專利名稱：一種風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制器及其轉(zhuǎn)換開關(guān)投切方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風(fēng)力和太陽能并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制器及其轉(zhuǎn)換開關(guān)投切方法。
背景技術(shù)：
目前，風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電及其并網(wǎng)過程在結(jié)構(gòu)上大多是首先通過風(fēng)光互補控制器獲得風(fēng)光能和太陽能所發(fā)直流電，然后在并網(wǎng)控制器的控制作用下，使用逆變器，將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，連接到電網(wǎng)上。這種方式在結(jié)構(gòu)上需要獨立的風(fēng)光互補控制器、逆變器和并網(wǎng)控制器，系統(tǒng)的連接與控制復(fù)雜，總體成本高昂；在響應(yīng)速度方面，結(jié)構(gòu)上復(fù)雜的連接與控制，使得系統(tǒng)的響應(yīng)速度也受此影響；在功能上，光伏陣列的最大功率追蹤問題、 風(fēng)機大電量時的卸荷問題、蓄電池組的充放電控制問題、負(fù)載的連接與切除問題以及防孤島效應(yīng)問題都不能得到全面的協(xié)調(diào)與解決。目前，市售的風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制裝置主要集中在風(fēng)光互補控制器、并網(wǎng)控制器、逆變器等各個獨立分裝置的研究方面，針對多功能、一體式、結(jié)構(gòu)集中的并網(wǎng)控制器還處在研究階段。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有裝置的不足，本發(fā)明提出一種風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制器及其轉(zhuǎn)換開關(guān)投切方法，將并網(wǎng)控制器和逆變器在結(jié)構(gòu)上融合，采用單片機和數(shù)字處理器相結(jié)合的“雙核處理器”方式，以達到控制器的簡易、高效、快速、實時性好等目的。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制器，包括光伏陣列、風(fēng)力發(fā)電機組、最大功率追蹤電路、風(fēng)機卸荷電路、蓄電池組充放電控制電路、直流負(fù)載、直流/交流逆變電路、蓄電池組、交流負(fù)載和控制電路，所述的控制電路包括單片機、 數(shù)據(jù)處理器(DSP)、PWM驅(qū)動電路、SPWM驅(qū)動電路、電流采樣模塊、電流互感器組、電壓采樣模塊、電壓互感器組、輔助電源模塊、串口通信模塊、上位機、鍵盤模塊及液晶顯示模塊，所述的并網(wǎng)控制器還包括轉(zhuǎn)換開關(guān)電路，所述的控制電路還包括鎖存器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片、數(shù)據(jù)選擇器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、譯碼器和斷路器驅(qū)動電路，其連接關(guān)系如下光伏陣列的輸出端連接最大功率追蹤電路的第一輸入端，在所述光伏陣列與控制電路的連接線路上還設(shè)置有第一電流互感器和第一電壓互感器，最大功率追蹤電路的輸出端連接轉(zhuǎn)換開關(guān)電路的第一輸入端，在所述最大功率追蹤電路與控制電路的連接線路上還設(shè)置有第二電流互感器和第二電壓互感器，最大功率追蹤電路的第二輸入端連接單片機的第一輸出端，風(fēng)力發(fā)電機組的輸出端連接風(fēng)機卸荷電路的第一輸入端，在所述風(fēng)力發(fā)電機組與控制電路的連接線路上設(shè)置有第三電流互感器和第三電壓互感器，風(fēng)機卸荷電路的第二輸入端連接單片機的第二輸出端，風(fēng)機卸荷電路的輸出端連接轉(zhuǎn)換開關(guān)電路的第二輸入端，在所述風(fēng)機卸荷電路與控制器連接線路之間設(shè)置有第四電流互感器和第四電壓互感器，轉(zhuǎn)換開關(guān)電路的第三輸入端連接斷路器驅(qū)動電路的輸出端，轉(zhuǎn)換開關(guān)電路的輸入輸出端連接蓄電池組充放電控制電路的第一輸入輸出端，蓄電池組充放電控制電路的第二輸入
4輸出端連接蓄電池組，蓄電池組充放電控制電路的輸入端連接PWM驅(qū)動電路的輸出端，轉(zhuǎn)換開關(guān)電路的第一輸出端連接直流負(fù)載的輸入端，轉(zhuǎn)換開關(guān)電路的第二輸出端連接直流/ 交流逆變電路的第一輸入端，直流/交流逆變器電路的第二輸入端連接DSP的輸出端，直流 /交流逆變器電路的第一輸出端連接交流負(fù)載，在所述直流/交流逆變器電路與控制電路的連接線路上還設(shè)置有第五電流互感器和第五電壓互感器，直流/交流逆變器電路的第二輸出端連接電網(wǎng)，在所述電網(wǎng)與控制電路的連接線路上還設(shè)置有第六電流互感器和第六電壓互感器；在所述蓄電池組與控制電路之間的連接線路上還設(shè)置有第七電流傳感器和第七電壓互感器；所述的控制電路，連接關(guān)系如下單片機的輸出端連接第一鎖存器的輸入端，第一鎖存器的輸出端連接第一數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片的輸入端，第一數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片的輸出端連接數(shù)據(jù)選擇器的第一輸入端，DSP的輸出端連接第二鎖存器的輸入端，第二鎖存器的輸出端連接第二數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片的輸入端，第二數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片的輸出端連接數(shù)據(jù)選擇器的第二輸入端，數(shù)據(jù)選擇器的輸出端連接模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的輸入端，模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的輸出端連接譯碼器的輸入端，譯碼器的輸出端連接斷路器驅(qū)動電路的輸入端，斷路器驅(qū)動電路的輸出端連接轉(zhuǎn)換開關(guān)電路的輸入端，串口通訊模塊的第一輸出端連接單片機的輸入端，串口通訊模塊的第二輸出端連接DSP的輸入端；本發(fā)明風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制器轉(zhuǎn)換開關(guān)投切方法，包括以下步驟步驟1 初始化風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制器，風(fēng)力發(fā)電機組的輸出功率Pw和光伏陣列所在支路中經(jīng)過最大功率追蹤電路后的輸出功率Ppv通過轉(zhuǎn)換開關(guān)電路同時供應(yīng)給直流/交流逆變支路，直流/交流逆變電路的輸出用于提供交流負(fù)載電能需求和電網(wǎng)需求； 風(fēng)力發(fā)電機組的輸出功率Pw和光伏陣列所在支路中經(jīng)過最大功率追蹤電路后的輸出功率 Ppv通過轉(zhuǎn)換開關(guān)電路同時連接直流負(fù)載，提供直流負(fù)載電能需求；步驟2 判斷風(fēng)力發(fā)電機組的輸出功率Pw和光伏陣列所在支路中經(jīng)過最大功率追蹤電路后的輸出功率Ppv的總量是否大于直流負(fù)載電能需求Ld和直流/交流逆變電路電能需求L。之和，若大于即Pw+Ppv > Ld+Lc則執(zhí)行步驟3，否則，若Pw+Ppv < Ld+L。，執(zhí)行步驟4 ；步驟3 多余的電能通過轉(zhuǎn)換開關(guān)電路連接到蓄電池組，根據(jù)檢測所得的蓄電池電流和電壓信號，調(diào)節(jié)PWM波占空比，控制蓄電池組充放電控制電路使蓄電池以分階段恒流方式進行充電，將電能儲存到蓄電池組中；所述的分階段恒流方式充電，方法為在第k個恒流充電時段，采用恒定的電流值充電，公式為Ik = 0.3681η式中，Ik表示第k時段的恒定充電電流值，Ik^1表示第k-Ι個時段的恒定充電電流值；本時段恒流充電時間公式為
1tk =—,式中，Cik為第k個恒流充電時段充電電流接受率，且α k = Ik/Ck式中，Ik為第k個時段的恒流充電電流值，Ck為第k個時段蓄電池總電荷量；
步驟4:分別計算各個恒流充電階段的充電電量，并求得前n(n= 1,2,3···)個時段的充電電量的累加和，公式為
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制器，包括光伏陣列、風(fēng)力發(fā)電機組、最大功率追蹤電路、風(fēng)機卸荷電路、蓄電池組充放電控制電路、直流負(fù)載、直流/交流逆變電路、蓄電池組、交流負(fù)載和控制電路，所述的控制電路包括單片機、數(shù)據(jù)處理器DSP、PWM驅(qū)動電路、 SPWM驅(qū)動電路、電流采樣模塊、電流互感器組、電壓采樣模塊、電壓互感器組、輔助電源模塊、串口通信模塊、上位機、鍵盤模塊及液晶顯示模塊，其特征在于所述的并網(wǎng)控制器還包括轉(zhuǎn)換開關(guān)電路，所述的控制電路還包括鎖存器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片、數(shù)據(jù)選擇器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、譯碼器和斷路器驅(qū)動電路，其連接關(guān)系如下光伏陣列的輸出端連接最大功率追蹤電路的第一輸入端，在所述光伏陣列與控制電路的連接線路上還設(shè)置有第一電流互感器和第一電壓互感器，最大功率追蹤電路的輸出端連接轉(zhuǎn)換開關(guān)電路的第一輸入端，在所述最大功率追蹤電路與控制電路的連接線路上還設(shè)置有第二電流互感器和第二電壓互感器，最大功率追蹤電路的第二輸入端連接單片機的第一輸出端，風(fēng)力發(fā)電機組的輸出端連接風(fēng)機卸荷電路的第一輸入端，在所述風(fēng)力發(fā)電機組與控制電路的連接線路上設(shè)置有第三電流互感器和第三電壓互感器，風(fēng)機卸荷電路的第二輸入端連接單片機的第二輸出端，風(fēng)機卸荷電路的輸出端連接轉(zhuǎn)換開關(guān)電路的第二輸入端， 在所述風(fēng)機卸荷電路與控制器連接線路之間設(shè)置有第四電流互感器和第四電壓互感器，轉(zhuǎn)換開關(guān)電路的第三輸入端連接斷路器驅(qū)動電路的輸出端，轉(zhuǎn)換開關(guān)電路的輸入輸出端連接蓄電池組充放電控制電路的第一輸入輸出端，蓄電池組充放電控制電路的第二輸入輸出端連接蓄電池組，蓄電池組充放電控制電路的輸入端連接PWM驅(qū)動電路的輸出端，轉(zhuǎn)換開關(guān)電路的第一輸出端連接直流負(fù)載的輸入端，轉(zhuǎn)換開關(guān)電路的第二輸出端連接直流/交流逆變電路的第一輸入端，直流/交流逆變器電路的第二輸入端連接DSP的輸出端，直流/交流逆變器電路的第一輸出端連接交流負(fù)載，在所述直流/交流逆變器電路與控制電路的連接線路上還設(shè)置有第五電流互感器和第五電壓互感器，直流/交流逆變器電路的第二輸出端連接電網(wǎng)，在所述電網(wǎng)與控制電路的連接線路上還設(shè)置有第六電流互感器和第六電壓互感器；在所述蓄電池組與控制電路之間的連接線路上還設(shè)置有第七電流傳感器和第七電壓互感器；所述的控制電路，連接關(guān)系如下單片機的輸出端連接第一鎖存器的輸入端，第一鎖存器的輸出端連接第一數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片的輸入端，第一數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片的輸出端連接數(shù)據(jù)選擇器的第一輸入端，DSP的輸出端連接第二鎖存器的輸入端，第二鎖存器的輸出端連接第二數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片的輸入端，第二數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片的輸出端連接數(shù)據(jù)選擇器的第二輸入端，數(shù)據(jù)選擇器的輸出端連接模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的輸入端，模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的輸出端連接譯碼器的輸入端，譯碼器的輸出端連接斷路器驅(qū)動電路的輸入端，斷路器驅(qū)動電路的輸出端連接轉(zhuǎn)換開關(guān)電路的輸入端，串口通訊模塊的第一輸出端連接單片機的輸入端，串口通訊模塊的第二輸出端連接DSP的輸入端。
2.對權(quán)利要求1所述的風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制器的轉(zhuǎn)換開關(guān)進行投切的投切方法，其特征在于包括以下步驟步驟1 初始化風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制器，風(fēng)力發(fā)電機組的輸出功率1\和光伏陣列所在支路中經(jīng)過最大功率追蹤電路后的輸出功率Ppv通過轉(zhuǎn)換開關(guān)電路同時供應(yīng)給直流 /交流逆變支路，直流/交流逆變電路的輸出用于提供交流負(fù)載電能需求和電網(wǎng)需求；風(fēng)力發(fā)電機組的輸出功率Pw和光伏陣列所在支路中經(jīng)過最大功率追蹤電路后的輸出功率Ppv通過轉(zhuǎn)換開關(guān)電路同時連接直流負(fù)載，提供直流負(fù)載電能需求；步驟2 判斷風(fēng)力發(fā)電機組的輸出功率Pw和光伏陣列所在支路中經(jīng)過最大功率追蹤電路后的輸出功率Ppv的總量是否大于直流負(fù)載電能需求Ld和直流/交流逆變電路電能需求 Lc之和，若大于即Pw+Ppv > Ld+Lc則執(zhí)行步驟3，否則，若Pw+Ppv < Ld+L。，執(zhí)行步驟4 ；步驟3 多余的電能通過轉(zhuǎn)換開關(guān)電路連接到蓄電池組，根據(jù)檢測所得的蓄電池電流和電壓信號，調(diào)節(jié)PWM波占空比，控制蓄電池組充放電控制電路使蓄電池以分階段恒流方式進行充電，將電能儲存到蓄電池組中； 所述的分階段恒流方式充電，方法為 在第k個恒流充電時段，采用恒定的電流值充電，公式為 Ik = 0. 3681η式中，Ik表示第k時段的恒定充電電流值，Ik^1表示第k-Ι個時段的恒定充電電流值； 本時段恒流充電時間公式為1式中，Cik為第k個恒流充電時段充電電流接受率，且 α k = Ik/Ck式中，Ik為第k個時段的恒流充電電流值，Ck為第k個時段蓄電池總電荷量； 步驟4:分別計算各個恒流充電階段的充電電量，并求得前n(n= 1，2，3…)個時段的充電電量的累加和，公式為Qn=Y^hh =Y^ ^hJkk=l k=l式中，當(dāng)k = 1時Ilri = Itl，為蓄電池充電時設(shè)定的初始時刻充電電流值； 根據(jù)蓄電池自身的特性，換算蓄電池的電荷總量為0. 95C時所對應(yīng)的蓄電池組電壓值 Vmax，其中C表示蓄電池總的電荷量；通過系統(tǒng)檢測蓄電池組電壓值并與Vmax對比，當(dāng)蓄電池組電壓值超過Vmax時，蓄電池組將處于過壓狀態(tài)，通過控制單片機減小其所產(chǎn)生的PWM波占空比，進而控制蓄電池組充放電控制電路，使蓄電池組轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)，多余的電量通過風(fēng)機卸荷電路卸載，執(zhí)行步驟2 ；步驟5 將蓄電池組投入，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)電路后，與風(fēng)力發(fā)電機組所在支路的輸出Pw* 光伏陣列所在支路的輸出Ppv —起給直流負(fù)載和直流/交流逆變電路提供電能，若蓄電池組投入后，仍然不能滿足電網(wǎng)及負(fù)載要求，則執(zhí)行步驟7 ；步驟6 當(dāng)蓄電池電荷總量下降到低于0. 5C時，即設(shè)定此時的蓄電池對應(yīng)電壓Vmin為蓄電池組欠壓臨界電壓值，系統(tǒng)檢測所得蓄電池電壓小于Vmin時，即蓄電池組處于欠壓狀態(tài)時，轉(zhuǎn)換開關(guān)電路切除蓄電池組充放電控制電路，蓄電池組處于等待狀態(tài)，執(zhí)行步驟2 ；步驟7 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置或負(fù)載的重要程度，斷開直流負(fù)載、交流負(fù)載、直流/交流逆變電路、并網(wǎng)連接裝置中的一個或者幾個； 步驟8 結(jié)束，轉(zhuǎn)入步驟2。
全文摘要
一種風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制器及其轉(zhuǎn)換開關(guān)投切方法，屬于風(fēng)力和太陽能并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，包括光伏陣列、風(fēng)力發(fā)電機組、最大功率追蹤電路、風(fēng)機卸荷電路、直流/交流逆變電路和控制電路，所述的控制電路包括單片機、DSP、PWM驅(qū)動電路、SPWM驅(qū)動電路、串口通信模塊、所述的并網(wǎng)控制器還包括轉(zhuǎn)換開關(guān)電路，所述的控制電路還包括鎖存器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片、數(shù)據(jù)選擇器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、譯碼器和斷路器驅(qū)動電路，本發(fā)明結(jié)構(gòu)整體一體化，操作簡單，大大降低設(shè)計成本；可避免額外線路和裝置的損耗；通用性好，采集模塊的抗干擾能力強，具有高效的測量和精確地顯示數(shù)據(jù)，能使系統(tǒng)更好的高效、高質(zhì)量的電量轉(zhuǎn)換及資源被利用，經(jīng)濟效益樂觀。
文檔編號H02J3/38GK102364805SQ201110310309
公開日2012年2月29日 申請日期2011年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月13日
發(fā)明者劉振偉, 劉鑫蕊, 孫秋野, 張化光, 楊東升, 楊珺, 王旭, 胡曉宇, 馬大中 申請人:東北大學(xué)