连接在所述的交流接触器二与所述的A线、B线、C线之间,所述的三相同步变压器连接三个过零比较电路。
[0011]
[0010]有益效果:
[0012] 1.利用太阳能和风能互补,由于二者在时间上的互补性,使发电时间变长,提高了能源的利用率。
[0013] 采用太阳能电池板自动跟踪装置和最大功率跟踪装置,保持太阳能电池板的最大功率输出。
[0014] 本实用新型采用无级卸荷,在卸荷状态下,可以保证蓄电池电压在浮充电压附近,只是把多余的电能释放到卸荷电阻上,而且保证了蓄电池最佳充电特性,使得电能得到充分利用,并确保了蓄电池的寿命。
[0015] 在并网模式下,利用数字锁相和SVPWM控制,使逆变器输出的三相交流电流时刻跟随电网电压的变化,保证了逆变电流对电网电压的跟踪特性,提高了功率因数。
[0016] 本实用新型采用离网、并网双模式运行,可以随时在两种运行模式下切换,从而提高了装置的适应能力。
[0017] 本实用新型的并网逆变器输出三相电流取样电路,电流霍尔器件通过对交流电流隔离采样,输出端电阻R7将电流信号转换为一定的交流电压信号,经RC滤波、电压跟随处理后送入反相加法电路,得出U5A的输出电压为=R11 (Vin/R9+ViM/R10),因为电阻R9=Rltl=R11,所以=(Vin+ViM),随后再经反向电路进行调整,得出器件U5B的输出电压为Vtj=R13A15,又因为电阻R13=R15,得出V。= - =Vin+ViSB,该电路最后输出的是一个交流电压信号与一个正的偏置电压信号之和。
[0018] 本实用新型具有欠压保护的功能,当电池欠压时系统停止工作。
[0019] 本实用新型Boost升压稳压控制,蓄电池电压经Boost升压斩波环节,输出电压可达到600V,为了使输出电压稳定,需要对输出电压进行控制。
[0020] 附图说明:
[0021] 附图1太阳能电池板控制结构框图。
[0022] 附图2太阳能电池板光电池检测安装结构图。
[0023] 附图2无级卸荷电路。
[0024] 附图4蓄电池电压检测电路。
[0025] 附图5 Boost升压斩波(DC-DC变换)电流连续时波形图。
[0026] 附图6 Boost升压斩波功率管驱动电路。
[0027] 附图7三相逆变离网时相电压检测电路。
[0028] 附图8三相逆变过流保护电路。
[0029] 附图9三相逆变电路并网时电压锁相同步信号获取电路。
[0030] 附图10三相逆变电路三相输出电流检测电路。
[0031] 附图11三相逆变离网时A相输出SPWM波形及LC滤波后波形。
[0032] 附图12三相逆变并网时A相电网电压与同步信号波形。
[0033] 附图13三相逆变并网时A相电网电压与A相并网电流波形。
[0034] 具体实施方式:
[0035] 实施例1:
[0036] 一种风光互补离网、并网双模式设备,其组成包括:蓄电池充电器1,所述的蓄电池充电器由太阳能电池电路组2和风力发电机组3组成,所述的太阳能电池电路组2和风力发电机组3分别与DC-DC升压稳压器4、三相逆变电路5依次相连。
[0037] 实施例2:
[0038] 根据实施例1所述的风光互补离网、并网双模式设备,所述的太阳能电池电路组由光电检测电路、双轴电机驱动电路、双轴直流电机组成,所述的光电检测电路包括太阳能电池板自动跟踪装置和最大功率跟踪装置;所述的风力发电机组的风力发电机、永磁同步发电机、整流电路依次连接,所述的光耦TLP250构成无级卸荷的驱动电路。
[0039] 实施例3:
[0040] 根据实施例1所述的风光互补离网、并网双模式设备,所述的DC-DC升压稳压器中的Boost升压斩波电路与所述的蓄电池的充电器以及风力发电机组连接,所述的Boost升压斩波电路与电压霍尔一电路连接,所述的驱动电路与Boost升压斩波电路连接,所述的蓄电池设置在所述的风力发电机组与所述的Boost升压斩波电路之间,所述的蓄电池与电压霍尔二电路连接。
[0041] 实施例4:
[0042] 根据实施例1或2或3所述的风光互补离网、并网双模式设备,所述的三相逆变电路中包括三相离网电路和三相并网电路,所述的三相逆变电路中的逆变部分与所述的DC-DC升压稳压器中Boost升压斩波电路连接,所述的三相逆变电路与三相LC滤波单元连接,所述的三相LC滤波电路与所述的三相并网电路中的交流接触器二连接,过流保护电路与所述的三相逆变和所述的三相LC滤波电路之间的A线连接,离网时三相逆变输出交流正弦电压反馈电路。
[0043] 实施例5:
[0044] 根据实施例4所述的风光互补离网、并网双模式设备,所述的三相离网电路与所述的三相LC滤波单元连接,在所述的三相离网电路中电压霍尔三与所述的三相LC滤波单元和所述的交流接触器之间的A线和B线连接,交流接触器一与所述的三相LC滤波单元和所述的交流接触器二之间的A线、B线和C线连接,所述的交流接触器一与三相交流负载连接。
[0045] 实施例6:
[0046] 根据实施例5所述的风光互补离网、并网双模式设备,所述的三相离网电路与所述的三相LC滤波单元连接,在所述的三相离网电路中电压霍尔三与所述的三相LC滤波单元和所述的交流接触器之间的A线和B线连接,交流接触器一与所述的三相LC滤波单元和所述的交流接触器二之间的A线、B线和C线连接,所述的交流接触器一与三相交流负载连接。
[0047] 实施例7:
[0048] 根据实施例1或2或3或4或5所述的风光互补离网、并网双模式设备,风力发电机输出的变压、变频的交流电经整流后与太阳能电池电路组发出的直流电一起给蓄电池供电,经DC-DC进行升压稳压处理后得到一个稳定的、高于电网电压峰值的直流电压,再经三相逆变器实现离网、并网双模式运行。
[0049] 实施例8:
[0050] 根据实施例1或2或3或4或5所述的风光互补离网、并网双模式设备,在太阳能电池板的朝阳面和被阳面出各安装一只光电池,是把入射光线在与太阳能电池板平行的平面进行四象限分解,分为俯仰和水平两个方向,然后利用光电池在俯仰和水平方向进行光照强度检测;4只光电池分别安装在不透光的遮光板下面,俯仰光电池检测俯仰方向的光线入射方向偏差,水平光电池检测水平方向光线入射角度;四个光电池对称地放在所述的遮光板四周。
[0051] 实施例9:
[0052] 根据实施例1或2或3或4或5所述的风光互补离网、并网双模式设备,所述的系统实时根据光电池反馈的电压值判断当前的光照强度是:当太阳光线与遮光板垂直时,两只光电池感光量相等,输出电压相等;当太阳光线角度略有偏移时,遮光板在同一方向的两个光电池上产生的阴影面积就会发生变化,两只光电池的感光量不相等,输出电压也不再相等,光线偏向于输出电压较大的光电池一侧;检测电路输出的电压送入TMS320LF2407的A/D 口,判断出太阳光线偏向于同一对光电池中反馈电压高的一侧。
[0053] 实施例9:
[0054] 根据实施例1或2或3或4或5所述的风光互补离网、并网双模式设备,本实用新型采用光耦TLP250构成无级卸荷的驱动电路。所述的无级卸荷控制是指当检测蓄电池电压超过32V时,为了防止蓄电池过压而被损坏,故需要在蓄电池前加入卸荷电路,使多余的电能通过卸荷电阻和与之相连的功率开关管释放掉,使蓄电池电压在允许的工作范围内。具体做法是:当电压霍尔检测蓄电池电压高于32V时,使RCl 口输出低电平,而光耦输出高电平,驱动MOSFET功率开关管导通,蓄电池电压通过卸荷电阻、功率开关管流入大地,保证蓄电池工作在允许的电压范围内。
[0055] 实施例9:
[0056] 根据实施例1或2或3或4或5所述的风光互补离网、并网双模式设备,Boost升压斩波电路的输出电压检测是将电压霍尔采集的Boost升压斩波电路的电压信号接到PIC18-1的RA1/AN1 口,将转换后的数字量与程序的给定值进行比较,经过PI调节,改变PWM信号的占空比,再通过驱动电路控制开关管的通断,使输出电压稳定在600V左右;
[0057] 离网时三相逆变输出交流正弦电压反馈电路通过220V/5V降压、整流、滤波处理后将交流电压转换成直流量,使输出电压跟随给定值,最终输出稳定的交流电压;
[0058] 并网时电网电压同步信号的获取是利用三相同步变压器从电网中获得一个幅值较小的正弦信号,经过零比较得到一个与电网电压同步的方波信号;
[0059] 并网逆变器输出三相电流取样电路,电流霍尔器件通过对交流电流隔离采样,输出端电阻R7将电流信号转换为一定的交流电压信号,经RC滤波、电压跟随处理后送入反相加法电路,得出U5A的输出电压为=R11(VilZRdVis^Rltl),因为电阻R9=Rltl=R11,所以=(Vin+ViM),随后再经反向电路进行调整,得出器件U5B的输出电压为Vtj=R13A15,又因为电阻R13=R15,得出V。= - =vin+viSB,该电路最后输出的是一个交流电压信号与一个正的偏置电压信号之和。

Claims (6)

1.一种风光互补离网、并网双模式设备,其组成包括:太阳能电池电路组和风力发电机组,其特征是:所述的太阳能电池电路组和风力发电机组分别与DC-DC升压稳压器、三相逆变电路依次相连,所述的太阳能电池电路组和风力发电机组包括光耦TLP250构成的无级卸荷的驱动电路。
2.根据权利要求1所述的风光互补离网、并网双模式设备,其特征是:所述的太阳能电池电路组包括光电检测电路、双轴电机驱动电路、双轴直流电机,所述的光电检测电路包括太阳能电池板自动跟踪装置和最大功率跟踪装置;所述的风力发电机组的风力发电机、永磁同步发电机、整流电路依次连接,所述的光耦TLP250构成无级卸荷的驱动电路。
3.根据权利要求1或2所述的风光互补离网、并网双模式设备,其特征是:所述的DC-DC升压稳压器中的Boost升压斩波电路与蓄电池的充电器以及所述的风力发电机组连接,所述的Boost升压斩波电路与电压霍尔一电路连接,所述的驱动电路与Boost升压斩波电路连接,所述的蓄电池设置在所述的风力发电机组与所述的Boost升压斩波电路之间,所述的蓄电池与电压霍尔二电路连接。
4.根据权利要求1或2所述的风光互补离网、并网双模式设备,其特征是:所述的三相逆变电路中包括三相离网电路和三相并网电路,所述的三相逆变电路中的逆变部分与所述的DC-DC升压稳压器中Boost升压斩波电路连接,所述的三相逆变电路与三相LC滤波单元连接,所述的三相LC滤波电路与所述的三相并网电路中的交流接触器二连接,过流保护电路与所述的三相逆变电路和所述的三相LC滤波电路之间的A线连接。
5.根据权利要求4所述的风光互补离网、并网双模式设备,其特征是:三相离网电路与所述的三相LC滤波电路连接,在所述的三相离网电路中电压霍尔三与所述的三相LC滤波电路和所述的交流接触器之间的A线和B线连接,交流接触器一与所述的三相LC滤波电路和所述的交流接触器二之间的A线、B线和C线连接,所述的交流接触器一与三相交流负载连接。
6.根据权利要求5所述的风光互补离网、并网双模式设备,其特征是:所述的三相并网电路中的交流接触器二与电流霍尔采样三相输出电流电路、A线、B线、C线连接,三相同步变压器连接在所述的交流接触器二与所述的A线、B线、C线之间,所述的三相同步变压器连接三个过零比较电路。
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