專利名稱：一種高輸出指標(biāo)的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置，特別涉及一種高輸出指標(biāo)的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置是利用太陽能和風(fēng)能兩種可再生綠色能源為負(fù)載提供穩(wěn)定可 靠的電源。因太陽能與風(fēng)能資源在白天和夜晚、晴天和陰雨天、冬季和夏季上存在互補(bǔ)，該 系統(tǒng)能夠保證動力設(shè)備得到穩(wěn)定可靠的供電。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置由太陽能電池、小型風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組、系統(tǒng)控制器、蓄電池組和逆變器等幾部分組成。光電部分基本原理是利用太陽能 電池將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，然后通過控制器對蓄電池充電，風(fēng)電部分基本原理是利用小型 風(fēng)力發(fā)電機(jī)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能，然后通過控制器對蓄電池充電，控制器除了對蓄電池充電 之外，還對輸出負(fù)載的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，具有蓄電池管理功能和負(fù)載管理功能。太陽能和風(fēng)能在時間上的互補(bǔ)性使風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置在資源上具有最佳的匹配 性，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置是比較合理的獨(dú)立供電系統(tǒng)。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置可以在沙漠、高原、 海島等偏遠(yuǎn)地區(qū)為通信、軍隊、居民提高清潔可再生的電力。風(fēng)電和光電系統(tǒng)都存在一個共同的缺陷，就是資源的不確定性導(dǎo)致發(fā)電與用電負(fù) 荷的不平衡，風(fēng)電和光電系統(tǒng)都必須通過蓄電池儲能才能穩(wěn)定供電。太陽能與風(fēng)能的互補(bǔ) 性雖使得二者同時變?yōu)槿鮿莸臋C(jī)會小一些，彌補(bǔ)了風(fēng)電和光電獨(dú)立系統(tǒng)在資源上的缺陷， 但因資源上不確定，風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能電池輸出參數(shù)特性較差，不是很穩(wěn)定，也即風(fēng)力控 制器和太陽能控制器的輸入特性不是很好。當(dāng)風(fēng)光互補(bǔ)控制器的輸入特性較差時，經(jīng)過風(fēng) 光互補(bǔ)控制器變換得到的輸出電壓電流的穩(wěn)態(tài)參數(shù)也將較差，電磁兼容特性也較差，這些 將會影響負(fù)載的使用情況和蓄電池的使用壽命，進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的使用成本。目前風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)大多沒有對輸出電壓或輸出電流等指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行非常精確的 控制。中國專利CN101286655A公開了一種風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)，該系統(tǒng)為了防止光照過強(qiáng)和風(fēng)速 過大時充電電流太大，分別在風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出整流端和太陽能電池輸出端加了降壓DC/DC 變換器；中國專利CN101127452A公開了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)充電控制器和充電控制器方法，該 控制器采用了 DC/DC變換器；中國專利CN101540568A公開了一種風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電控制裝置， 該裝置采用了升壓DC/DC變換器和降壓DC/DC變換器組成新的變換器。這些控制器或裝置 都是應(yīng)用了簡單的變換器，如不加其他處理，輸出指標(biāo)參數(shù)一般不會太好。同時現(xiàn)有的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置，其風(fēng)力控制器和太陽能控制器多數(shù)是獨(dú)立設(shè)計， 進(jìn)行風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)容量設(shè)計時不能夠靈活應(yīng)用，同時增加了設(shè)計成本、生產(chǎn)成本。綜上所 述，目前現(xiàn)有風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置在輸出指標(biāo)參數(shù)上和成本上有不足之處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)存風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的不足之處，提出一種一體化、高輸出指標(biāo)參數(shù)的 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置。
本發(fā)明主要是從提高輸出電壓電流穩(wěn)態(tài)參數(shù)特性，提高電磁兼容特性，降低系統(tǒng) 投入成本角度出發(fā)而設(shè)計的。利用本發(fā)明中的DC/DC變換電路設(shè)計的風(fēng)光互補(bǔ)控制器，可 以大大提高風(fēng)光互補(bǔ)控制器輸出參數(shù)和電磁兼容特性。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案得以實現(xiàn)的一種高輸出指標(biāo)的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置，它包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、AC/DC整流電路、DC/DC 風(fēng)能降壓電路、泄荷負(fù)載、泄荷電路、數(shù)字化控制單元、配電單元、顯示器、鍵盤、通信模塊、 太陽能電池、DC/DC太陽能降壓電路、直流負(fù)載、蓄電池、油機(jī)；其中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出經(jīng)AC/DC整流電路整流，再經(jīng)DC/DC風(fēng)能降壓電路變換，給 蓄電池充電和直流負(fù)載供電，構(gòu)成風(fēng)電通道；太陽能電池輸出經(jīng)DC/DC太陽能降壓電路變換，給蓄電池充電和直流負(fù)載供電， 構(gòu)成光電通道；風(fēng)電通道和光電通道變換均通過數(shù)字化控制單元的控制實現(xiàn)；風(fēng)電通道的DC/DC風(fēng)能降壓電路和光電通道的DC/DC太陽能降壓電路的結(jié)構(gòu)組成 相同，采用交錯并聯(lián)雙buck電路，具體為包括輸入端接口、輸出端接口、輸入電壓傳感器、 輸出電流傳感器、輸出電壓傳感器、輸入濾波電容、輸出濾波電容、功率開關(guān)、續(xù)流二極管、 儲能電感、防止輸出反灌二極管部件；其中，輸入端接口與太陽能電池的輸出端或者風(fēng)電通 道的整流電路的輸出端相連接；輸出端接口經(jīng)配電單元與直流負(fù)載或蓄電池相連接，功率 開關(guān)和的驅(qū)動脈寬一樣大小，相位相差180度；風(fēng)電通道和光電通道集成在一體化機(jī)柜中，風(fēng)電通道和光電通道共用一個數(shù)字化 控制單元6，一個數(shù)字化控制單元控制多路風(fēng)電通道和光電通道。作為優(yōu)選，上述裝置中的風(fēng)電通道和光電通道均帶有MPPT效率跟蹤裝置。作為優(yōu)選，上述裝置中的風(fēng)電通道的泄荷裝置采用PWM無級泄荷方式的泄荷裝置。本發(fā)明利用數(shù)字控制技術(shù)對風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電分別進(jìn)行最大功率跟蹤控制， 與控制器配套的風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能電池的額定輸出電壓要高于蓄電池電壓。利用本發(fā)明 中提到的DC/DC變換電路，使系統(tǒng)輸出電壓電流的紋波更小，對負(fù)載供電和對蓄電池充電 更加穩(wěn)定。本發(fā)明由DC/DC降壓電路、AC/DC整流電路、數(shù)字化控制單元、配電單元、蓄電池、 油機(jī)、直流負(fù)載接口、顯示器、通信接口、鍵盤、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能電池組成。太陽能電池 通過DC/DC降壓電路與蓄電池、負(fù)載等連接，構(gòu)成光電通道；風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過AC/DC整流電 路整流，再經(jīng)DC/DC降壓電路與蓄電池、負(fù)載等連接，構(gòu)成風(fēng)電通道；油機(jī)接口通過內(nèi)部開 關(guān)與蓄電池、負(fù)載等連接。本發(fā)明的DC/DC降壓電路采用交錯并聯(lián)雙buck電路，交錯并聯(lián)雙buck電路由兩 路Buck電路并聯(lián)而成，但是又與單純的Buck并聯(lián)電路有所區(qū)別，兩路Buck電路共用一個 輸入電容濾波和一個輸出濾波電容，并且兩路開關(guān)管的驅(qū)動相差180度。交錯并聯(lián)雙Buck 電路可以減小開關(guān)管的電流應(yīng)力，大大減小輸出紋波電流，大大縮小輸出濾波電容容量和 體積。交錯并聯(lián)雙buck電路包含兩個功率開關(guān)管、一個輸入濾波電容器、一個輸出濾波電 容器、兩個電感和兩個功率二極管。對于每一路buck電路，當(dāng)功率開關(guān)管導(dǎo)通時，電感存儲 電能，電容器處于充電狀態(tài)，當(dāng)功率開關(guān)管斷開時，電感經(jīng)功率二極管給濾波電容器放電。
有益效果本發(fā)明的風(fēng)電通道和光電通道集成在一體化機(jī)柜中，風(fēng)電通道和光電 通道共用一個數(shù)字化控制單元，風(fēng)電通道與光電通道的位置可以自由替換，一個數(shù)字化控 制單元可以支持四路風(fēng)電通道和光電通道。這樣處理可以大大減小研發(fā)成本和生產(chǎn)成本， 兼容性好、電流穩(wěn)定，電源清潔，使用場合更廣泛等。


圖1是本發(fā)明工作原理框圖；圖2是本發(fā)明交錯并聯(lián)雙buck電路原理圖；圖3是蓄電池充電控制曲線圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施方式
進(jìn)一步說明本發(fā)明。實施例1如圖1所示，本發(fā)明包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)1、AC/DC整流電路2、DC/DC風(fēng)能降壓電路 3、泄荷負(fù)載4、泄荷電路5、數(shù)字化控制單元6、配電單元7、顯示器8、鍵盤9、通信模塊10、太 陽能電池11、DC/DC太陽能降壓電路12、直流負(fù)載13、蓄電池14、油機(jī)15。其中DC/DC風(fēng)能 降壓電路3和DC/DC太陽能降壓電路12在硬件組成上一致。其中風(fēng)力發(fā)電機(jī)1輸出經(jīng)AC/DC整流電路2整流，再經(jīng)DC/DC風(fēng)能降壓電路3變 換，給蓄電池14充電和直流負(fù)載13供電；太陽能電池輸出經(jīng)DC/DC太陽能降壓電路12變 換，給蓄電池14充電和直流負(fù)載13供電。風(fēng)電通道變換及光電通道變換均通過數(shù)字化控 制單元6的控制實現(xiàn)。本發(fā)明中風(fēng)電通道的DC/DC風(fēng)能降壓電路3和光電通道的DC/DC太陽能降壓電路 12的硬件上一致，組成如圖2所示，包括輸入端接口 27、輸出端接口 28、輸入電壓傳感器 16、輸出電流傳感器25、輸出電壓傳感器29、輸入濾波電容17、輸出濾波電容24、功率開關(guān) 18和21、續(xù)流二極管19和22、儲能電感20和23、防止輸出反灌二極管26。圖2中的輸入端接口 27與圖1中太陽能電池11的輸出端或者風(fēng)電通道的AC/DC 整流電路2的輸出端相連接；輸出端接口 28經(jīng)配電單元與直流負(fù)載或蓄電池相連接。輸入 電壓傳感器16用來檢測變換器的輸入電壓大?。惠敵鲭妷簜鞲衅?9用來檢測輸出電壓大 ?。惠敵鲭娏鱾鞲衅?5用來檢測DC/DC變換電路的總輸出電流，傳感器檢測的信號經(jīng)過數(shù) 字化控制單元6的數(shù)模轉(zhuǎn)換用于對系統(tǒng)的控制。輸入濾波電容17接在DC/DC變換電路的 輸入端接口 27，用于對輸入電壓進(jìn)行濾波；輸出濾波電容24接在DC/DC變換電路的輸出端 接口 28，用于對輸出電壓的濾波。功率開關(guān)18和功率開關(guān)21選用全控型電力電子器件， 用于對輸入電壓進(jìn)行降壓斬波，工作時這兩個功率開關(guān)的驅(qū)動脈寬一樣大小，相位相差180 度。續(xù)流二極管19和22用于降壓斬波時對儲能電感20和23的續(xù)流，防止輸出反灌二極 管26用于防止輸出反灌。本發(fā)明中的DC/DC降壓變換器采用交錯并聯(lián)雙buck電路，這個交錯并聯(lián)雙buck 電路經(jīng)數(shù)字化控制單元6向蓄電池14和直流負(fù)載13供電。工作時功率開關(guān)18和21的驅(qū) 動脈寬一樣大小，相位相差180度，這樣處理后變換器的輸出電流波動頻率是單buck電路 開關(guān)頻率的2倍，可以大大減小開關(guān)管的電流應(yīng)力，大大減小輸出紋波電流，大大減小輸出濾波電容的容量和體積。與單buck電路相比較，如果得到同樣的紋波電流，雙buck交錯并 聯(lián)的濾波電感值和體積將會小很多。為了使風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)容量設(shè)計時能夠靈活應(yīng)用，本發(fā)明中風(fēng)電通道和光電通道 集成在一體化機(jī)柜中，風(fēng)電通道和光電通道共用一個數(shù)字化控制單元，風(fēng)電通道和光電通 道的位置可以自由替換，一個數(shù)字化控制單元可以最多支持四路風(fēng)電通道或光電通道的控 制。本發(fā)明的風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)因風(fēng)電通道和光電通道的DC/DC變換電路硬件上一致，風(fēng) 電通道和光電通道很容易實現(xiàn)替換，容量可根據(jù)實際需要進(jìn)行組合設(shè)置，本發(fā)明的風(fēng)光互 補(bǔ)系統(tǒng)最多可以有四路風(fēng)電通道或通道。
權(quán)利要求
一種高輸出指標(biāo)的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置，其特征在于，它包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)、AC/DC整流電路(2)、DC/DC風(fēng)能降壓電路(3)、泄荷負(fù)載(4)、泄荷電路(5)、數(shù)字化控制單元(6)、配電單元(7)、顯示器(8)、鍵盤(9)、通信模塊(10)、太陽能電池板(11)、DC/DC太陽能降壓電路(12)、直流負(fù)載(13)、蓄電池(14)、油機(jī)(15)；其中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)輸出經(jīng)AC/DC整流電路(2)整流，再經(jīng)DC/DC風(fēng)能降壓電路(3)變換，給蓄電池(14)充電和直流負(fù)載(13)供電，構(gòu)成風(fēng)電通道；太陽能電池輸出經(jīng)DC/DC太陽能降壓電路(12)變換，給蓄電池(14)充電和直流負(fù)載(13)供電，構(gòu)成光電通道；風(fēng)電通道和光電通道變換均通過數(shù)字化控制單元(6)的控制實現(xiàn)；風(fēng)電通道的DC/DC風(fēng)能降壓電路(3)和光電通道的DC/DC太陽能降壓電路(12)的結(jié)構(gòu)組成相同，采用交錯并聯(lián)雙buck電路，具體為包括輸入端接口(27)、輸出端接口(28)、輸入電壓傳感器(16)、輸出電流傳感器(25)、輸出電壓傳感器(29)、輸入濾波電容(17)、輸出濾波電容(24)、功率開關(guān)(18、21)、續(xù)流二極管(19、22)、儲能電感(20、23)、防止輸出反灌二極管(26)部件；其中，輸入端接口(27)與太陽能電池板(11)的輸出端或者風(fēng)電通道的AC/DC整流電路(2)的輸出端相連接；輸出端接口(28)經(jīng)配電單元與直流負(fù)載或蓄電池相連接，功率開關(guān)(18、21)的驅(qū)動脈寬一樣大小，相位相差180度；風(fēng)電通道和光電通道集成在一體化機(jī)柜中，風(fēng)電通道和光電通道共用一個數(shù)字化控制單元(6)，一個數(shù)字化控制單元(6)控制多路風(fēng)電通道和光電通道。
2.如權(quán)利要求1所述的高輸出指標(biāo)的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置，其特征在于，風(fēng)電通道和光 電通道均帶有MPPT效率跟蹤裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的高輸出指標(biāo)的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置，其特征在于，風(fēng)電通道的泄 荷裝置采用PWM無級泄荷方式的泄荷裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置，具體是指一種高輸出指標(biāo)的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置。本發(fā)明中包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、AC/DC整流電路、DC/DC風(fēng)能降壓電路、DC/DC太陽能降壓電路、直流負(fù)載、蓄電池、油機(jī)等組成，太陽能電池通過太陽能DC/DC降壓電路與蓄電池、負(fù)載等連接，構(gòu)成光電通道；風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過AC/DC整流電路整流，再經(jīng)DC/DC風(fēng)能降壓電路與蓄電池、負(fù)載等連接，構(gòu)成風(fēng)電通道；DC/DC風(fēng)能降壓電路和太陽能DC/DC降壓電路在硬件組成上一致，采用交錯并聯(lián)雙buck電路。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是控制方便、大大減小生產(chǎn)成本，兼容性好、電流穩(wěn)定，電源清潔。本發(fā)明的裝置可以有更廣泛的使用場合。
文檔編號H02J7/00GK101852182SQ201010129169
公開日2010年10月6日 申請日期2010年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月22日
發(fā)明者修磊, 張才忠, 李文炳, 章岳剛, 趙富鑫, 酈月飛, 陳寶勇, 陳海 申請人:杭州東冠通信建設(shè)有限公司