CN2916180Y

CN2916180Y - 无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源

Info

Publication number: CN2916180Y
Application number: CN 200620041418
Authority: CN
Inventors: 宣昆
Original assignee: SHANGHAI SENCHANG ELECTRIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Wuxi United source of New Energy Technology Co., Ltd.
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2016-04-28

Abstract

本实用新型公开了一种无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源，包括太阳能发电装置、风能发电机组、以及市电供电装置；其特点是，还包括一联合发电电路、一蓄电池、一调节电路、以及一交流输出电路；太阳能发电装置、风能发电机组的输出端与联合发电电路的输入端连接；联合发电电路的输出端与蓄电池连接；蓄电池的输出端与调节电路的输入端连接；调节电路的输出端与交流输出电路连接；还包括一切换装置，所述的市电供电装置通过切换装置与交流输出电路连接。该联合电源能够同时将太阳能和风能所转化成的电能有机结合，转变成稳定的民用的交流电源，并且可以与市电之间切换。其中逆变过程不需要变压器，因此，大大降低了成本，减轻了重量，缩小了体积。

Description

无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源

技术领域

本实用新型属于太阳能风能发电逆变领域，具体地说是一个能够不需要变压器，并且可同时将太阳能和风能发电及民用市电三种电源有机地结合，最终得到一个稳定地民用交流电源的无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源。

背景技术

利用绿色能源发电已经不只是一个口号。随着近几年半导体器件的价格大幅度降低，风能发电和太阳能发电先后开始普及。然而，目前市场上很多所谓的风能逆变器、太阳能逆变器等等普遍具有以下三个缺点：1、需要一个非常笨重巨大的变压器；2、输出不是纯正弦波；3、输入输出方式很单一，不能在同时运用与几种能源以及和市电之间的切换。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源，它能够同时将太阳能和风能所转化成的电能有机结合，转变成稳定的民用的交流电源，并且可以与市电之间切换。其中逆变过程不需要变压器，因此，大大降低了成本，减轻了重量，缩小了体积。

本实用新型采取的技术方案是：无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源，包括太阳能发电装置、风能发电机组、以及市电供电装置；其特点是，还包括一联合发电电路、一蓄电池、一调节电路、以及一交流输出电路；所述的太阳能发电装置、风能发电机组的输出端与联合发电电路的输入端连接；联合发电电路的输出端与蓄电池连接；蓄电池的输出端与调节电路的输入端连接；调节电路的输出端与交流输出电路连接；还包括一切换装置，所述的市电供电装置通过切换装置与交流输出电路连接。

上述无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源，其中，所述的调节电路包括逆变电路以及采样和控制电路；所述的逆变电路的输入端分别与蓄电池及采样和控制电路的输出端连接，其输出端与交流输出电路的输入端连接；所述的采样和控制电路的输入端与交流输出电路的输出端连接。

上述无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源，其中，所述的逆变电路包括顺序连接的直流升压单元、桥式逆变单元、以及滤波单元；其中：所述的直流升压单元用于将蓄电池输出的低的电压提升为高的电压输送到桥式逆变单元，桥式逆变单元用于将该直流电压转变成交流电压输送到滤波单元，滤波单元的输出端与交流输出电路的输入端连接。

上述无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源，其中，所述的直流升压单元主要由一场效应管及其辅助元件构成。

上述无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源，其中，所述的桥式逆变单元主要由四个场效应管组成桥式电路构成。

上述无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源，其中，所述的滤波单元主要由电容和电感构成。

上述无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源，其中，所述的采样和控制电路包括电压采样单元、电流采样单元、升压驱动单元和波形函数单元；所述的电压采样单元用于采集交流输出电路输出的电压信号输送到升压驱动单元，升压驱动单元根据该信号控制逆变电路的工作状态；电流采样单元用于采集交流输出电路输出的电流信号输送到波形函数单元，波形函数单元根据该信号控制逆变电路的工作波形；电压采样单元的输出端与升压驱动单元的输入端连接，升压驱动单元的输出端与逆变电路的直流升压单元的输入端连接；电流采样单元的输出端与波形函数单元的输入端连接，波形函数单元的输出端与逆变电路的桥式逆变单元的输入端连接；交流输出电路的输出端分别与电压采样单元和电流采样单元的输入端连接。

上述无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源，其中，所述的采样和控制电路由一单片机构成。

上述无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源，其中，所述的切换装置由一继电器构成，连接在交流输出电路的火线端，一般状态下，桥式逆变单元输出的火线连接在继电器的常闭触点上，市电输入的火线连接在继电器的常开触点上；当蓄电池电量不够时，继电器动作，桥式逆变单元输出的火线连接在继电器的常开触点上，市电输入的火线连接在继电器的常闭触点上。

由于本实用新型采样了以上的技术方案，其产生的技术效果是明显的：

1、太阳能风能联合发电：

本实用新型既可以输入太阳能电池发的电，又可以输入风能发电机发的电，而且可以同时进行多台风能发电机的输入。大多数情况下，太阳能发电和风能发电是一种互补的，因此使得发电的效率更高。

2、逆变部分不需要变压器，输出稳定的纯正弦波：

本实用新型所采用的逆变方法不需要变压器。在输入的前端通过一个升压式开关电源的升压，变成高压直流。然后再通过桥式逆变，得到交流输出。桥式逆变的驱动由一个脉冲宽度调制系统来完成，可以得到一个非常精确的纯正弦波输出。

3、可与市电之间进行切换：

本实用新型提供两种与市电之间切换的模式。一种是风能太阳能优先模式。即平时总是以太阳能和风能所发的电作为输入。当风能太阳能所发的电的储备完全用完后，自动切换为市电输入。另一种是市电优先模式，即平时以市电作为输入，当市电意外断电时，自动切换为太阳能风能发电输入。两种模式都可以满足不同情况下的不同需要。

附图说明

本实用新型的具体特征和性能由以下的实施例及其附图进一步描述。

图1是本实用新型无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源的电方框图，

图2是图1中的调节电路的具体电方框图。

图3是本实用新型无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源的电路原理图。

图4是本实用新型无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源的交流输出电路的示意图，其中，图4a是对应风能和太阳能优先供电模式的原理图；

图4b是对应切换为市电输入的原理图。

具体实施方式

请参阅图1，本实用新型无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源，包括太阳能发电装置1、风能发电机组2、以及市电供电装置3；还包括一联合发电电路4、一蓄电池5、一调节电路6、一交流输出电路7以及一切换装置8。太阳能发电装置、风能发电机组的输出端与联合发电电路的输入端连接；联合发电电路的输出端与蓄电池连接；蓄电池的输出端与调节电路的输入端连接；调节电路的输出端与交流输出电路连接。还包括一切换装置8，所述的市电供电装置通过切换装置与交流输出电路连接。太阳能电池和风能发电机都输入到联合发电电路中，通过联合发电电路的处理，给蓄电池充电。蓄电池输出的电通过逆变电路逆变为交流电，然后通过交流输出电路输出。所述的市电供电装置通过切换装置与交流输出电路连接。

请参阅图2。本实用新型无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源中：

所述的调节电路6包括逆变电路61以及采样和控制电路62；逆变电路61包括顺序连接的直流升压单元611、桥式逆变单元612、以及滤波单元613，其中：直流升压单元的输入端与蓄电池的输出端连接；该直流升压单元611用于将蓄电池输出的低的电压提升为高的电压输送到桥式逆变单元612；桥式逆变单元612用于将该直流电压转变成交流电压输送到滤波单元613；滤波单元的输出端与交流输出电路的输入端连接。

所述的采样和控制电路62包括电压采样单元621、电流采样单元622、升压驱动单元623和波形函数单元624，其中：电压采样单元621用于采集交流输出的电压信号输送到升压驱动单元623，升压驱动单元623根据该信号控制直流升压单元611的工作状态；电流采样单元622用于采集交流输出的电流信号输送到波形函数单元624，波形函数单元624根据该信号控制桥式逆变单元612的工作波形。电压采样单元的输出端与升压驱动单元的输入端连接，升压驱动单元的输出端与逆变电路的直流升压单元的输入端连接；电流采样单元的输出端与波形函数单元的输入端连接，波形函数单元的输出端与逆变电路的桥式逆变单元的输入端连接；交流输出电路的输出端分别与电压采样单元和电流采样单元的输入端连接。该采样和控制电路中的电压采样单元621和电路采样单元622采集装置中电压、电流等参数，交给升压驱动单元623和波形函数单元进行处理，并由升压驱动单元623和波形函数单元来控制逆变电路和输出电路部分的工作情况。

请参阅图3，这是本实用新型无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源一种实施例的电路原理图。本实用新型无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源，包括太阳能发电装置1、风能发电机组2、以及市电供电装置3；还包括一联合发电电路4、一蓄电池5、一调节电路6、以及一交流输出电路7和切换装置8。

所述的联合发电电路4包括与风机连接的12个整流二极管D1～D12以及与太阳能电池连接的肖特基二极管D13。太阳能电池通过一个肖特基二极管并联在蓄电池的两端。每个风能发电机的三相输出通过一个三相桥式整流电路整流后一起并接在蓄电池的两端。桥式整流使用的二极管是一般的硅整流二极管，只要选用足够电流的型号就可以了。而太阳能电池上接得，必须是低正向电压的肖特基二极管。这样的联接方法，每个风能发电机之间会自动平衡，不会造成发电电压过高而引起的损坏。

所述的调节电路6中的直流升压单元611主要由一场效应管Q5及其辅助元件电容C1、C2、二极管D和电感L1构成。蓄电池的正极与电感L1的一端以及电容C1的一端连接。电感L1的另一端与场效应管Q5的漏极以及二极管D的正极连接。

桥式逆变单元612主要由场效应管Q1、Q2、Q3、Q4连接成桥式结构构成。

滤波单元613主要由电感L2、L3以及电容C3构成。

二极管D的负极与电容C2的一端以及场效应管Q1和Q3的漏极连接。场效应管Q1的源极与场效应管Q2的漏极以及电感L2的一端连接，电感L2的另一端与电容C3的一端以及交流输出的一端连接。场效应管Q3的源极与场效应管Q4的漏极以及电感L3的一端连接，电感L3的另一端与电容C3的另一端以及交流输出的另一端连接。蓄电池的负极分别与场效应管Q2、Q4、Q5的源极以及电容C2的另一端连接。

场效应管Q5的栅极由控制电路输入脉冲宽度调制信号，调节这个信号的占空比可以在电容C2两端得到一个稳定的高压直流电压。场效应管Q1、Q2、Q3、Q4的栅极由控制电路输入另一个脉冲宽度调制信号，场效应管Q1、Q4的输入相同，场效应管Q2、Q3的输入相同，因此场效应管Q1、Q2的输入正好互补。通过调节这个信号的占空比按正弦函数周期性地变化，然后再通过电感L2、L3和电容C3的低通滤波，可以在交流输出的两端产生一个稳定的、纯正弦波形的交流电源输出。

本实用新型无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源中所述的采样和控制电路由一单片机构成。

蓄电池的直流电源通过直流升压单元升到高压直流。然后通过桥式逆变变成高频PWM波形。这个波形通过滤波单元滤波以后，就变成低频的纯正弦波交流电了。交流输出端的电压和电流参数分别反馈到电压采样和电流采样。电压采样的信号传到升压驱动。如果电压过高则控制直流升压单元降低电压，反之则控制直流升压单元升高电压。电流采样信号送给波形函数。平时波形函数输出正弦函数的PWM数据送给桥式逆变，当电流过大时，波形函数停止输出函数波形，达到保护电路的作用。

请参阅图4。其中，图4a是对应风能和太阳能优先供电模式的原理图；图4b是对应切换为市电输入的原理图。图中：G表示接地，N表示零线，L表示火线。本实用新型无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源中的切换装置8由一继电器构成，连接在交流输出电路的火线端，一般状态下，桥式逆变单元输出、市电输入以及交流输出三者的接地线和零线都分别接在一起。电源输出的火线接在一个单刀双掷继电器的公共触点上。桥式逆变单元输出的火线接在继电器的常闭触点K1上，市电输入的火线接在常开触点K2上。平时装置的输出就是逆变电路的输出，即太阳能风能发电输出。如图4a所示。当采样和控制电路通过采样电路发现蓄电池电量不够时，命令继电器动作，切换为市电输入，即：触点K1常开，桥式逆变单元输出的火线连接在继电器的常开触点上；触点K2常闭，市电输入的火线连接在继电器的常闭触点K2上，如图4b所示。此时装置就切换为市电输入。

本实用新型可以同时将太阳能和风能所转化成的电能有机结合，转变成稳定的民用的交流电源，并且可与市电之间切换。结构简单，使用方便可靠。

Claims

1、无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源，包括太阳能发电装置、风能发电机组、以及市电供电装置；其特征在于，还包括一联合发电电路、一蓄电池、一调节电路、以及一交流输出电路；所述的太阳能发电装置、风能发电机组的输出端与联合发电电路的输入端连接；联合发电电路的输出端与蓄电池连接；蓄电池的输出端与调节电路的输入端连接；调节电路的输出端与交流输出电路连接；还包括一切换装置，所述的市电供电装置通过切换装置与交流输出电路连接。

2、根据权利要求1所述的无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源，其特征在于，所述的调节电路包括逆变电路以及采样和控制电路；所述的逆变电路的输入端分别与蓄电池及采样和控制电路的输出端连接，其输出端与交流输出电路的输入端连接；所述的采样和控制电路的输入端与交流输出电路的输出端连接。

3、根据权利要求2所述的无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源，其特征在于，所述的逆变电路包括顺序连接的直流升压单元、桥式逆变单元、以及滤波单元；其中：所述的直流升压单元用于将蓄电池输出的低的电压提升为高的电压输送到桥式逆变单元，桥式逆变单元用于将该直流电压转变成交流电压输送到滤波单元，滤波单元的输出端与交流输出电路的输入端连接。

4、根据权利要求3所述的无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源，其特征在于，所述的直流升压单元主要由一场效应管及其辅助元件构成。

5、根据权利要求3所述的无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源，其特征在于，所述的桥式逆变单元主要由四个场效应管组成桥式电路构成。

6、根据权利要求3所述的无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源，其特征在于，所述的滤波单元主要由电容和电感构成。

7、根据权利要求2所述的无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源，其特征在于，所述的采样和控制电路包括电压采样单元、电流采样单元、升压驱动单元和波形函数单元；其中：电压采样单元用于采集交流输出电路输出的电压信号输送到升压驱动单元，升压驱动单元根据该信号控制逆变电路的工作状态；电流采样单元用于采集交流输出电路输出的电流信号输送到波形函数单元，波形函数单元根据该信号控制逆变电路的工作波形；电压采样单元的输出端与升压驱动单元的输入端连接，升压驱动单元的输出端与逆变电路的直流升压单元的输入端连接；电流采样单元的输出端与波形函数单元的输入端连接，波形函数单元的输出端与逆变电路的桥式逆变单元的输入端连接；交流输出电路的输出端分别与电压采样单元和电流采样单元的输入端连接。

8、根据权利要求7所述的无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源，其特征在于，所述的采样和控制电路由一单片机构成。

9、根据权利要求7所述的无需变压器的太阳能、风能、市电联合电源，其特征在于，所述的切换装置由一继电器构成，连接在交流输出电路的火线端，一般状态下，桥式逆变单元输出的火线连接在继电器的常闭触点上，市电输入的火线连接在继电器的常开触点上；当蓄电池电量不够时，继电器动作，桥式逆变单元输出的火线连接在继电器的常开触点上，市电输入的火线连接在继电器的常闭触点上。