CN204538789U - 一种多能源发电系统的控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多能源发电系统的控制装置，多能源发电系统中包括至少一个发电电源和至少一个Boost升压电路，每个发电电源分别与一个Boost升压电路电连接，控制装置包括采样电路、处理器、驱动电路和辅助电源电路；采样电路，用于对多能源发电系统中每个发电电源输出的电压信号和电流信号进行采样；处理器，用于根据采样得到的电压信号和电流信号产生PWM信号，对Boost升压电路中的开关管的占空比进行控制；驱动电路，用于根据处理器的控制，驱动Boost升压电路中的开关管的通断；辅助电源电路，用于为采样电路、处理器和驱动电路供电。本实用新型智能化的进行最大功率点的跟踪，保证发电系统的运行效率；可控制风能、太阳能和波浪能互补发电。

Description

一种多能源发电系统的控制装置

技术领域

本实用新型涉及新能源利用技术领域，特别涉及一种多能源发电系统的控制装置。

背景技术

目前，海洋能源的利用往往只是针对单一能源，但单一的海洋能能量密度相对于其他能源比较低，且不稳定，难以很好的利用。同时，波浪能、风能、太阳能具有不稳定性，发电电源的输出受环境因素影响较大。传统控制器应用的MPPT控制算法，难以针对复杂的海洋环境及时做出改变，不能保证发电电源工作在最大功率点，使发电成本升高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够保证发电电源工作在最大工作点、降低发电成本的多能源发电系统的控制装置。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种多能源发电系统的控制装置，所述多能源发电系统中包括至少一个发电电源和至少一个Boost升压电路，每个所述发电电源分别与一个Boost升压电路电连接，所述控制装置包括采样电路、处理器、驱动电路和辅助电源电路；

所述采样电路，用于对多能源发电系统中每个发电电源输出的电压信号和电流信号进行采样；

所述处理器，与所述采样电路电连接，用于根据采样得到的电压信号和电流信号产生PWM信号，对Boost升压电路中的开关管的占空比进行控制；

所述驱动电路，与所述处理器电连接，用于根据处理器的控制，驱动 Boost升压电路中的开关管的通断；

所述辅助电源电路，分别与采样电路、处理器和驱动电路电连接，用于为采样电路、处理器和驱动电路供电。

本实用新型的有益效果是：本实用新型智能化的进行最大功率点的跟踪，保证发电系统的运行效率；可控制风能、太阳能和波浪能互补发电。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述驱动电路中包括至少一个场效应管，每个所述场效应管均用于各个发电电源的最大功率点跟踪，并驱动Boost升压电路中的开关管的通断。

进一步，当任一发电电源为风力发电机时，所述风力发电机的输出端上还连接有泄荷电路。

进一步，所述驱动电路中包括至少一个场效应管，其中，与风力发电机电连接的场效应管用于控制所述泄荷电路，其余的所有场效应管均用于各个发电电源的最大功率点跟踪，并驱动Boost升压电路中的开关管的通断。

进一步，当任一发电电源为风力发电机和/或波浪发电机时，所述风力发电机和/或波浪发电机的输出端还连接整流电路。

进一步，所述采样电路对经过整流电路的电压信号和电流信号进行采样。

进一步，采样电路包括电压采样电路和电流采样电路；

所述电压采样电路，用于对多能源发电系统中每个发电电源输出的电压信号进行采样；

所述电流采样电路，用于对多能源发电系统中每个发电电源输出的电流信号进行采样。

进一步，所述控制单元中包括用于根据当前时刻的负载功率与前一时刻的负载功率的负载功率差值的正负改变扰动步长、以改变开关管的占空比、 进而改变发电电源输出功率的处理器。

进一步，所述控制单元中包括用于根据判断发电电源是否达到最大功率点的结果来使用大步长扰动或者小步长扰动、以改变扰动步长改变开关管的占空比、进而改变发电电源输出功率的处理器。

进一步，所述控制单元中包括用于根据变步长与预设参照值的关系调整扰动步长、以改变扰动步长改变开关管的占空比、进而改变发电电源输出功率的处理器。

附图说明

图1为本实用新型主电路结构图；

图2为本实用新型控制电路结构图；

图3为本实用新型实施例1中处理器控制开关管占空比流程图；

图4为本实用新型实施例2中处理器控制开关管占空比流程图；

图5为本实用新型实施例3中处理器控制开关管占空比流程图；

图6为本实用新型实施例4中发电电源为光伏电池时电路图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、发电电源，2、Boost升压电路，3、采样电路，3-1、电压采样电路，3-2、电流采样电路，4、处理器，5、驱动电路，6、辅助电源电路，7、Timer1模块，8、Timer2模块，9、光伏电池模块，10、MPPT模块，11、PWM模块，12、IGBT，13、整流电路，14、泄荷电路,15、蓄电池处理器，16、时钟电路，17、保护电路，18、显示电路。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1和图2所示，一种多能源发电系统的控制装置，所述多能源发电系统中包括至少一个发电电源1和至少一个Boost升压电路2，每个所述发电电源1分别与一个Boost升压电路2电连接，所述控制装置包括采样电路3、处理器4、驱动电路5和辅助电源电路6；所述多能源发电系统中还包括蓄电池处理器15，每个所述Boost升压电路的输出端分别与所述蓄电池处理器15电连接。

所述采样电路3，用于对多能源发电系统中每个发电电源1输出的电压信号和电流信号进行采样；

所述处理器4，与所述采样电路3电连接，用于根据采样得到的电压信号和电流信号产生PWM信号，对Boost升压电路中的开关管的占空比进行控制；处理器4为单片机，单片机采用ATmega16，ATmega16为ATMEL公司开发的AVR系列产品之一，它是低功耗8位CMOS微控制器。其一般的I/O引脚可以实现信号采样、显示电路和通讯等功能，能同时控制4个MOSFET开关管的动作。直流电压输入信号量程为0-5V，工作电压4.5V-5.5V。

所述驱动电路5，与所述处理器4电连接，用于根据处理器的控制，驱动Boost升压电路中的开关管的通断；驱动电路采用7个IRF3205场效应管(N沟道增强型)，其中6个分别应用于太阳能发电系统的最大功率跟踪，风力发电系统的最大功率跟踪，波浪能发电的最大功率跟踪和蓄电池的充放电，剩余一个用于控制泄荷电路14。IRF3205场效应管,阈值电压为2.0V-4.0V。其导通阻抗极低，转换速率快，驱动功率小。

所述控制装置中还包括为处理器4提供时钟信号的时钟电路16、为处理器4提供保护的保护电路17和显示处理器4的待显示内容的显示电路18；

所述时钟电路16、保护电路17和显示电路18分别与所述处理器4电连接。

所述辅助电源电路6，分别与采样电路3、处理器4和驱动电路5电连 接，用于为采样电路3、处理器4和驱动电路5供电。

所述驱动电路5中包括至少一个场效应管，每个所述场效应管均用于各个发电电源1的最大功率点跟踪，并驱动Boost升压电路中的开关管的通断。

当任一发电电源1为风力发电机时，所述风力发电机的输出端上还连接有泄荷电路14。

所述驱动电路5中包括至少一个场效应管，其中，与风力发电机电连接的场效应管用于控制所述泄荷电路14，其余的所有场效应管均用于各个发电电源1的最大功率点跟踪，并驱动Boost升压电路中的开关管的通断。

当任一发电电源1为风力发电机和/或波浪发电机时，所述风力发电机和/或波浪发电机的输出端还连接整流电路13。

所述采样电路3对经过整流电路13的电压信号和电流信号进行采样。

采样电路3包括电压采样电路3-1和电流采样电路3-2；

所述电压采样电路3-1，用于对多能源发电系统中每个发电电源1输出的电压信号进行采样；

所述电流采样电路3-2，用于对多能源发电系统中每个发电电源1输出的电流信号进行采样。

实施例1

如图3所示，所述控制单元中包括用于根据当前时刻的负载功率与前一时刻的负载功率的负载功率差值的正负改变扰动步长、以改变开关管的占空比、进而改变发电电源1输出功率的处理器。

开关管占空比D的改变，可以间接改变输出功率。根据ΔP(当前负载功率与前一时刻采样得到的负载功率的差值)的正负性,不改变扰动方向，仅改变扰动步长的大小。加入初始扰动ΔD后，先判断ΔP的正负性。若ΔP≥σ(数值很小的正数),就保持初始扰动ΔD和方向不变；若ΔP≤-σ，且ΔD＞minΔD(最小占空比扰动值)，那么ΔD折半为ΔD/2。若ΔP≤-σ且 ΔD≤minΔD，同样不改变ΔD大小和方向。

实施例2

如图4所示，所述控制单元中包括用于根据判断发电电源1是否达到最大功率点的结果来使用大步长扰动或者小步长扰动、以改变扰动步长改变开关管的占空比、进而改变发电电源1输出功率的处理器。

利用ΔP/ΔU＝0可判断太阳能电池板是否工作在最大功率点。通过电压和电流的采集，代入式

$S=\frac{\mathrm{\Δ}{P}_n}{\mathrm{\Δ}{U}_n}\·\frac{\mathrm{\Δ}{P}_{n+1}}{\mathrm{\Δ}{U}_{n+1}}.$

当S≥0，表示未达到最大功率点，采用大步长扰动(即采用较大的开关管ΔD来扰动)。当S≤0,表示在这两次扰动之间存在一个最大功率点，则改为小步长扰动(即采用较小的得开关管ΔD来扰动)。若此时环境发生剧烈变化，太阳能电池板输出功率发生较大变化，即(ΔP＞limP)，此时将S赋值0，同样给予大步长扰动，反之回到电压和电流采样。

实施例3

如图5所示，所述控制单元中包括用于根据变步长与预设参照值的关系调整扰动步长、以改变扰动步长改变开关管的占空比、进而改变发电电源1输出功率的处理器。

$A(k+1)=K\frac{\left|\mathrm{\ΔP}\right|}{A\left(k\right)P(k-1)}$

其中，A(k)-变步长，在0-1之间切换，P(k)-当前时刻的功率，P(k-1)-前一时刻的功率，ΔP-系统功率变化量，K-常量。当|ΔP|≤σ时，认为已达最大功率点。当A(k)≤λ表明变化较小，其主要由占空比D步长的调整引起，下一次的步长与前一次的步长应基本相同。当A(k)＞λ表明变化较大，主要由波 速波况等外界因素引起，下一次的步长尽量增大。

实施例4

如图6所示，Timer1模块7输出周期性变化的光照强度参数；Timer2模块8输出周期性变化的温度参数；光伏电池模块9，对光照强度和温度的输入参数进行计算后，输出数值变化的电压和电流；

MPPT模块10进行控制算法的计算；PWM模块11实现PWM的输出，控制boost升压电路2中IGBT 12的通断；Boost升压电路2主要用于调节外部负载的大小。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多能源发电系统的控制装置，其特征在于，所述多能源发电系统中包括至少一个发电电源(1)和至少一个Boost升压电路(2)，每个所述发电电源(1)分别与一个Boost升压电路(2)电连接，所述控制装置包括采样电路(3)、处理器(4)、驱动电路(5)和辅助电源电路(6)；

所述采样电路(3)，用于对多能源发电系统中每个发电电源(1)输出的电压信号和电流信号进行采样；

所述处理器(4)，与所述采样电路(3)电连接，用于根据采样得到的电压信号和电流信号产生PWM信号，对Boost升压电路中的开关管的占空比进行控制；

所述驱动电路(5)，与所述处理器(4)电连接，用于根据处理器的控制，驱动Boost升压电路中的开关管的通断；

所述辅助电源电路(6)，分别与采样电路(3)、处理器(4)和驱动电路(5)电连接，用于为采样电路(3)、处理器(4)和驱动电路(5)供电。

2.根据权利要求1所述的多能源发电系统的控制装置，其特征在于，所述驱动电路(5)中包括至少一个场效应管，每个所述场效应管均用于各个发电电源(1)的最大功率点跟踪，并驱动Boos t升压电路中的开关管的通断。

3.根据权利要求1所述的多能源发电系统的控制装置，其特征在于，当任一发电电源(1)为风力发电机时，所述风力发电机的输出端上还连接有泄荷电路(14)。

4.根据权利要求3所述的多能源发电系统的控制装置，其特征在于，所述驱动电路(5)中包括至少一个场效应管，其中，与风力发电机电连接的场效应管用于控制所述泄荷电路(14)，其余的所有场效应管均用于各个发电电源(1)的最大功率点跟踪，并驱动Boost升压电路中的开关管的通断。

5.根据权利要求1所述的多能源发电系统的控制装置，其特征在于，当任一发电电源(1)为风力发电机和/或波浪发电机时，所述风力发电机和/或波浪发电机的输出端还连接整流电路(13)。

6.根据权利要求5所述的多能源发电系统的控制装置，其特征在于，所述采样电路(3)对经过整流电路(13)的电压信号和电流信号进行采样。

7.根据权利要求1至6任一所述的多能源发电系统的控制装置，其特征在于，采样电路(3)包括电压采样电路(3-1)和电流采样电路(3-2)；

所述电压采样电路(3-1)，用于对多能源发电系统中每个发电电源(1)输出的电压信号进行采样；

所述电流采样电路(3-2)，用于对多能源发电系统中每个发电电源(1)输出的电流信号进行采样。

8.根据权利要求1至6任一所述的多能源发电系统的控制装置，其特征在于，所述控制单元中包括用于根据当前时刻的负载功率与前一时刻的负载功率的负载功率差值的正负改变扰动步长、以改变开关管的占空比、进而改变发电电源(1)输出功率的处理器。

9.根据权利要求1至6任一所述的多能源发电系统的控制装置，其特征在于，所述控制单元中包括用于根据判断发电电源(1)是否达到最大功率点的结果来使用大步长扰动或者小步长扰动、以改变扰动步长改变开关管的占空比、进而改变发电电源(1)输出功率的处理器。

10.根据权利要求1至6任一所述的多能源发电系统的控制装置，其特征在于，所述控制单元中包括用于根据变步长与预设参照值的关系调整扰动步长、以改变扰动步长改变开关管的占空比、进而改变发电电源(1)输出功率的处理器。