CN204928661U - 一种高速公路上风光并网发电系统的控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高速公路上风光并网发电系统的控制电路，与风力发电机以及太阳能光伏阵列的输出端连接，风机和所述风力发电机连接，控制电路具体包括整流电路、控制器、逆变器控制器、逆变器主电路、滤波电路。通过在并网逆变器主电路内部引入升压斩波电路对整流后的电压进行优化则可解决风力发电机输出电压波动大所带来的影响。对逆变器控制器结构进行拓扑，并同时对控制策略进行优化，提高了逆变器性能，使其更加适用于风光并网发电系统。同时通过数据处理芯片内置的控制算法使并网逆变器中逆变桥输入电压稳定在一定范围内，也可以在一定程度上提高风电并网逆变器的电压稳定性。

Description

一种高速公路上风光并网发电系统的控制电路

技术领域

本实用新型涉及新能源发电技术领域，具体地是涉及一种高速公路上风光并网发电系统的控制电路。

背景技术

今天，随着不可再生的化石能源大量消耗，已有的不可再生能源储备已经到了临界点，根据当前石油、天然气和煤炭等的年消耗量，目前已经探测的化石能源仅仅能够维持人类消耗几十年能源危机已成为一个让各个工业发达国家提心吊胆而又无法回避的难题。也许，在可见的未来我们的生活会因为能源危机变得完全不同，在面对这个全球性的难题时，各国的答案也是相同的，那就是可再生能源。无污染可再生能源正在被全世界推崇，在各个行业中，越来越多的设备采用了可再生能源，而越来越多的新技术在加入到可再生能源的推广中在此，我们注意到有些能源是可再生的，也是无污染的，那就是汽车经过高速公路带动空气流动所形成的风能以及太阳能。小型风力发电机一般将风力发电机组发出的电能用储能设备储存起来(一般用蓄电池)，需要时再提供给负载(可直流供电，亦可用逆变器变换为交流供给用户)，独立运行的风力发电机组，又称为离网型风力发电机组，是把风力发电机组输出的电能经蓄电池蓄能，再供给设备使用。如设备需要交流电，则须在蓄电池与用户之间为加装逆变器。但是众所周知，高速公路上的风力资源具有不连续性，难以为设备提供稳定连续的电能。而且在现有市场上出现的风力发电设备中，有许多发电设备不能提供工频交流220V和380V，无法满足道路交通控制信息设备的需要。

实现并网功能，必须要求并网逆变器的性能达到相应的指标要求。传统的并网逆变器中电流跟踪控制误差大，稳定性差。因为风速的不稳定性，从风力发电机发出的电电压幅值和频率波动较大，输入到并网逆变器后会影响并网逆变器输出的稳定性。并且传统的并网逆变器技术还具有性能不够高，可靠性能低，品种规格少，功能不多以及不适用于风光并网发电系统等问题。

因此，本实用新型的发明人亟需构思一种新技术以改善其问题。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种不仅能够提供稳定连续的电能，并且能够提高并网逆变器稳定性的高速公路上风光并网发电系统的控制电路。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种高速公路上风光并网发电系统的控制电路，与风力发电机以及太阳能光伏阵列的输出端连接，风机和所述风力发电机连接，控制电路具体包括整流电路、控制器、逆变器控制器、逆变器主电路、滤波电路，风力发电机的输出端通过电线与所述整流电路连接，所述整流电路和太阳能光伏阵列的输出端与所述控制器连接，所述控制器将直流电分别发送给蓄电池、直流用电设备和所述逆变器主电路，所述逆变器主电路通过所述滤波电路后将工频交流电发送给交流用电设备和所述逆变器控制器，所述逆变器控制器的输出端与所述逆变器主电路连接。

其中所述逆变器主电路包括升压斩波电路和逆变电路，所述升压斩波电路包括电感L1、续流三极管T2、二极管D11、电容C12，电感L1与所述控制器的一个输出端连接，续流三极管T2和电容C12与所述控制器的另一个输出端连接，电感L1、续流三极管T2与二极管D11的正极连接，电容C12与二极管D11的负极连接。

所述逆变器控制器包括数据处理芯片、采集电路、用于驱动所述升压斩波电路的第一驱动芯片和用于驱动所述逆变电路的第二驱动芯片，所述采集电路采集控制器输出端的电压和电流的幅值、逆变电路输出端的输出电流的频率、相位和瞬时值以及交流用电设备处的电压频率、相位和瞬时值。

优选地，所述控制器的电路结构包括电解电容C1、电容C2、场效应管Q1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、熔断器F1、二极管D7、二极管D8和控制芯片，所述太阳能光伏阵列的第一输入端与二极管D8的正极连接，二极管D8的负极与熔断器F1连接；电解电容C1与电容C2并联后一端与熔断器F1连接，另一端与场效应管Q1的源极连接；场效应管Q1的棚极与控制芯片连接，场效应管Q1的漏极与电阻R1连接，电阻R1的另一端与熔断器F1连接；电阻R2与电阻R3串联后与电阻R4并联，电阻R2和电阻R4的一端与熔断器F1连接，电阻R3和电阻R4的一端与电阻R5连接，场效应管Q1的源极与电阻R5连接，电阻R5的另一端和控制芯片的输出端均与蓄电池的负极连接，蓄电池的正极与熔断器F1连接。

优选地，所述整流电路包括整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3、整流二极管D4、整流二极管D5、整流二极管D6，其中整流二极管D1与整流二极管D2串联，整流二极管D3与整流二极管D4串联，整流二极管D5与整流二极管D6串联；所述风力发电机的第一输出端与整流二极管D1的正极连接，所述风力发电机的第二输出端与整流二极管D3的正极连接，所述风力发电机的第三输出端与整流二极管D5的正极连接；整流二极管D1的负极与整流二极管D3的负极和整流二极管D5的负极连接，整流二极管D2的正极与整流二极管D4的正极和整流二极管D6的正极连接。

优选地，所述逆变电路为单相全桥逆变电路。

优选地，所述数据处理芯片为dsPIC30F3011数据处理芯片。

优选地，所述驱动芯片为2SD106AI-17驱动芯片。

优选地，所述控制芯片为SG3525电压型脉宽调制芯片。

优选地，所述滤波电路为LC滤波电路。

采用上述技术方案，本实用新型至少包括如下有益效果：

1.本实用新型所述的高速公路上风光并网发电系统的控制电路，通过在并网逆变器主电路内部引入升压斩波电路对整流后的电压进行优化则可解决风力发电机输出电压波动大所带来的影响。对逆变器控制器结构进行拓扑，并同时对控制策略进行优化，提高了逆变器性能，使其更加适用于风光并网发电系统。同时通过数据处理芯片内置的控制算法使并网逆变器中逆变桥输入电压稳定在一定范围内，也可以在一定程度上提高风电并网逆变器的电压稳定性。通过运用优化了控制算法、电路和改进了控制策略设计的适用于风光并网发电系统的并网逆变器，提高了风光并网发电系统的稳定性和效率。

2.本实用新型所述的高速公路上风光并网发电系统的控制电路，风力发电机输出交流电，经整流后变成直流电，同时和光伏阵列的直流电经控制器的控制，对蓄电池进行充电。控制器除了控制风力发电机和太阳能光伏阵列对蓄电池的充电外，还包括对蓄电池向负载放电的管理。采用变速恒频控制方式，发动机采用永磁同步风力发电机，不仅能够提供稳定连续的电能，并且能够提高并网逆变器的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型所述的高速公路上风光并网发电系统的控制电路原理图；

图2为本实用新型所述的高速公路上风光并网发电系统的控制电路的部分电路图；

图3为本实用新型所述的高速公路上风光并网发电系统的控制电路的部分电路图。

其中：1.风机，2.风力发电机,3.太阳能光伏阵列。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1至图3所示，为符合本实用新型的一种高速公路上风光并网发电系统的控制电路，与风力发电机2以及太阳能光伏阵列3的输出端连接，风机1和所述风力发电机2连接，控制电路具体包括整流电路、控制器、逆变器控制器、逆变器主电路、滤波电路，风力发电机2的输出端通过电线与所述整流电路连接，所述整流电路和太阳能光伏阵列3的输出端与所述控制器连接，所述控制器将直流电分别发送给蓄电池、直流用电设备和所述逆变器主电路，所述逆变器主电路通过所述滤波电路后将工频交流电发送给交流用电设备和所述逆变器控制器，所述逆变器控制器的输出端与所述逆变器主电路连接。

其中所述逆变器主电路包括升压斩波电路和逆变电路，所述升压斩波电路包括电感L1、续流三极管T2、二极管D11、电容C12，电感L1与所述控制器的一个输出端连接，续流三极管T2和电容C12与所述控制器的另一个输出端连接，电感L1、续流三极管T2与二极管D11的正极连接，电容C12与二极管D11的负极连接。采用boost升压斩波电路可以实现最大功率跟踪(MPPT)控制。其最终输出电压由所述逆变器控制器根据输出的电流/电压检测信号反馈确认，控制工频交流220V或380V电压输出。

所述逆变器控制器包括数据处理芯片、采集电路、用于驱动所述升压斩波电路的第一驱动芯片和用于驱动所述逆变电路的第二驱动芯片，所述采集电路采集控制器输出端的电压和电流的幅值、逆变电路输出端的输出电流的频率、相位和瞬时值以及交流用电设备处的电压频率、相位和瞬时值。由于采集电路为本领域技术人员的常规技术手段，故此处不再赘述。

由于高速公路上风速的不稳定性，因而从风力发电机2发出的交流电的电压是波动的，此交流电的频率和幅值都是变化的。由于风力发电机2发出的电为波动的交流电，因而无法直接输送给用户或是送入电网，只有经过风力发电并网逆变器的调制，使之成为220V/50Hz或380V/50Hz的标准交流电才能输送给用户或是送入电网。如果把波动的电压整流后直接送给并网逆变器的逆变器主电路使用，会使得并网逆变器的输出波动大。对于普通的并网逆变器，当电压过高时容易损坏逆变器主电路中的器件，而电压过低侧又无法进行并网，这样并网逆变器的输入电压范围就受到了限制，并网逆变器很难与风力发电机2进行匹配。本实施例通过在并网逆变器内部引入升压斩波电路对整流后的电压进行优化则可解决风力发电机2输出电压波动大所带来的影响。通过数据处理芯片内置的控制算法使并网逆变器中逆变桥输入电压稳定在一定范围内，也可以在一定程度上提高风电并网逆变器的电压稳定性。

本实施例针对传统并网逆变器技术性能不够高，可靠性能低，品种规格少，功能不多以及不适用于风光并网发电系统等问题，对其逆变器控制器结构进行拓扑，并同时对控制策略进行优(由于其不是本实施例的保护重点，故此处不再赘述)。针对传统风光并网发电逆变器中单相全控桥输入电压波动大的缺点，对其逆变器主电路进行优化。针对传统光伏并网逆变器MPPT稳定性差的缺点，对数据处理芯片内置的控制算法进行优化。最后运用优化了的控制算法、电路和改进了的控制策略设计适用于风光并网发电系统的并网逆变器，以提高风光并网发电系统的稳定性和效率。

优选地，所述控制器的电路结构包括电解电容C1、电容C2、场效应管Q1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、熔断器F1、二极管D7、二极管D8和控制芯片，所述太阳能光伏阵列的第一输入端与二极管D8的正极连接，二极管D8的负极与熔断器F1连接；电解电容C1与电容C2并联后一端与熔断器F1连接，另一端与场效应管Q1的源极连接；场效应管Q1的棚极与控制芯片连接，场效应管Q1的漏极与电阻R1连接，电阻R1的另一端与熔断器F1连接；电阻R2与电阻R3串联后与电阻R4并联，电阻R2和电阻R4的一端与熔断器F1连接，电阻R3和电阻R4的一端与电阻R5连接，场效应管Q1的源极与电阻R5连接，电阻R5的另一端和控制芯片的输出端均与蓄电池的负极连接，蓄电池的正极与熔断器F1连接。

二极管D8为防反二极管，以保证太阳能光伏阵列3的单向导电性，同时避免了风机1整流电压和蓄电池对太阳能光伏阵列3的影响.二极管D7及熔断器F1的加入防止了蓄电池的反接，即当蓄电池反接时，通过二极管D7构成短路回路，过大的短路电流使熔断器F1快速熔断切断电路，从而保护了其它元器件。

优选地，所述整流电路包括整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3、整流二极管D4、整流二极管D5、整流二极管D6，其中整流二极管D1与整流二极管D2串联，整流二极管D3与整流二极管D4串联，整流二极管D5与整流二极管D6串联；所述风力发电机的第一输出端与整流二极管D1的正极连接，所述风力发电机的第二输出端与整流二极管D3的正极连接，所述风力发电机的第三输出端与整流二极管D5的正极连接；整流二极管D1的负极与整流二极管D3的负极和整流二极管D5的负极连接，整流二极管D2的正极与整流二极管D4的正极和整流二极管D6的正极连接。

优选地，所述逆变电路为单相全桥逆变电路。

优选地，所述数据处理芯片为dsPIC30F3011数据处理芯片。

优选地，所述驱动芯片为2SD106AI-17驱动芯片。

优选地，所述控制芯片为SG3525电压型脉宽调制芯片。

优选地，所述滤波电路为LC滤波电路。

本实施例中所述太阳能光伏阵列3和所述风机1均呈两列连续平铺固定安装在隔离带的两侧护栏的内侧，所述风机1与所述风力发电机2连接，所述风力发电机2呈两列固定安装在所述太阳能光伏阵列3的下面靠车道处，所述太阳能光伏阵列3和所述风力发电机2的输出端通过电线和电网连接。当有太阳光照射到太阳能光伏阵列3，则太阳能光伏阵列3将光能转换成电能，从而发电，当高速公路上行驶的汽车沿隔离带侧通过时，产生的风力带动风力发动机2发电。这种用于高速公路上的风光发电系统，不仅安装方便，而且具有寿命长、节约能源、环保等优点，另一方面还美化了高速公路的景观建设，形成了亮丽的风景线。

以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的任何等同变化，均应仍处于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种高速公路上风光并网发电系统的控制电路，其特征在于：与风力发电机以及太阳能光伏阵列的输出端连接，风机和所述风力发电机连接，控制电路具体包括整流电路、控制器、逆变器控制器、逆变器主电路、滤波电路，风力发电机的输出端通过电线与所述整流电路连接，所述整流电路和太阳能光伏阵列的输出端与所述控制器连接，所述控制器将直流电分别发送给蓄电池、直流用电设备和所述逆变器主电路，所述逆变器主电路通过所述滤波电路后将工频交流电发送给交流用电设备和所述逆变器控制器，所述逆变器控制器的输出端与所述逆变器主电路连接；

其中所述逆变器主电路包括升压斩波电路和逆变电路，所述升压斩波电路包括电感L1、续流三极管T2、二极管D11、电容C12，电感L1与所述控制器的一个输出端连接，续流三极管T2和电容C12与所述控制器的另一个输出端连接，电感L1、续流三极管T2与二极管D11的正极连接，电容C12与二极管D11的负极连接；

所述逆变器控制器包括数据处理芯片、采集电路、用于驱动所述升压斩波电路的第一驱动芯片和用于驱动所述逆变电路的第二驱动芯片，所述采集电路采集控制器输出端的电压和电流的幅值、逆变电路输出端的输出电流的频率、相位和瞬时值以及交流用电设备处的电压频率、相位和瞬时值。

2.如权利要求1所述的高速公路上风光并网发电系统的控制电路，其特征在于：所述控制器的电路结构包括电解电容C1、电容C2、场效应管Q1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、熔断器F1、二极管D7、二极管D8和控制芯片，所述太阳能光伏阵列的第一输入端与二极管D8的正极连接，二极管D8的负极与熔断器F1连接；电解电容C1与电容C2并联后一端与熔断器F1连接，另一端与场效应管Q1的源极连接；场效应管Q1的棚极与控制芯片连接，场效应管Q1的漏极与电阻R1连接，电阻R1的另一端与熔断器F1连接；电阻R2与电阻R3串联后与电阻R4并联，电阻R2和电阻R4的一端与熔断器F1连接，电阻R3和电阻R4的一端与电阻R5连接，场效应管Q1的源极与电阻R5连接，电阻R5的另一端和控制芯片的输出端均与蓄电池的负极连接，蓄电池的正极与熔断器F1连接。

3.如权利要求2所述的高速公路上风光并网发电系统的控制电路，其特征在于：所述整流电路包括整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3、整流二极管D4、整流二极管D5、整流二极管D6，其中整流二极管D1与整流二极管D2串联，整流二极管D3与整流二极管D4串联，整流二极管D5与整流二极管D6串联；所述风力发电机的第一输出端与整流二极管D1的正极连接，所述风力发电机的第二输出端与整流二极管D3的正极连接，所述风力发电机的第三输出端与整流二极管D5的正极连接；整流二极管D1的负极与整流二极管D3的负极和整流二极管D5的负极连接，整流二极管D2的正极与整流二极管D4的正极和整流二极管D6的正极连接。

4.如权利要求1所述的高速公路上风光并网发电系统的控制电路，其特征在于：所述逆变电路为单相全桥逆变电路。

5.如权利要求2所述的高速公路上风光并网发电系统的控制电路，其特征在于：所述数据处理芯片为dsPIC30F3011数据处理芯片。

6.如权利要求1所述的高速公路上风光并网发电系统的控制电路，其特征在于：所述驱动芯片为2SD106AI-17驱动芯片。

7.如权利要求2所述的高速公路上风光并网发电系统的控制电路，其特征在于：所述控制芯片为SG3525电压型脉宽调制芯片。

8.如权利要求1所述的高速公路上风光并网发电系统的控制电路，其特征在于：所述滤波电路为LC滤波电路。