專利名稱：一種風(fēng)光互補(bǔ)控制逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種風(fēng)光互補(bǔ)控制逆變器涉及領(lǐng)域本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及一種風(fēng)光互補(bǔ)控制逆變器。
背景技術(shù)：
目前，我國傳統(tǒng)的離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電的充電控制器中，受限于成本等考慮，并未采用 實(shí)時的風(fēng)速儀，充電控制器也沒有風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測單元。目前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)失速保 護(hù)方法，一種是靠風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出后的整流電壓高低來判斷風(fēng)力發(fā)電機(jī)是否過速，從而進(jìn) 行保護(hù)；另一種是利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)本身所帶的偏航保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行失速保護(hù)，這兩種方法均 有響應(yīng)時間慢，不能快速有效的保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的缺點(diǎn)，在惡劣多變的大自然條件下會很 容易引起風(fēng)力發(fā)電機(jī)的失速損壞。風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電壓和功率跟風(fēng)速的大小成正比。在正常風(fēng)速范圍時，可對蓄電 池進(jìn)行充電。但風(fēng)速低時，發(fā)電機(jī)的輸出電壓也低，不能給蓄電池充電，這樣減少了風(fēng)力發(fā) 電機(jī)的風(fēng)速利用范圍。及時的對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行實(shí)時的失速保護(hù)，并且提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)速利用范圍 是現(xiàn)有技術(shù)需要解決的問題。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種風(fēng)光互補(bǔ)控制逆變器，以達(dá)到及時 地對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行失速保護(hù)，并且提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)速利用范圍的目的。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，一種風(fēng)光互補(bǔ)控制逆變器，包括 風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能發(fā)電機(jī)接入到充電主 電路后連接到蓄電池，再通過單相全橋逆變電路接入到用戶交流負(fù)載；風(fēng)力發(fā)電機(jī)依次連 接到檢測單元和中央控制單元后再分別連接到充電主電路、輔助電源，從而實(shí)現(xiàn)了對風(fēng)力 發(fā)電機(jī)進(jìn)行迅速的、實(shí)時的失速保護(hù)，并且提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)速利用范圍。所述的充電主電路為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出接到整流橋電路，太陽能發(fā)電機(jī)的正極經(jīng) 過反接二極管D9與整流橋電路的輸出正極相連后連接到卸荷電阻Rl以及升壓電感L，卸荷 電阻Rl的另一端與卸載功率開關(guān)Ql的漏極相連，升壓電感L的另一端通過二極管D8與蓄 電池的正極相連；太陽能發(fā)電機(jī)的負(fù)極接到整流橋電路的輸出負(fù)極后連到空氣開關(guān)Kl的1 腳，卸載功率開關(guān)Ql和升壓電路功率開關(guān)Q2的源極連接到空氣開關(guān)Kl的2腳，并經(jīng)過采 樣電阻R2連接到蓄電池負(fù)極，從而通過卸載功率開關(guān)Ql實(shí)現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行實(shí)時的失 速保護(hù)和通過升壓電路功率開關(guān)Q2、升壓電感L及二極管D8提高了風(fēng)速利用范圍。所述的單相全橋逆變電路為蓄電池接入全橋逆變電路后通過變壓器和LC濾波后 再接入用戶交流負(fù)載，從而通過全橋逆變電路將直流電轉(zhuǎn)化成SPWM波序列，再通過變壓器 變壓為用戶交流負(fù)載使用的220V交流電。所述的中央控制單元為控制芯片驅(qū)動卸荷開關(guān)驅(qū)動芯片與卸載功率開關(guān)Ql連 接；控制芯片驅(qū)動BOOST控制驅(qū)動芯片再連接到升壓電感L，從而通過中央控制單元對整個逆變器進(jìn)行控制。所述的控制芯片的型號為PIC16F886 ；BOOST控制驅(qū)動芯片的型號為UC3845 ；卸荷 開關(guān)驅(qū)動芯片的型號為TLP250。所述的輔助電源為直流電源，從而為中央控制單元提供工作和驅(qū)動電源。一種風(fēng)光互補(bǔ)控制逆變器，由于采用上述結(jié)構(gòu)，該裝置具有以下優(yōu)點(diǎn) 1、實(shí)現(xiàn)對風(fēng) 力發(fā)電機(jī)進(jìn)行實(shí)時的迅速的失速保護(hù)；2、提高風(fēng)速的利用范圍；3通過限流限壓對蓄電池 進(jìn)行保護(hù)，延長蓄電池使用壽命。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明；
圖1為本實(shí)用新型一種風(fēng)光互補(bǔ)控制逆變器方框示意圖；圖2為本實(shí)用新型圖1所示的充電主電路的電路圖；圖3為本實(shí)用新型圖1所示的單相全橋逆變電路的電路圖；圖4為本實(shí)用新型圖1所示的中央控制單元的電路圖；在圖1-4中，1、充電主電路；2、單相全橋逆變電路；3、中央控制單元；4、檢測單元； 5、輔助電源；6、風(fēng)力發(fā)電機(jī)；7、太陽能發(fā)電機(jī)；8、蓄電池；9、控制芯片；10、卸荷開關(guān)驅(qū)動芯 片；11、B00ST控制驅(qū)動芯片；12、用戶交流負(fù)載。
具體實(shí)施方式
如圖1-4所示，一種風(fēng)光互補(bǔ)控制逆變器，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)6、太陽能發(fā)電機(jī)7，其 特征在于所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)6、太陽能發(fā)電機(jī)7接入到充電主電路1后連接到蓄電池8，再 通過單相全橋逆變電路2接入到用戶交流負(fù)載12 ；風(fēng)力發(fā)電機(jī)6依次連接到檢測單元4和 中央控制單元3后再分別連接到充電主電路1、輔助電源5，從而實(shí)現(xiàn)了對風(fēng)力發(fā)電機(jī)6進(jìn) 行迅速的、實(shí)時的失速保護(hù)，并且提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)6的風(fēng)速利用范圍。所述的充電主電路1為風(fēng)力發(fā)電機(jī)6的輸出接到整流橋電路，太陽能發(fā)電機(jī)7的 正極經(jīng)過反接二極管D9與整流橋電路的輸出正極相連后連接到卸荷電阻Rl以及升壓電感 L，卸荷電阻Rl的另一端與卸載功率開關(guān)Ql的漏極相連，升壓電感L的另一端通過二極管 D8與蓄電池8的正極相連；太陽能發(fā)電機(jī)7的負(fù)極接到整流橋電路的輸出負(fù)極后連到空氣 開關(guān)Kl的1腳，卸載功率開關(guān)Ql和升壓電路功率開關(guān)Q2的源極連接到空氣開關(guān)Kl的2 腳，并經(jīng)過采樣電阻R2連接到蓄電池8負(fù)極，從而通過卸載功率開關(guān)Ql實(shí)現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電機(jī) 進(jìn)行實(shí)時的失速保護(hù)和通過升壓電路功率開關(guān)Q2、升壓電感L及二極管D8提高了風(fēng)速利用 范圍。所述的單相全橋逆變電路2為蓄電池8接入全橋逆變電路后通過變壓器和LC濾 波后再接入用戶交流負(fù)載12，從而通過全橋逆變電路2將直流電轉(zhuǎn)化成SPWM波序列，再通 過變壓器變壓為用戶交流負(fù)載12使用的220V交流電。所述的中央控制單元3為控制芯片9驅(qū)動卸荷開關(guān)驅(qū)動芯片10與卸載功率開關(guān) Ql連接；控制芯片9驅(qū)動BOOST控制驅(qū)動芯片11再連接到升壓電感L，從而通過中央控制 單元3對整個逆變器進(jìn)行控制。所述的控制芯片9的型號為PIC16F886 ；BOOST控制驅(qū)動芯片11的型號為UC3845 ；卸荷開關(guān)驅(qū)動芯片10的型號為TLP250。所述的輔助電源5為直流電源，從而為中央控制單元提供工作和驅(qū)動電源。本實(shí)用新型克服傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)充電控制方法的缺陷，提出新型的風(fēng)光互補(bǔ)控制逆變器，可對風(fēng)力發(fā)電機(jī)6進(jìn)行迅速、可靠的保護(hù)，加入新型BOOST升壓電路，有效的提高了 風(fēng)力發(fā)電機(jī)6的可利用風(fēng)速范圍，并通過單片機(jī)智能控制，實(shí)現(xiàn)對蓄電池8限壓限流充電， 延長蓄電池8使用壽命。逆變部分，采用單片機(jī)為核心的控制器件，采用SPWM調(diào)制術(shù)，實(shí)現(xiàn) 高性能的正弦波逆變?？蓮V泛使用在永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)上。—種風(fēng)光互補(bǔ)控制逆變器，其特征在于通過檢測風(fēng)力發(fā)電機(jī)6輸出電壓的頻率來 測定風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而可以快速有效地對風(fēng)力發(fā)電機(jī)6進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)永磁同步發(fā)電機(jī)輸 出電壓和頻率都隨著風(fēng)速也就是風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速而同步變化，就可以通過檢測風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出 交流電壓的頻率來獲得實(shí)際的風(fēng)力發(fā)電機(jī)6的轉(zhuǎn)速。利用測得的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速就可以讓控制器 在大風(fēng)條件下的對風(fēng)力發(fā)電機(jī)失速進(jìn)行快速準(zhǔn)確的保護(hù)。同時，利用單片機(jī)完成逆變器的 控制保護(hù)功能，產(chǎn)生正弦波調(diào)制信號經(jīng)半橋驅(qū)動芯片驅(qū)動單相全橋逆變電路2。一種風(fēng)光互補(bǔ)控制逆變器，其特征在于加入帶有新型控制模式的BOOST升壓單 元，通過判斷所測風(fēng)力發(fā)電機(jī)6轉(zhuǎn)速值的大小作為BOOST電路的啟動和停止信號。當(dāng)風(fēng)力 發(fā)電機(jī)6轉(zhuǎn)速低于正常啟動轉(zhuǎn)速，BOOST升壓單元停止，不對蓄電池8進(jìn)行升壓充電，防止 風(fēng)力發(fā)電機(jī)6被拖停。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)6轉(zhuǎn)速高于正常啟動轉(zhuǎn)速而小于正常轉(zhuǎn)速區(qū)時，啟動 BOOST升壓單元，以升壓模式對蓄電池8進(jìn)行充電。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)6輸出整流電壓或太陽能 發(fā)電機(jī)7發(fā)出的電能超過蓄電池8充電電壓或蓄電池8充電電流大于最大限制電流時，啟 用卸荷回路，對蓄電池8進(jìn)行限壓限流充電，延長蓄電池8的使用壽命。一種風(fēng)光互補(bǔ)控制逆變器，其特征在于由充電主電路1、單相全橋逆變電路2，中 央控制單元3、檢測單元4、輔助電源5組成。充電主電路1結(jié)構(gòu)由卸荷回路和BOOST升壓 電路構(gòu)成。逆變主電路為單相全橋逆變電路2，其交流輸出接入工頻變壓器升壓后經(jīng)LC濾 波后，接用戶交流負(fù)載12。采用PIC16F886單片機(jī)作為核心控制芯片，實(shí)現(xiàn)充電控制、逆變 器控制保護(hù)、逆變器驅(qū)動信號以及風(fēng)速、蓄電池電壓和充電電流，逆變器交流輸出電壓、逆 變器電流的檢測。采用UC3845作為BOOST升壓電路的驅(qū)動控制單元，由單片機(jī)的充電控制 邏輯發(fā)出UC3845的啟動或停止信號。輔助電源5提供控制單元所需的+24V、+12V、+5V和隔離的+12V電壓。充電主電路1 如圖2所示，為本充電控制器電路主結(jié)構(gòu)圖。風(fēng)力發(fā)電機(jī)6輸出接 到整流橋電路的輸入端U、V、W三個端子，有整流橋進(jìn)行整流濾波，太陽能正極輸入經(jīng)防反 接二極管D9與整流濾波的輸出端正極相連。太陽能發(fā)電機(jī)7負(fù)極直接連到與風(fēng)力發(fā)電機(jī) 6輸出整流后的負(fù)極并連到空氣開關(guān)Kl的1腳。卸載功率開關(guān)Ql和升壓電路功率開關(guān)Q2 的源極連接到空開的2腳，并經(jīng)采樣電阻R2連接到蓄電池8負(fù)極。風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出整流后 的正極連接到卸荷電阻Rl的一端以及BOOST升壓電路輸入側(cè)升壓電感L的一端。卸荷電 阻Rl的另一端與卸荷開關(guān)Ql的漏極相連。BOOST升壓電路輸出端即二極管D8的陰極與蓄 電池8的正極相連。二極管D8兼作蓄電池8的防反充二極管?？諝忾_關(guān)Kl作為整個系統(tǒng) 的開關(guān)控制，如過蓄電池8反接，則二極管D7、D8上流過短路大電流使開關(guān)立即斷開，保護(hù) 蓄電池8。當(dāng)充電電壓小于蓄電池8浮充電壓、充電電流小于最大充電電流時，卸荷功率開 關(guān)Q1、升壓功率開關(guān)Q2均不動作，風(fēng)力發(fā)電機(jī)6輸出電能全部給蓄電池8充電。當(dāng)充電電壓大于蓄電池8浮充電壓或是充電電流大于最大充電電流時，卸荷開關(guān)Ql動作，通過調(diào)節(jié)Ql的驅(qū)動脈沖的占空比泄放多余的能量實(shí)現(xiàn)蓄電池的限壓限流充電。當(dāng)風(fēng)速降低，充電電 壓不夠給蓄電池充電時，BOOST升壓功率開關(guān)Q2動作，把風(fēng)力發(fā)電機(jī)6輸出整流電壓升壓 給蓄電池8充電。如圖3所示為單相全橋逆變器電路2，蓄電池8正、負(fù)極接入全橋逆變電路。直流 電經(jīng)逆變后變換成SPWM波序列，經(jīng)過變壓器升壓及LC濾波后，變成純220V正弦波供用戶 交流負(fù)載使用。其中，卸荷電阻Rl是直流側(cè)電流取樣電阻，電容C2為高頻吸收電容。中央控制單元3的核心器件是控制芯片9為單片機(jī)PIC16F886和BOOST控制驅(qū)動 芯片11型號為UC3845以及卸荷開關(guān)驅(qū)動芯片10型號為7LP250。其中PIC16F886是一款 通用的價格低廉的控制芯片，它有11路AD轉(zhuǎn)換口，足夠各種信號的采樣使用，本系統(tǒng)中用 于測量蓄電池電壓、充電電流、交流輸出電壓、逆變器電流、溫度值。它有兩個CCP單元，一 個作為PWM單元輸出PWM波經(jīng)驅(qū)動芯片TLP250放大后驅(qū)動卸荷開關(guān)Ql，另一個也用作PWM 單元，產(chǎn)生一路SPWM調(diào)制信號并利用單片機(jī)一個I/O 口產(chǎn)生相匹配的一路50Hz的低頻信 號，經(jīng)波形變換后形成四路帶死區(qū)的驅(qū)動信號，由兩片IR2110驅(qū)動全橋。它的一個外部中 斷用來與定時器配合測量風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。BOOST控制驅(qū)動由UC3845來完成，它是典型 的電流模式PWM控制芯片，引入蓄電池8電壓反饋，峰值電流控制模式。整個BOOST電路的 啟動、停止均由單片機(jī)的一個1/0 口控制。檢測電路4為風(fēng)力發(fā)電機(jī)6的三相輸出電壓的任兩相經(jīng)過電阻分壓后，接入比較 器“ + ”腳，比較器另一“_”腳接地構(gòu)成一過零電壓比較器，經(jīng)過光耦整形隔離接入單片機(jī)外 部中斷口，即可測得脈沖的周期也就測得風(fēng)機(jī)速度。蓄電池8直流電壓檢測是通過分壓電 阻分壓后送入單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換口以及作為UC3845的反饋電壓。蓄電池8充電電流檢測時 通過在蓄電池8負(fù)極串入一低阻值電阻，電阻檢測的電流信號經(jīng)LM324放大后接入單片機(jī) 的AD轉(zhuǎn)換口。交流輸出電壓反饋通過變壓器降壓隔離后，整流后接入單片機(jī)的一個AD轉(zhuǎn) 換口。逆變器電流采用串入逆變器直流側(cè)的采樣電阻進(jìn)行檢測，將采樣電阻上的電壓信號 一路用運(yùn)放進(jìn)行放大后送到單片機(jī)的一個AD 口，判斷逆變器是否過載，另一路用比較器與 基準(zhǔn)值進(jìn)行比較后輸入單片機(jī)的一個1/0，判斷是否過流，通過關(guān)斷驅(qū)動芯片IR2110的驅(qū) 動脈沖對逆變器進(jìn)行保護(hù)。一個熱敏電阻接入單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換口，當(dāng)溫度超過一定值時， 單片機(jī)進(jìn)行過熱保護(hù)。上面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行了示例性描述，顯然本實(shí)用新型具體實(shí)現(xiàn)并不受 上述方式的限制，只要采用了本實(shí)用新型的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng) 改進(jìn)直接應(yīng)用于其它場合的，均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種風(fēng)光互補(bǔ)控制逆變器，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)(6)、太陽能發(fā)電機(jī)(7)，其特征在于所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)(6)、太陽能發(fā)電機(jī)(7)接入到充電主電路(1)后連接到蓄電池(8)，再通過單相全橋逆變電路(2)接入到用戶交流負(fù)載(12)；風(fēng)力發(fā)電機(jī)(6)依次連接到檢測單元(4)和中央控制單元(3)后再分別連接到充電主電路(1)、輔助電源(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)光互補(bǔ)控制逆變器，其特征在于所述的充電主電路 (1)為風(fēng)力發(fā)電機(jī)(6)的輸出接到整流橋電路，太陽能發(fā)電機(jī)(7)的正極經(jīng)過反接二極管 (D9)與整流橋電路的輸出正極相連后連接到卸荷電阻(Rl)以及升壓電感(L)，卸荷電阻 (Rl)的另一端與卸載功率開關(guān)(Ql)的漏極相連，升壓電感(L)的另一端通過二極管(D8) 與蓄電池⑶的正極相連；太陽能發(fā)電機(jī)(7)的負(fù)極接到整流橋電路的輸出負(fù)極后連到空 氣開關(guān)(Kl)的1腳，卸載功率開關(guān)(Ql)和升壓電路功率開關(guān)(Q20的源極連接到空氣開關(guān) (Kl)的2腳，并經(jīng)過采樣電阻(R2)連接到蓄電池(8)負(fù)極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)光互補(bǔ)控制逆變器，其特征在于所述的單相全橋逆 變電路(2)為蓄電池(8)接入全橋逆變電路后通過變壓器和LC濾波后再接入用戶交流負(fù) 載(12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)光互補(bǔ)控制逆變器，其特征在于所述的中央控制單 元(3)為控制芯片(9)驅(qū)動卸荷開關(guān)驅(qū)動芯片(10)與卸載功率開關(guān)(Ql)連接；控制芯片 (9)驅(qū)動BOOST控制驅(qū)動芯片(11)再連接到升壓電感(L)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種風(fēng)光互補(bǔ)控制逆變器，其特征在于所述的控制芯片(9) 的型號為PIC16F886 ；BOOST控制驅(qū)動芯片(11)的型號為UC3845 ；卸荷開關(guān)驅(qū)動芯片(10) 的型號為TLP250。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)光互補(bǔ)控制逆變器，其特征在于所述的輔助電源(5) 為直流電源。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種風(fēng)光互補(bǔ)控制逆變器，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能發(fā)電機(jī)接入到充電主電路后連接到蓄電池，再通過單相全橋逆變電路接入到用戶交流負(fù)載；風(fēng)力發(fā)電機(jī)依次連接到檢測單元和中央控制單元后再分別連接到充電主電路、輔助電源，由于采用上述結(jié)構(gòu)，該裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)1、實(shí)現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行實(shí)時的迅速的失速保護(hù)；2、提高風(fēng)速的利用范圍；3通過限流限壓對蓄電池進(jìn)行保護(hù)，延長蓄電池使用壽命。
文檔編號H02J7/00GK201577045SQ20092018101
公開日2010年9月8日 申請日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日
發(fā)明者朱永亮, 熊才偉, 王瑋 申請人:蕪湖國睿兆伏電子股份有限公司