專利名稱：一種風(fēng)光互補充電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)光互補充電裝置，特別涉及風(fēng)電和光電互補發(fā)電系統(tǒng)所用的充電裝置及其相關(guān)的控制方法。
背景技術(shù)：
能源是人類社會發(fā)展的動力。隨著能源供需矛盾越來越突出，人們把可再生、無污染的新能源的開發(fā)利用作為可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)利用了風(fēng)能和太陽能資源的互補性，是具有較高性價比的一種新型能源發(fā)電系統(tǒng)，具有很好的應(yīng)用前景。然而由于風(fēng)能和太陽能都具有隨機性和間歇性的特點，為滿足穩(wěn)定的生產(chǎn)、生活用電需要，一般均會在系統(tǒng)中加入以蓄電池為代表的儲能環(huán)節(jié)，同時相應(yīng)也會加入充放電控制裝置，以對太陽能電池板和風(fēng)力發(fā)電機所發(fā)出的電能進行調(diào)節(jié)和控制，沒有這種調(diào)節(jié)和控制的環(huán)節(jié)， 蓄電池的壽命將大大降低。隨著對風(fēng)光互補系統(tǒng)研究的不斷深入，有發(fā)明人不斷地提出一些風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的充電控制方法及其裝置，其中CN101459997A所公開的一種具有自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力的風(fēng)光互補路燈智能控制器就是較為具有典型代表性的解決方案。在CN101459997A所公開的技術(shù)方案中，其核心是一個前置的電壓電流檢測單元和一個充電控制單元，實質(zhì)上是通過檢測風(fēng)電和光電的功率來確定相應(yīng)控制參數(shù)，控制的目的主要在于協(xié)調(diào)風(fēng)電和光電相應(yīng)的輸出。CN101459997A所公開的技術(shù)方案存在一系列問題，所述問題之一在于所述充電控制單元只有在光電輸出電壓和風(fēng)電經(jīng)整流后的輸出電壓高于所要求的某一特定電壓的情況下才能對蓄電池進行充電，而低于這一特定電壓值時則不能進行充電，所述的特定電壓值與蓄電池的標(biāo)稱電壓相關(guān)，且不低于蓄電池的標(biāo)稱電壓值；所述問題之二在于風(fēng)電在經(jīng)整流濾波后由于導(dǎo)通角變小導(dǎo)致的交流波形失真非常嚴重，并含有大量的諧波成分使系統(tǒng)的功率因數(shù)下降，導(dǎo)致能源利用率不高；所述問題之三在于在系統(tǒng)中，所述在光電的輸出端與風(fēng)電的輸出端連接在一起，為防止兩者之間的電壓差使某一回路成為另一回路的負載，電路中接入了防反二極管，這樣大電流充電情況下，防反二極管上的能量損耗還是較大的；問題之四在于對于光電和和風(fēng)電不能產(chǎn)生足夠的輸出功率的情況下，如何確保按照蓄電池的充電特性曲線或規(guī)定的充電模式對蓄電池進行充電，特別在大電流快充階段沒有提出相應(yīng)的解決方案，前述的一系列問題導(dǎo)致的結(jié)果是整個風(fēng)光互補充電系統(tǒng)的效率不高。本案發(fā)明人還注意到了 CN102170156A所批露的技術(shù)方案，其也是以前端風(fēng)電和光電的相關(guān)參數(shù)，包括電壓和電流參數(shù)為控制依據(jù)來對充電進行相應(yīng)的控制， CN101459997A所批露的技術(shù)方案所存在的問題CN102170156A亦存在。作為與本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，本案發(fā)明人特別注意到了 CN10168986A所公開的技術(shù)方案，該方案亦與風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)，其所批露的技術(shù)方案是在系統(tǒng)中增加了一個超級電容作為緩沖單元，設(shè)置的目的在于緩沖系統(tǒng)所產(chǎn)生的過高的電壓。該方案并不能實質(zhì)性地解決本發(fā)案明人在評述CN101459997A專利所公開的技術(shù)方案時指出的現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，同時，超級電容在初始狀態(tài)下存在對前端電路的負面影響。
本案發(fā)明人還注意到CN1362655A所公開的技術(shù)方案，該方案涉及一種太陽能充電系統(tǒng)，其是在系統(tǒng)中增設(shè)了一電壓轉(zhuǎn)換單元，所述電壓轉(zhuǎn)換單元由占空比控制電路控制， 通過電壓轉(zhuǎn)換單元來將發(fā)電不足的光電轉(zhuǎn)換成可充電電壓，以提高整個系統(tǒng)的效率。該方案對提升光電系統(tǒng)的整體效率有一定的作用，但并不適合直接應(yīng)用于風(fēng)電系統(tǒng)。綜上所述，本發(fā)明的目的在于提供一種風(fēng)光互補充電裝置，以解決現(xiàn)有風(fēng)光互補充電系統(tǒng)效率不高的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一種風(fēng)光互補充電裝置，包括風(fēng)能發(fā)電機和光電池，所述風(fēng)能發(fā)電機的電能經(jīng)整流單元整流后輸出，所述光電池的輸出側(cè)接有光電調(diào)節(jié)單元，所述光電調(diào)節(jié)單元將光電池輸出的電壓調(diào)節(jié)成適合向蓄電池充電的電壓，還包括一控制充電的總控制模塊， 其特征在于所述整流單元的輸出側(cè)接有提升功率因素的有源PFC單元，同時利用有源PFC 單元將風(fēng)能發(fā)電機經(jīng)整流單元整流后的輸出調(diào)節(jié)到適合向蓄電池充電的電壓，所述有源 PFC單元的輸出端以及光電調(diào)節(jié)單元的輸出端分別接有預(yù)儲單元，還包括風(fēng)電控制模塊和光電控制模塊，與所述有源PFC單元的輸出端聯(lián)接的預(yù)儲單元的輸出接至風(fēng)電控制模塊， 與所述光電調(diào)節(jié)單元的輸出聯(lián)接的預(yù)儲單元的輸出接至光電控制模塊，所述風(fēng)電控制模塊和光電控制模塊的輸出接到蓄電池，所述總控制模塊至少監(jiān)控預(yù)儲單元的電能狀態(tài)，所述風(fēng)電控制模塊和光電控制模塊包括導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)，并由總控制模塊根據(jù)分別根據(jù)二個預(yù)儲單元存儲的電能狀態(tài)進行控制，所述總控制模塊在對風(fēng)電控制模塊和光電控制模塊的控制策略中，至少包括所述風(fēng)電控制模塊和光電控制模塊不在同一時導(dǎo)通。作為進一步改進，所述預(yù)儲單元為電容性儲能單元，所述預(yù)儲單元由主儲能單元、 前置控制模塊以及過渡儲能單元所構(gòu)成，所述過渡儲能單元與主儲能單元間的聯(lián)通由前置控制模塊根據(jù)過渡儲能單元的電能存儲量控制，所述主儲能單元為雙電層電容器，所述過渡儲能單元由電容量的容量單位為微法拉級的電容構(gòu)成，具體過渡儲能單元的電容量工程上一般可在100微法拉至5000微法拉間選擇。所述的二個預(yù)儲單元通過其內(nèi)的主儲能單元分別輸出到后端的風(fēng)電控制模塊和光電控制模塊，所述總控制模塊監(jiān)控預(yù)儲單元存儲的電能狀態(tài)通過監(jiān)控主儲能單元存儲的電能狀態(tài)實現(xiàn)。所述的總控制模塊按預(yù)定的充電模式控制對蓄電池的充電，所述的預(yù)定充電模式包括浮充、均充、恒流充、涓流充、二段法充電以及三段法充電模式中的一種或多種，同時所述總控制模塊監(jiān)控蓄電池的狀態(tài)，至少監(jiān)控蓄電池的電壓值，并根據(jù)蓄電池的電壓值進行充電狀態(tài)判定，同時根據(jù)前述判定作出相應(yīng)的停止充電、轉(zhuǎn)換充電模式或轉(zhuǎn)換階段充電模式的控制。所述風(fēng)電控制模塊和光電控制模塊可以是一個斬波器，所述總控制模塊通過對斬波器的控制實現(xiàn)不同的充電模式，所述對斬波器的控制包括定頻調(diào)寬方式、定寬調(diào)頻方式以及調(diào)寬調(diào)頻方式。在本發(fā)明中，在二個預(yù)儲單元所儲的電能都具備向蓄電池充電的條件下，所述總控制模塊控制風(fēng)電控制模塊和光電控制模塊輪流導(dǎo)通向蓄電池充電。在本發(fā)明中，所述光電調(diào)節(jié)單元由光電壓控制單元控制，所述光電壓控制單元可以是一個占空比控制電路，這樣便于實現(xiàn)較寬幅度的電壓調(diào)整。本發(fā)明的這種風(fēng)光互補充電裝置，由于所述總控制模塊在對風(fēng)電控制模塊和光電控制模塊的控制策略中，至少包括了所述風(fēng)電控制模塊和光電控制模塊不在同一時導(dǎo)通的控制策略，為此取消了現(xiàn)有技術(shù)中的防反二板管，防反二極管上的能量損耗得以避免。本發(fā)明的這種風(fēng)光互補充電裝置，在所述整流單元的輸出側(cè)接有提升功率因素的有源PFC單元，有源PFC單元的輸出不隨輸入電壓波動變化，在風(fēng)電過低或過高的一定范圍內(nèi)都能在其輸出端獲得高度穩(wěn)定的輸出電壓，這樣一方面提升了系統(tǒng)的功率因數(shù)問題，另一方面也解決了風(fēng)電較低時不能進行有效充電的問題。在本發(fā)明中，光電的輸出環(huán)節(jié)設(shè)置有光電調(diào)節(jié)單元，在風(fēng)電的輸出環(huán)節(jié)中設(shè)置有有源PFC單元，所述的光電調(diào)節(jié)單元和有源PFC單元都具有調(diào)節(jié)電壓的能力，在光電和風(fēng)電發(fā)電不足的情況下，其具有將電壓提升到可充電電壓，但光是將電壓提升到可充電電壓在許多情況下并不能滿足規(guī)范充電的要求，為此本發(fā)明的發(fā)明人在光電和風(fēng)電的通道中中均設(shè)置了預(yù)儲單元，通過預(yù)儲單元存儲電能，在預(yù)儲單元存儲的電能足以滿足充電的要求時， 再向蓄電池充電。在本發(fā)明中，所述預(yù)儲單元為電容性儲能單元，所述預(yù)儲單元均由主儲能單元、前置控制模塊以及過渡儲能單元所構(gòu)成，所述過渡儲能單元與主儲能單元間的聯(lián)通由前置控制模塊根據(jù)過渡儲能單元的電能存儲量控制，所述主儲能單元為雙電層電容器，所述光電預(yù)儲單元由電容量的容量單位為微法拉級的電容構(gòu)成。這樣設(shè)置的目的在于考慮是作為主儲能單元的雙電層電容器的容量非常之大，其在儲能的過程中對前端電路的影響很大，為了避免這種影響，同時也為了解決雙電層電容器需要大電流充電的特性，在小電流充電時效率較低的問題，通過設(shè)置過渡儲能單元來解決這一問題，所述過渡儲能單元由微法拉級的電容構(gòu)成，為此相對而言其在儲能過程中對前端的電路影響較小，在過渡儲能單元存儲的電量達到一定值后，前置控制模塊導(dǎo)通，過渡儲能單元以大電量的方式向主儲能單元充 H1^ ο在本發(fā)明中，所述風(fēng)電控制模塊和光電控制模塊可以是一個斬波器，這樣通過所述總控制模塊通過對斬波器的控制，可以方便地實現(xiàn)不同的充電模式。綜上所述，本發(fā)明的目的顯然得以實現(xiàn)。


圖1是本發(fā)明較佳實施例所提供的一種風(fēng)光互補充電裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖。圖2是本發(fā)明較佳實施例所提供的一種風(fēng)光互補充電裝置在圖1的基礎(chǔ)上進一步細化了預(yù)儲單元后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖。各圖中
101為風(fēng)能發(fā)電機； 102為整流單元； 103為有源PFC單元； 201為光電電池； 202為光電調(diào)節(jié)單元； 203為光電壓控制單元；3為預(yù)儲單元； 301為過渡儲能單元； 302為前置控制模塊； 303為主儲能單元； 4為風(fēng)電控制模塊； 5為光電控制模塊； 6為總控制模塊； 7為蓄電池。
具體實施例方式以下將結(jié)合本發(fā)明較佳實施例所提供的一種風(fēng)光互補充電裝置及其附圖對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明較佳實施例提供的一種風(fēng)光互補充電裝置，如附圖1、附圖2所示，包括風(fēng)能發(fā)電機101和光電池201，所述風(fēng)能發(fā)電機101的電能經(jīng)整流單元102整流后輸出，所述光電池201的輸出側(cè)接有光電調(diào)節(jié)單元202，所述光電調(diào)節(jié)單元202將光電池201輸出的電壓調(diào)節(jié)成適合向蓄電池7充電的電壓，還包括一控制充電的總控制模塊6，其特征在于所述整流單元102的輸出側(cè)接有提升功率因素的有源PFC單元103，同時利用有源PFC單元103 將風(fēng)能發(fā)電機101經(jīng)整流單元102整流后的輸出調(diào)節(jié)到適合向蓄電池6充電的電壓，所述有源PFC單元103的輸出端以及光電調(diào)節(jié)單元202的輸出端分別接有預(yù)儲單元3，還包括風(fēng)電控制模塊4和光電控制模塊5，與所述有源PFC單元103的輸出端聯(lián)接的預(yù)儲單元3的輸出接至風(fēng)電控制模塊4，與所述光電調(diào)節(jié)單元102的輸出端聯(lián)接的預(yù)儲單元3的輸出接至光電控制模塊5，所述風(fēng)電控制模塊4和光電控制模塊5的輸出接到蓄電池7，所述總控制模塊6至少監(jiān)控預(yù)儲單元3的電能狀態(tài)，所述風(fēng)電控制模塊4和光電控制模塊5包括導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)，并由總控制模塊6根據(jù)分別根據(jù)二個預(yù)儲單元3存儲的電能狀態(tài)進行控制， 所述總控制模塊6在對風(fēng)電控制模塊4和光電控制模塊5的控制策略中，至少包括所述風(fēng)電控制模塊4和光電控制模塊5不在同一時導(dǎo)通。在本較佳實施例中，所述預(yù)儲單元3為電容性儲能單元，所述預(yù)儲單元3由主儲能單元303、前置控制模塊302以及過渡儲能單元301所構(gòu)成，所述過渡儲能單元301與主儲能單元303間的聯(lián)通由前置控制模塊302根據(jù)過渡儲能單元301的電能存儲量控制，當(dāng)過渡儲能單元301中的電量存儲夠后，前置控制模塊302將過渡儲能單元301與主儲能單元 303聯(lián)通起來，這時過渡儲能單元301向主儲能單元303充電，所述主儲能單元303為雙電層電容器，所述過渡儲能單元301由電容量的容量單位為微法拉級的電容構(gòu)成，具體的電容量工程上一般可在一百微法拉至5000微法拉間選擇，在本較佳實施例中為2000微法拉。在本較佳實施例中，所述的二個預(yù)儲單元3通過其內(nèi)的主儲能單元303分別輸出到后端的風(fēng)電控制模塊4和光電控制模塊5，所述總控制模塊6監(jiān)控預(yù)儲單元3存儲的電能狀態(tài)通過監(jiān)控主儲能單元303存儲的電能狀態(tài)實現(xiàn)。在本較佳實施例中，所述的總控制模塊6按三段法充電模式控制對蓄電池7的充電，同時所述總控制模塊6監(jiān)控蓄電池7的電壓值，并根據(jù)蓄電池7的電壓值來判斷現(xiàn)行的充電狀態(tài)，并根據(jù)前述判定作出相應(yīng)的停止充電、充電階段模式轉(zhuǎn)換的控制。
在本較佳實施例中，所述風(fēng)電控制模塊4和光電控制模塊5是一個斬波器，所述總控制模塊6通過對斬波器的控制實現(xiàn)不同的充電模式，所述對斬波器的控制在本較佳實施例中采用定頻調(diào)寬方式。在本較佳實施例中，在二個預(yù)儲單元3所儲的電能都具備向蓄電池7充電的條件下，所述總控制模塊6控制風(fēng)電控制模塊4和光電控制模塊5輪流導(dǎo)通向蓄電池7充電。
在本較佳實施例中，所述光電調(diào)節(jié)單元102由光電壓控制單元103控制，且所述光電壓控制單元103是一個占空比控制電路。綜上所述，本發(fā)明的一種風(fēng)光互補充電裝置，包括風(fēng)能發(fā)電機和光電池，所述光電池的輸出側(cè)接有光電調(diào)節(jié)單元，還包括一控制充電的總控制模塊，其特征在于所述整流單元的輸出側(cè)接有提升功率因素的有源PFC單元，所述有源PFC單元的輸出端以及光電調(diào)節(jié)單元的輸出端分別接有預(yù)儲單元，還包括風(fēng)電控制模塊和光電控制模塊，所述總控制模塊至少監(jiān)控預(yù)儲單元的電能狀態(tài)，所述總控制模塊在對風(fēng)電控制模塊和光電控制模塊的控制策略中，至少包括所述風(fēng)電控制模塊和光電控制模塊不在同一時導(dǎo)通。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的效率不高、系統(tǒng)消耗能耗較大以及不能在發(fā)電不足情況下充電的問題。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式
。但本發(fā)明保護范圍并不局限于此。任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，因此，發(fā)明的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)光互補充電裝置，包括風(fēng)能發(fā)電機和光電池，所述風(fēng)能發(fā)電機的電能經(jīng)整流單元整流后輸出，所述光電池的輸出側(cè)接有光電調(diào)節(jié)單元，所述光電調(diào)節(jié)單元將光電池輸出的電壓調(diào)節(jié)成適合向蓄電池充電的電壓，還包括一控制充電的總控制模塊，其特征在于所述整流單元的輸出側(cè)接有提升功率因素的有源PFC單元，同時利用有源PFC單元將風(fēng)能發(fā)電機經(jīng)整流單元整流后的輸出調(diào)節(jié)到適合向蓄電池充電的電壓，所述有源PFC單元的輸出端以及光電調(diào)節(jié)單元的輸出端分別接有預(yù)儲單元，還包括風(fēng)電控制模塊和光電控制模塊，與所述有源PFC單元的輸出端聯(lián)接的預(yù)儲單元的輸出接至風(fēng)電控制模塊，與所述光電調(diào)節(jié)單元的輸出聯(lián)接的預(yù)儲單元的輸出接至光電控制模塊，所述風(fēng)電控制模塊和光電控制模塊的輸出接到蓄電池，所述總控制模塊至少監(jiān)控預(yù)儲單元的電能狀態(tài)，所述風(fēng)電控制模塊和光電控制模塊包括導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)，并由總控制模塊根據(jù)分別根據(jù)二個預(yù)儲單元存儲的電能狀態(tài)進行控制，所述總控制模塊在對風(fēng)電控制模塊和光電控制模塊的控制策略中，至少包括所述風(fēng)電控制模塊和光電控制模塊不在同一時導(dǎo)通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)光互補充電裝置，其特征在于所述預(yù)儲單元為電容性儲能單元，所述預(yù)儲單元由主儲能單元、前置控制模塊以及過渡儲能單元所構(gòu)成，所述過渡儲能單元與主儲能單元間的聯(lián)通由前置控制模塊根據(jù)過渡儲能單元的電能存儲量控制，所述主儲能單元為雙電層電容器，所述過渡儲能單元由電容量的容量單位為微法拉級的電容構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種風(fēng)光互補充電裝置，其特征在于所述過渡儲能單元的電容量為100微法拉至5000微法拉。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種風(fēng)光互補充電裝置，其特征在于所述的二個預(yù)儲單元通過其內(nèi)的主儲能單元分別輸出到后端的風(fēng)電控制模塊和光電控制模塊，所述總控制模塊監(jiān)控預(yù)儲單元存儲的電能狀態(tài)通過監(jiān)控主儲能單元存儲的電能狀態(tài)實現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)光互補充電裝置，其特征在于所述的總控制模塊按預(yù)定的充電模式控制對蓄電池的充電，所述的預(yù)定充電模式包括浮充、均充、恒流充、涓流充、二段法充電以及三段法充電模式中的一種或多種，同時所述總控制模塊監(jiān)控蓄電池的狀態(tài)，至少監(jiān)控蓄電池的電壓值，并根據(jù)蓄電池的電壓值進行充電狀態(tài)判定，同時根據(jù)前述判定作出相應(yīng)的停止充電、轉(zhuǎn)換充電模式或轉(zhuǎn)換階段充電模式的控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種風(fēng)光互補充電裝置，其特征在于所述風(fēng)電控制模塊和光電控制模塊可以是一個斬波器，所述總控制模塊通過對斬波器的控制實現(xiàn)不同的充電模式，所述對斬波器的控制包括定頻調(diào)寬方式、定寬調(diào)頻方式以及調(diào)寬調(diào)頻方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)光互補充電裝置，其特征在于在二個預(yù)儲單元所儲的電能都具備向蓄電池充電的條件下，所述總控制模塊控制風(fēng)電控制模塊和光電控制模塊輪流導(dǎo)通向蓄電池充電。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)光互補充電裝置，其特征在于所述光電調(diào)節(jié)單元由光電壓控制單元控制，所述光電壓控制單元可以是一個占空比控制電路。
全文摘要
本發(fā)明的一種風(fēng)光互補充電裝置，包括風(fēng)能發(fā)電機和光電池，所述光電池的輸出側(cè)接有光電調(diào)節(jié)單元，還包括一控制充電的總控制模塊，其特征在于所述整流單元的輸出側(cè)接有提升功率因素的有源PFC單元，所述有源PFC單元的輸出端以及光電調(diào)節(jié)單元的輸出端分別接有預(yù)儲單元，還包括風(fēng)電控制模塊和光電控制模塊，所述總控制模塊至少監(jiān)控預(yù)儲單元的電能狀態(tài)，所述總控制模塊在對風(fēng)電控制模塊和光電控制模塊的控制策略中，至少包括所述風(fēng)電控制模塊和光電控制模塊不在同一時導(dǎo)通。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的效率不高、系統(tǒng)消耗能耗較大以及不能在發(fā)電不足情況下充電的問題。
文檔編號H02J9/00GK102570574SQ20121002585
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月7日
發(fā)明者李合, 李燕, 程潤澤, 程煥新 申請人:深圳市新能通節(jié)能科技有限公司