專利名稱：基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及采用可再生能源發(fā)電的電源技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種基于光伏
陣列切換控制的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電電源裝置。
背景技術(shù)：
太陽能和風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，將是人類未來最重要的能量來源之一，太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電對(duì)緩解當(dāng)今的能源危機(jī)和改善生態(tài)環(huán)境具有非常重要的意義。 移動(dòng)通信系統(tǒng)已經(jīng)在世界各國大規(guī)模應(yīng)用，數(shù)量龐大的移動(dòng)通信基站分散分布于需要信號(hào)覆蓋的地方。隨著通信網(wǎng)絡(luò)逐漸擴(kuò)展到遠(yuǎn)離電網(wǎng)或供電不穩(wěn)定的地區(qū)，大量的移動(dòng)通信基站將要建設(shè)在山區(qū)、海島、沙漠、高原等偏遠(yuǎn)地區(qū)，因而采用各種替代能源為移動(dòng)通信基站提供電力也成為其必然的選擇。 由于風(fēng)力和陽光資源的天然互補(bǔ)性，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在資源上彌補(bǔ)了風(fēng)電和光電獨(dú)立系統(tǒng)在資源上的缺陷。風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)各發(fā)電單元可以獨(dú)立控制也能協(xié)調(diào)工作，供電安全性和可靠性大大提高。移動(dòng)通信基站一般建在較高的建筑物或者山坡上，接受太陽能輻射量和風(fēng)能相對(duì)較高，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)將是今后通信基站離網(wǎng)型電源發(fā)展的主流方向。 —般風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列、風(fēng)力發(fā)電機(jī)及AC/DC變換器、泄荷器件、儲(chǔ)能裝置和控制器組成，需要交流輸出時(shí)還會(huì)有DC/AC逆變器。儲(chǔ)能裝置一般為可以充放電的蓄電池組。其中光伏陣列、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的AC/DC變換器、蓄電池組和負(fù)載一般都直接連接到公共直流母線，或通過控制開關(guān)連接到公共直流母線。由于蓄電池組的鉗位作用，系統(tǒng)充電端和放電端的電壓會(huì)平衡到同一電壓值，導(dǎo)致負(fù)載的工作電壓、儲(chǔ)能裝置的充放電范圍、光伏陣列和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電能力相互影響。 首先，光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電分別受日照強(qiáng)度和風(fēng)速變化的影響，其發(fā)出的電力極不穩(wěn)定，所以風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)通常需要配備一定容量的蓄電池組進(jìn)行補(bǔ)償，以保持電能輸出穩(wěn)定。由于風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)受自然環(huán)境的影響很大，發(fā)電功率具有間斷性和不可預(yù)測性等特點(diǎn)，蓄電池組需要不斷地吸收或者釋放能量，可能經(jīng)常反復(fù)進(jìn)行深度充放電，導(dǎo)致蓄電池的使用壽命縮短，增加了系統(tǒng)的維護(hù)成本。 其次，負(fù)載在工作時(shí)的功率需求大多具有脈動(dòng)性質(zhì)，即瞬時(shí)功率高平均功率較低，為防止極端惡劣天氣時(shí)，系統(tǒng)儲(chǔ)備電力不足，一般需要配置遠(yuǎn)大于正常使用容量的蓄電池組，以保證系統(tǒng)的正常工作。這樣不僅會(huì)提高系統(tǒng)的購置成本，還會(huì)在發(fā)電低谷期，造成全部蓄電池長時(shí)間處于虧電狀態(tài)運(yùn)行，導(dǎo)致蓄電池的使用壽命縮短，也增加了系統(tǒng)的維護(hù)成本。 再次，風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電功率的大幅波動(dòng)會(huì)造成公共直流母線電壓的波動(dòng)，為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，光伏陣列和風(fēng)力發(fā)電機(jī)可能會(huì)被頻繁切出，光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的利用率都大大降低。系統(tǒng)的發(fā)電能力低于設(shè)計(jì)預(yù)期，可能導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)一步惡化。[0009] 因此，改進(jìn)光伏陣列的控制方式，可優(yōu)化蓄電池的充放電過程，減少蓄電池的充放電循環(huán)次數(shù)，延長蓄電池的使用壽命，提高系統(tǒng)的發(fā)電能力，穩(wěn)定系統(tǒng)的放電輸出，是風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中亟待解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于光伏陣列切換控
制的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電電源裝置。本實(shí)用新型通過改進(jìn)光伏陣列的控制方式，可優(yōu)化蓄電池的充放電過程、減少蓄電池的充放電循環(huán)次數(shù)、延長蓄電池的使用壽命、提高電源裝置的發(fā)電能力、穩(wěn)定電源裝置的放電輸出，以保障系統(tǒng)的正常工作。 為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型包括光伏陣列、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、AC/DC變換器、泄荷器件、泄荷開關(guān)、儲(chǔ)能裝置、控制器，充電側(cè)直流母線、放電側(cè)直流母線、光伏陣列切換電路、蓄電池組切換電路；充電側(cè)直流母線和放電側(cè)直流母線，可以是正極相連且接地而負(fù)極相互隔離，也可以是負(fù)極相連且接地而正極相互隔離；儲(chǔ)能裝置由多個(gè)蓄電池組構(gòu)成；光伏陣列通過光伏陣列切換電路，或連接到充電側(cè)直流母線，或連接到放電側(cè)直流母線，或被短接；每個(gè)蓄電池組通過蓄電池組切換電路，或連接到充電側(cè)直流母線，或連接到放電側(cè)直流母線，或不被連接；風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過AC/DC變換器連接到充電側(cè)直流母線；泄荷器件可通過泄荷開關(guān)并聯(lián)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)和AC/DC變換器之間，或者被斷開。 本發(fā)明的原理是充電側(cè)直流母線和放電側(cè)直流母線將電源裝置的充電回路和放電回路相互隔離；儲(chǔ)能裝置的各個(gè)蓄電池組通過蓄電池組切換電路，或與充電側(cè)直流母線連接進(jìn)入充電回路，或與放電側(cè)直流母線連接進(jìn)入放電回路，按照設(shè)定的方式依序輪換充電或放電；風(fēng)力發(fā)電機(jī)連接到充電側(cè)直流母線，為輪換到充電回路的蓄電池組充電，直至其充滿為止，切換另一個(gè)蓄電池組充電；負(fù)載連接到放電側(cè)直流母線，由輪換到放電回路的蓄電池組供電，直至其放電到指定的程度為止，切換另一個(gè)蓄電池組供電；光伏陣列則優(yōu)先連接到放電側(cè)直流母線，與連接到放電回路的蓄電池組并行供電，以減少蓄電池組的使用強(qiáng)度；當(dāng)光伏陣列發(fā)電能力過高時(shí)，則切換到充電側(cè)直流母線，與連接到充電回路的風(fēng)力發(fā)電機(jī)一起為輪換到充電回路的蓄電池組充電；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電能力過高時(shí)，為防止充電回路的蓄電池組過充，光伏陣列則優(yōu)先退出充電側(cè)直流母線，進(jìn)一步的，泄荷器件通過泄荷開關(guān)并聯(lián)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)和AC/DC變換器之間，保護(hù)充電側(cè)直流母線的安全。[0013] 更進(jìn)一步的，所述的儲(chǔ)能裝置由至少三個(gè)容量相近且可相互并聯(lián)的蓄電池組構(gòu)成；光伏陣列可與至少一個(gè)連接到充電側(cè)直流母線的蓄電池組構(gòu)成充電直流回路，或可與至少一個(gè)連接到放電側(cè)直流母線的蓄電池組和負(fù)載構(gòu)成放電直流回路。在所述的光伏陣列切換電路中，具有1個(gè)輸入端和3個(gè)輸出端，3個(gè)輸出端為充電端、放電端和接地端；控制器發(fā)出的信號(hào)控制輸入端切換到只與指定的1個(gè)輸出端連接；光伏陣列或通過充電端與充電側(cè)直流母線連接，或通過放電端與放電側(cè)直流母線連接，或通過接地端被短接而關(guān)閉。這樣，相對(duì)穩(wěn)定的光伏發(fā)電可以被放電蓄電池組平衡后直接使用。 本發(fā)明所述的控制器為包含中央控制單元、充電檢測單元、放電檢測單元的智能控制器；充電檢測單元和放電檢測單元，實(shí)時(shí)監(jiān)測充電側(cè)直流母線的電壓Vc和電流Ic、放電側(cè)直流母線的電壓Vd和電流Id;中央控制單元根據(jù)系統(tǒng)控制程序設(shè)定的電壓值、電流值及其回差，進(jìn)行比較和運(yùn)算，向各控制開關(guān)發(fā)出脈沖指令，在充電直流回路中，接入或斷開或短接光伏陣列，接入或斷開泄荷器件，依序輪換接入充電蓄電池組，或在放電直流回路中，接入或斷開光伏陣列，依序輪換接入放電蓄電池組。 更優(yōu)選的，所述的光伏陣列由至少兩個(gè)可相互并聯(lián)的子陣列構(gòu)成，且所述的光伏陣列切換電路為光伏陣列逐級(jí)切換電路；每個(gè)子陣列相互獨(dú)立，且均可通過光伏陣列逐級(jí)切換電路，或只與充電側(cè)直流母線連接，或只與放電側(cè)直流母線連接，或只被短接。[0016] 在所述的光伏陣列逐級(jí)切換電路中，具有與光伏陣列子陣列個(gè)數(shù)相同數(shù)量的輸入端和3個(gè)輸出端，3個(gè)輸出端為充電端、放電端和接地端；控制器發(fā)出的信號(hào)控制每個(gè)輸入端切換到只與指定的1個(gè)輸出端連接；每個(gè)光伏子陣列或通過充電端與充電側(cè)直流母線連接，或通過放電端與放電側(cè)直流母線連接，或通過接地端被短接而關(guān)閉。這樣，相對(duì)穩(wěn)定的光伏發(fā)電可以最大限度的被放電蓄電池組平衡后直接使用。 更進(jìn)一步的，本實(shí)用新型中還可包含過載保護(hù)電路、負(fù)載分配電路或DC/AC逆變器。所述智能控制器，通過監(jiān)測充電側(cè)直流母線的電壓電流變化，在充電直流回路中，逐級(jí)接入或斷開或短接光伏子陣列，接入或斷開泄荷器件，依序輪換接入充電蓄電池組；通過監(jiān)測放電側(cè)直流母線的電壓電流變化，在放電直流回路中，逐級(jí)接入或斷開光伏子陣列，接入或斷開次要負(fù)載，關(guān)閉或開啟DC/AC逆變器，依序輪換接入放電蓄電池組。[0018] 上述的光伏陣列切換電路和光伏陣列逐級(jí)切換電路中，可采用雙穩(wěn)態(tài)繼電器、M0SFET、 IGBT或固態(tài)繼電器等電子開關(guān)元件來實(shí)現(xiàn)。在滿足切換電路負(fù)荷的前提下，盡可能選擇脈沖工作方式、維持電流小、以及通態(tài)壓降較低的控制方式，以降低切換電路的功耗。[0019] 本實(shí)用新型的基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電電源裝置，與現(xiàn)有的公知技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn) (1)光伏陣列切換控制，即可減少蓄電池組的使用強(qiáng)度，又可優(yōu)化蓄電池的充放電過程，減少了蓄電池組的充放電循環(huán)次數(shù)，延長了蓄電池的使用壽命，提高了系統(tǒng)的供電保障能力。 (2)放電蓄電池組兩端的電壓波動(dòng)縮小，能直接為直流負(fù)載提供穩(wěn)定的電力，降低了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換損耗，提高了系統(tǒng)輸出的穩(wěn)定性。 (3)充電過程不受放電過程的限制，光伏陣列和風(fēng)力發(fā)電機(jī)可連續(xù)接入，光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的利用率大大提高，相當(dāng)于增加了系統(tǒng)的發(fā)電能力。 本實(shí)用新型特別適合于用作遠(yuǎn)離電網(wǎng)的、直流負(fù)載要求穩(wěn)定電壓的、通信基站的供電電源。
圖1是表示本實(shí)用新型實(shí)施例1的系統(tǒng)原理框圖；[0025] 圖2是表示本實(shí)用新型實(shí)施例1的電路原理圖； 圖3是進(jìn)一步表示采用雙穩(wěn)態(tài)繼電器的光伏陣列切換電路原理圖；[0027] 圖4是進(jìn)一步表示采用M0SFET的光伏陣列逐級(jí)切換電路原理圖；[0028] 圖5是表示本實(shí)用新型實(shí)施例2的系統(tǒng)原理框圖。[0029] 符號(hào)說明 附圖中1為光伏陣列，101為光伏子陣列1， 102為光伏子陣列2， 103為光伏子陣列3， 104為光伏子陣列4，2為風(fēng)力發(fā)電機(jī)，3為AC/DC變換器，4為充電側(cè)直流母線，5為放電側(cè)直流母線，6為蓄電池組切換電路，6A為充電端，6B為放電端，601為分配端1，602為分配端2， 603為分配端3，7為儲(chǔ)能裝置，71為蓄電池組1，72為蓄電池組2， 73為蓄電池組3，8為泄荷器件，9為泄荷開關(guān)，10為中央控制單元，11為充電檢測單元，12為放電檢測單元，14為過載保護(hù)電路，15為負(fù)載分配電路，16為直流設(shè)備，16A為直流主機(jī)設(shè)備，16B為直流次要設(shè)備，17為DC/AC逆變器，18為交流設(shè)備，18B為交流輔助設(shè)備，19為光伏陣列切換電路，19X為光伏陣列逐級(jí)切換電路，19A為充電端，19B為放電端，190為接地端，191為輸入端1， 192為輸入端2， 193為輸入端3， 194為輸入端4， 20為控制器，21為雙穩(wěn)態(tài)繼電器，22為MOSFET， Pl為脈沖開關(guān)1， P2為脈沖開關(guān)2， P3為脈沖開關(guān)3， P4為脈沖開關(guān)4， P5為脈沖開關(guān)5， P6為脈沖開關(guān)6， P7為脈沖開關(guān)7， P8為脈沖開關(guān)8， P9為脈沖開關(guān)9， P10為脈沖開關(guān)10， Pll為脈沖開關(guān)11， P12為脈沖開關(guān)12。
具體實(shí)施方式下面參照附圖并通過實(shí)施例詳細(xì)說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
。[0032] 實(shí)施例1 —種基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電電源裝置的基本型，如圖1所示。它包括光伏陣列(D、風(fēng)力發(fā)電機(jī)(2)、AC/DC變換器(3)、儲(chǔ)能裝置(7)、泄荷器件(8)、泄荷開關(guān)(9)、控制器(20)，充電側(cè)直流母線(4)、放電側(cè)直流母線(5)、蓄電池組切換電路(6)、光伏陣列切換電路(19)、DC/AC逆變器(17);儲(chǔ)能裝置(7)由3個(gè)蓄電池組(71、72和73)構(gòu)成，蓄電池組1、2和3(71、72和73)的容量相同且可相互并聯(lián)；控制器(20)還包含中央控制單元(10)、充電檢測單元(11)、放電檢測單元(12)。 如圖2所示，光伏陣列(1)連接到光伏陣列切換電路(19)的輸入端(191)，通過充電端(19A)可與充電側(cè)直流母線(4)連接，通過放電端(19B)可連接到放電側(cè)直流母線(5)，通過接地端(190)可被短接；風(fēng)力發(fā)電機(jī)(2)通過AC/DC變換器(3)與充電側(cè)直流母線(4)連接；蓄電池組切換電路(6)的充電端(6A)連接到充電側(cè)直流母線(4)，蓄電池組切換電路(6)的放電端(6B)連接到放電側(cè)直流母線(5);蓄電池組1、2或3(71、72或73)分別與蓄電池組切換電路(6)的分配端1、2或3(601、602或603)連接；直流設(shè)備(16) 、 DC/AC逆變器(17)和與之相連的交流設(shè)備(18)連接到放電側(cè)直流母線(5)。[0035] 在本實(shí)施例中，充電側(cè)直流母線(4)和放電側(cè)直流母線(5)的正極相連且接地而負(fù)極相互隔離的連接方式；電源裝置可輸出DC-48V，并可通過DC/AC逆變器(17)輸出AC220V。 本實(shí)施例中的光伏陣列切換電路(19)和蓄電池組切換電路(6)都采用雙穩(wěn)態(tài)繼電器(21)作為電子開關(guān)元件，脈沖工作方式，維持電流很小，通態(tài)壓降很低，可有效降低切換電路的功耗。 如圖3所示，在光伏陣列切換電路(19)中有3個(gè)雙穩(wěn)態(tài)繼電器(21)，包含3個(gè)觸點(diǎn)，每個(gè)雙穩(wěn)態(tài)繼電器(21)的控制線圈對(duì)應(yīng)連接到中央控制單元的脈沖信號(hào)開關(guān)(P1、P2、P3);每個(gè)觸點(diǎn)的一端并聯(lián)在一起，形成l個(gè)輸入端(191) ;3個(gè)觸點(diǎn)的另一端形成3個(gè)輸出端(19A、19B、190)，即充電端(19A)、放電端(19B)和接地端(190)。 開機(jī)巡檢后，中央控制單元(10)發(fā)出脈沖信號(hào)，控制分配端(601)與充電端(6A)接通，分配端(603)與放電端(6B)接通，分配端(602)空置。這樣，蓄電池組1(71)連接到充電側(cè)直流母線(4)，蓄電池組3(73)連接到放電側(cè)直流母線(5)，蓄電池組2(72)處于空置狀態(tài)。 中央控制單元(10)對(duì)脈沖信號(hào)開關(guān)1 (Pl)發(fā)出脈沖信號(hào)，光伏陣列(1)通過光伏陣列切換電路(19)的充電端(19A)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)(2)通過AC/DC變換器(3)連接到充電側(cè)直流母線(4)，為連接到充電回路的蓄電池組1(71)充電，直至其充滿為止；中央控制單元(10)通過充電檢測單元(11)檢測充電側(cè)直流母線(4)的電壓Vc的變化，根據(jù)設(shè)定的充滿電壓V2及回差A(yù)V2，發(fā)出脈沖信號(hào)，控制分配端(602)與充電端(6A)接通，蓄電池組2(72)連接到充電側(cè)直流母線(4)繼續(xù)充電；同時(shí)，控制分配端(601)與充電端(6A)斷開，蓄電池組1(71)處于空置狀態(tài)，等待放電。 直流設(shè)備(16)和DC/AC逆變器(17)連接到放電側(cè)直流母線(5)，由連接到放電回路的蓄電池組3(73)供電。當(dāng)中央控制單元(10)通過放電檢測單元(12)檢測到放電側(cè)直流母線(5)的電壓Vd低于設(shè)定的低壓預(yù)警電壓V4時(shí)，對(duì)脈沖信號(hào)開關(guān)3(P3)發(fā)出脈沖信號(hào)，控制光伏陣列切換電路(19)切換到放電端(19B)，將光伏陣列(1)連接到放電側(cè)直流母線(5)，與連接到放電回路的蓄電池組3(73)并行供電；當(dāng)中央控制單元(10)通過放電檢測單元(12)檢測到放電側(cè)直流母線(5)的電壓Vd高于設(shè)定的最高工作電壓V3時(shí)，對(duì)脈沖信號(hào)開關(guān)1(P1)發(fā)出脈沖信號(hào)，控制光伏陣列切換電路(19)切換到充電端(19A)，將光伏陣列(1)退出到充電側(cè)直流母線(4)，為連接到充電回路的蓄電池組充電。[0041] 直至中央控制單元(10)通過放電檢測單元(12)檢測放電側(cè)直流母線(5)的電壓Vd的變化，根據(jù)設(shè)定的欠壓電壓V5及回差A(yù)V5，發(fā)出脈沖信號(hào)，控制分配端(601)與放電端(6B)接通，蓄電池組1(71)連接到放電側(cè)直流母線(4)繼續(xù)放電；同時(shí)，控制分配端(603)與放電端(6B)斷開，蓄電池組3(73)處于空置狀態(tài)，等待充電。[0042] 如此循環(huán)，每個(gè)蓄電池組(71、72或73)依序輪換充電或放電。[0043] 另外，當(dāng)中央控制單元(10)通過充電檢測單元(11)檢測到充電側(cè)直流母線(4)的電壓Vc達(dá)到設(shè)定的過充保護(hù)電壓Vl時(shí)，對(duì)脈沖信號(hào)開關(guān)2(P2)發(fā)出脈沖信號(hào)，控制光伏陣列切換電路(19)切換到接地端(190)，光伏陣列(1)被短接而關(guān)閉；如Vc繼續(xù)大于Vl，則進(jìn)一步發(fā)出信號(hào)，控制泄荷開關(guān)(9)接入泄荷器件(8)。當(dāng)中央控制單元(10)通過充電檢測單元(11)檢測到充電側(cè)直流母線(4)的電壓Vc低于設(shè)定的過充保護(hù)電壓Vl回差A(yù) VI時(shí)，發(fā)出信號(hào)，控制泄荷開關(guān)(9)斷開泄荷器件(8)，并進(jìn)一步對(duì)脈沖信號(hào)開關(guān)1(P1)發(fā)出脈沖信號(hào)，光伏陣列切換電路(19)切換到充電端(19A)，光伏陣列(1)重新接入到充電側(cè)直流母線(4)。 當(dāng)中央控制單元(10)通過充電檢測單元(11)檢測到充電側(cè)直流母線(4)的電壓Vc達(dá)到設(shè)定的過放保護(hù)電壓V6時(shí)，發(fā)出信號(hào)，控制蓄電池組切換電路(6)關(guān)閉其放電端(6B)。當(dāng)中央控制單元(10)通過充電檢測單元(11)檢測到充電側(cè)直流母線(4)的電壓Vc高于設(shè)定的最高工作電壓V3時(shí)，發(fā)出信號(hào)，控制蓄電池組切換電路(6)輪換充電蓄電池組到放電側(cè)直流母線(5)，重新開始放電。[0045] 實(shí)施例2 —種基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電電源裝置的擴(kuò)展型，如圖5所示。它包括光伏陣列(D、風(fēng)力發(fā)電機(jī)(2)、AC/DC變換器(3)、泄荷器件(8)、儲(chǔ)能裝置(7)、控制器(20)，充電側(cè)直流母線(4)、放電側(cè)直流母線(5)、蓄電池組切換電路(6)、光伏陣列逐級(jí)切換電路(19X)、泄荷開關(guān)(9)、DC/AC逆變器(17)、過載保護(hù)電路(14)、負(fù)載分配電路(15);儲(chǔ)能裝置(7)劃分成3個(gè)蓄電池組(71 、72和73)，蓄電池組1、2和3(71、72和73)的容量相同且可相互并聯(lián)；光伏陣列(1)劃分成4個(gè)光伏子陣列(101、102、103和104)，光伏子陣列1、2、3和4(101、 102、 103和104)的額定電壓相同且可相互并聯(lián)；控制器(20)還包含中央控制單元(10)、充電檢測單元(11)、放電檢測單元(12)。 光伏子陣列1、2、3和4(101、 102、 103和104)分別連接到光伏陣列逐級(jí)切換電路(19X)的輸入端1、2、3和4(191、192、193和194)，可分別通過充電端(19A)與充電側(cè)直流母線(4)連接，或通過放電端(19B)連接到放電側(cè)直流母線(5)，或通過接地端(190)被短接；風(fēng)力發(fā)電機(jī)(2)通過AC/DC變換器(3)與充電側(cè)直流母線(4)連接；蓄電池組切換電路(6)的充電端(6A)連接到充電側(cè)直流母線(4)，蓄電池組切換電路(6)的放電端(6B)連接到放電側(cè)直流母線(5);每個(gè)蓄電池組(71、72或73)獨(dú)立的與蓄電池組切換電路(6)的分配端1、2或3(601、602或603)連接。 在本實(shí)施例中，充電側(cè)直流母線(4)和放電側(cè)直流母線(5)的正極相連且接地而負(fù)極相互隔離；負(fù)載分配電路(15)通過過載保護(hù)電路(14)連接到放電側(cè)直流母線(5)，直流主機(jī)設(shè)備(16A)、直流次要設(shè)備(16B)和DC/AC逆變器(17)連接到負(fù)載分配電路(15)上，DC/AC逆變器(17)上連接交流輔助設(shè)備(18B);電源裝置可輸出DC-48V，并可通過DC/AC逆變器(17)輸出AC220V。 在蓄電池組切換電路(6)和光伏陣列逐級(jí)切換電路(19X)中采用MOSFET(22)作為電子開關(guān)元件，脈沖控制方式，維持電流很小，通態(tài)壓降低，可有效降低切換電路的功耗。[0050] 如圖4所示的光伏陣列逐級(jí)切換電路(19X)中采用12個(gè)M0SFET(22)作為電子開關(guān)元件，每3個(gè)M0SFET(22)為一組；每個(gè)MOSFET(22)的柵極，對(duì)應(yīng)連接到中央控制單元的脈沖信號(hào)開關(guān)1 12(P1 12);每組M0SFET(22)中，3個(gè)M0SFET(22)的源極并聯(lián)在一起，形成1個(gè)輸入端，4組M0SFET(22)形成4個(gè)輸入端(191、 192、 193、 194);各組M0SFET (22)中對(duì)應(yīng)的一個(gè)漏極并聯(lián)在一起，形成3個(gè)輸出端(19A、19B、190)，即充電端(19A)、放電端(19B)和接地端(190)。 開機(jī)巡檢后，中央控制單元(10)發(fā)出脈沖信號(hào)，控制分配端(601)與充電端(6A)接通，分配端(603)與放電端(6B)接通，分配端(602)空置。這樣，蓄電池組1(71)連接到充電側(cè)直流母線(4)，蓄電池組3(73)連接到放電側(cè)直流母線(5)，蓄電池組2(72)處于空置狀態(tài)。 中央控制單元(10)對(duì)脈沖信號(hào)開關(guān)1、4、7、10(P1、4、7、10)發(fā)出脈沖信號(hào)，光伏子陣列1、2、3和4(101、102、103和104)通過光伏陣列逐級(jí)切換電路(19X)的充電端(19A)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)(2)通過AC/DC變換器(3)連接到充電側(cè)直流母線(4)，為連接到充電回路的蓄電池組1(71)充電，直至其充滿為止；中央控制單元(10)通過充電檢測單元(11)檢測充電側(cè)直流母線(4)的電壓Vc的變化，根據(jù)設(shè)定的充滿電壓V2及回差A(yù)V2，發(fā)出脈沖信號(hào)，控制分配端(602)與充電端(6A)接通，蓄電池組2(72)連接到充電側(cè)直流母線(4)繼續(xù)充電；同時(shí)，控制分配端(601)與充電端(6A)斷開，蓄電池組1(71)處于空置狀態(tài)，等待放電。[0053] 直流主機(jī)設(shè)備(16A)、直流次要設(shè)備(16B)和DC/AC逆變器(17)通過過載保護(hù)電路(14)和負(fù)載分配電路(15)連接到放電側(cè)直流母線(5)，由連接到放電回路的蓄電池組3(73)供電。當(dāng)中央控制單元(10)通過放電檢測 元(12)檢測到放電側(cè)直流母線(5)的電壓Vd低于設(shè)定的低壓預(yù)警電壓V4時(shí)，對(duì)脈沖信號(hào)開關(guān)3、6、9、 12 (P3、6、9、 12)發(fā)出脈沖信號(hào)，控制光伏陣列逐級(jí)切換電路(19X)將光伏子陣列1、2、3或4(101、102、103或104)逐個(gè)連接到放電側(cè)直流母線(5)，與連接到放電回路的蓄電池組3(73)并行供電；當(dāng)中央控制單元(10)通過放電檢測單元(12)檢測到放電側(cè)直流母線(5)的電壓Vd高于設(shè)定的最高工作電壓V3時(shí)，對(duì)脈沖信號(hào)開關(guān)1、4、7、10(P1、4、7、10)發(fā)出脈沖信號(hào)，控制光伏陣列逐級(jí)切換電路(19X)將光伏子陣列1、2、3或4(101、102、103或104)逐個(gè)退出到充電側(cè)直流母線(4)，為連接到充電回路的蓄電池組充電。 直至中央控制單元(10)通過放電檢測單元(12)檢測放電側(cè)直流母線(5)的電壓Vd的變化，根據(jù)設(shè)定的欠壓電壓V5及回差A(yù)V5，發(fā)出脈沖信號(hào)，控制分配端(601)與放電端(6B)接通，蓄電池組1(71)連接到放電側(cè)直流母線(4)繼續(xù)放電；同時(shí)，控制分配端(603)與放電端(6B)斷開，蓄電池組3(73)處于空置狀態(tài)，等待充電。[0055] 如此循環(huán)，蓄電池組1、2或3(71、72或73)依序輪換充電或放電。[0056] 另外，當(dāng)中央控制單元(10)通過充電檢測單元(11)檢測到充電側(cè)直流母線(4)的電壓Vc達(dá)到設(shè)定的過充保護(hù)電壓V1時(shí)，對(duì)脈沖信號(hào)開關(guān)2、5、8、11(P2、5、8、11)發(fā)出脈沖信號(hào)，控制光伏陣列逐級(jí)切換電路(19X)切換到接地端(190)，逐個(gè)短接光伏子陣列1、2、3或4(101、102、103或104);如Vc繼續(xù)大于VI，則進(jìn)一步發(fā)出信號(hào)，控制泄荷開關(guān)(9)接入泄荷器件(8)。當(dāng)中央控制單元(10)通過充電檢測單元(11)檢測到充電側(cè)直流母線(4)的電壓Vc低于設(shè)定的過充保護(hù)電壓Vl及回差A(yù)V1時(shí)，發(fā)出信號(hào)，控制泄荷開關(guān)(9)斷開泄荷器件(8)，并進(jìn)一步對(duì)脈沖信號(hào)開關(guān)1、4、7、10(P1、4、7、10)發(fā)出脈沖信號(hào)，控制光伏陣列逐級(jí)切換電路(19X)切換到充電端(19A)，逐個(gè)接入光伏子陣列1、2、3或4(101、102、103或104)，光伏陣列(1)重新接入到充電側(cè)直流母線(4)。 當(dāng)中央控制單元(10)通過充電檢測單元(11)檢測到充電側(cè)直流母線(4)的電壓Vc達(dá)到設(shè)定的過放保護(hù)電壓V6時(shí)，發(fā)出信號(hào)，控制蓄電池組切換電路(6)關(guān)閉其放電端(6B)。當(dāng)中央控制單元(10)通過充電檢測單元(11)檢測到充電側(cè)直流母線(4)的電壓Vc高于設(shè)定的最高工作電壓V3時(shí)，發(fā)出信號(hào)，控制蓄電池組切換電路(6)輪換充電蓄電池組到放電側(cè)直流母線(5)，重新開始放電。 更進(jìn)一步的，中央控制單元(10)通過充電檢測單元(11)檢測充電側(cè)直流母線(4)的電流Ic變化，根據(jù)設(shè)定的過流保護(hù)電流Il，對(duì)脈沖信號(hào)開關(guān)2、5、8、ll(P2、5、8、11)發(fā)出脈沖信號(hào)，控制光伏陣列逐級(jí)切換電路(19X)切換到接地端(190)，關(guān)閉全部光伏子陣列，并控制泄荷開關(guān)(9)接入泄荷器件(8)。 中央控制單元(10)通過放電檢測單元(12)檢測放電側(cè)直流母線(5)的電流Id變化，根據(jù)設(shè)定的過載保護(hù)電流I2，發(fā)出信號(hào)控制負(fù)載分配電路(15)關(guān)閉直流次要設(shè)備(16B)和DC/AC逆變器(17)，直至關(guān)閉全部負(fù)載。
權(quán)利要求一種基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電電源裝置，其包括光伏陣列、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、AC/DC變換器、泄荷器件、泄荷開關(guān)、儲(chǔ)能裝置和控制器，其特征在于所述的電源裝置中還包括充電側(cè)直流母線、放電側(cè)直流母線、光伏陣列切換電路、蓄電池組切換電路，且儲(chǔ)能裝置由多個(gè)蓄電池組構(gòu)成；光伏陣列通過光伏陣列切換電路，或連接到充電側(cè)直流母線，或連接到放電側(cè)直流母線，或被短接；每個(gè)蓄電池組通過蓄電池組切換電路，或連接到充電側(cè)直流母線，或連接到放電側(cè)直流母線，或不被連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電電源裝置，其特征在于 所述的光伏陣列切換電路，具有1個(gè)輸入端和3個(gè)輸出端，3個(gè)輸出端為充電端、放電端和接 地端；輸入端對(duì)應(yīng)接入光伏陣列；輸入端只可切換到與指定的l個(gè)輸出端連接；光伏陣列或 通過充電端與充電側(cè)直流母線連接，或通過放電端與放電側(cè)直流母線連接，或通過接地端 被短接而關(guān)閉。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電電源裝置，其特征在于 所述的儲(chǔ)能裝置由至少三個(gè)容量相近且可相互并聯(lián)的蓄電池組構(gòu)成；光伏陣列可與至少一 個(gè)連接到充電側(cè)直流母線的蓄電池組構(gòu)成充電直流回路，或可與至少一個(gè)連接到放電側(cè)直 流母線的蓄電池組和負(fù)載構(gòu)成放電直流回路。
4. 一種如權(quán)利要求1 3所述的基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電電源裝置，其 特征在于所述的光伏陣列由至少兩個(gè)可相互并聯(lián)的子陣列構(gòu)成，且所述的光伏陣列切換電 路為光伏陣列逐級(jí)切換電路；每個(gè)子陣列相互獨(dú)立，且均可通過光伏陣列逐級(jí)切換電路，或 只與充電側(cè)直流母線連接，或只與放電側(cè)直流母線連接，或只被短接。
5. 如權(quán)利要求4所述的基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電電源裝置，其特征在于 所述的光伏陣列逐級(jí)切換電路，具有與光伏陣列子陣列個(gè)數(shù)相同數(shù)量的輸入端和3個(gè)輸出 端，3個(gè)輸出端為充電端、放電端和接地端；每個(gè)光伏陣列子陣列連接到對(duì)應(yīng)的輸入端；每 個(gè)輸入端只可切換到與指定的1個(gè)輸出端連接；每個(gè)光伏子陣列或通過充電端與充電側(cè)直 流母線連接，或通過放電端與放電側(cè)直流母線連接，或通過接地端被短接而關(guān)閉。
6. 如權(quán)利要求1所述的基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電電源裝置，其特征在于 所述的控制器包含中央控制單元、充電檢測單元、放電檢測單元。
7. 如權(quán)利要求1所述的基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電電源裝置，其特征在于 所述的光伏陣列切換電路可采用雙穩(wěn)態(tài)繼電器、M0SFET、 IGBT或固態(tài)繼電器作為電子開關(guān) 元件來實(shí)現(xiàn)。
8. 如權(quán)利要求4所述的基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電電源裝置，其特征在于 所述的光伏陣列逐級(jí)切換電路可采用雙穩(wěn)態(tài)繼電器、M0SFET、 IGBT或固態(tài)繼電器作為電子 開關(guān)元件來實(shí)現(xiàn)。
9. 如權(quán)利要求6所述的基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電電源裝置，其特征在于 所述的控制器還可包含過載保護(hù)電路、負(fù)載分配電路或DC/AC逆變器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電電源裝置，其包括光伏陣列、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、蓄電池組、泄荷器件、泄荷開關(guān)、控制器、充電側(cè)直流母線、放電側(cè)直流母線、蓄電池組切換電路、光伏陣列切換電路、過載保護(hù)電路、負(fù)載分配電路、AC/DC變換器、DC/AC逆變器?？刂破魍ㄟ^監(jiān)測充電側(cè)直流母線和放電側(cè)直流母線的電壓電流變化，逐級(jí)切換光伏陣列的部分或全部接入充電回路或放電回路。本實(shí)用新型可有效提高光伏陣列和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電能力以及蓄電池的利用率，延長蓄電池的使用壽命，提供穩(wěn)定的直流輸出，降低電源裝置的成本，特別適合于用作遠(yuǎn)離電網(wǎng)的通信基站供電電源。
文檔編號(hào)H02J7/35GK201466783SQ20092006772
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月13日
發(fā)明者路建鄉(xiāng) 申請(qǐng)人:路建鄉(xiāng)