CN203826984U - 一种基于双输入Boost电路的风光互补发电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于双输入Boost电路的风光互补发电系统，风力发电机产生的交流电通过整流桥变换为直流电，作为双输入Boost变换器的一路输入，PV阵列输出作为另一路输入；双输入Boost变换器连接到蓄电池，蓄电池经过DC/DC斩波器后给直流负载供电，同时经过DC/AC逆变器给交流负载供电；控制器电连接到风力发电机，PV阵列，蓄电池，直流负载，交流负载，DC/DC斩波器和DC/AC逆变器，并通过PWM控制器连接到双输入Boost变换器。本实用新型采用了双输入Boost电路，该电路可以实现两种不同性质的电源输入，简化了传统的多输入变换器的电路结构，提高了电压增益，降低了开关器件电压应力。
Description
技术领域：
本实用新型涉及太阳能发电领域，尤其涉及一种基于双输入Boost电路的风光互补发电系统。
背景技术：
中国与欧美在光伏领域接连产生贸易摩擦，该行业注定要在漫长的时期内经历阵痛；产能过剩和电网建设滞后致使风电行业“弃风”问题凸显。做好以下三个方面的工作将有助于解决以上两个行业所面临的困境：产业结构调整势在必行；在发挥市场机制的前提下，规范产业发展程序也很重要；由于太阳能和风能具有天然的互补性和绝佳的匹配性，加快推进分布式风光互补发电系统在单位、社区和家庭的安装、使用更是具体措施之一。
传统的分布式风光互补发电系统中，两种能源形式各需要一个直流斩波电路，控制器协调控制开关管的通断，将波动性和随机性很大的直流输入变为可控的直流输出，并联在公共的直流母线上，供给储能设备或直流负载使用，其存在的缺陷：一方面结构复杂且成本较高；另一方面，变换器中开关管和二极管的电压应力高。
实用新型内容：
本实用新型的目的就是提供一种基于双输入Boost电路的风光互补发电系统，根据本地区的资源条件，合理配置系统容量后，该分布式风光互补发电系统可成为高性价比的独立电源系统。
本实用新型采用的技术方案为：
一种基于双输入Boost电路的风光互补发电系统，包括风力发电机，PV阵列，蓄电池：风力发电机产生的交流电通过整流桥变换为直流电，作为双输入Boost变换器的一路输入，PV阵列输出为直流电能，作为双输入Boost变换器的另一路输入；双输入Boost变换器连接到蓄电池，蓄电池经过DC/DC斩波器后给直流负载供电，同时经过DC/AC逆变器给交流负载供电；控制器电连接到风力发电机，PV阵列，蓄电池，直流负载，交流负载，DC/DC斩波器和DC/AC逆变器，并通过PWM控制器连接到双输入Boost变换器。
所述控制器优选飞思卡尔HCS12X单片机为核心，控制器采集风力发电机和PV阵列所产生的电流信号、蓄电池电压信号、负载侧电流信号，经过处理后产生两路PWM脉冲信号，控制双输入Boost变换器中开关管的通断，实现系统的最大功率点跟踪和蓄电池的充放电控制，同时产生另外两路PWM信号控制DC/DC斩波器和DC/AC逆变器中开关管的通断，保证负载的正常供电。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
传统风光互补发电系统很少采用最大功率跟踪技术，造成能源浪费，设备利用率也很低，现有实现最大功率点跟踪的风光互补发电系统常采用两套DC/DC装置，实际运营时投资成本高。Boost电路应用在MPPT上具有输入电流连续，驱动电路简单的优点，本实用新型采用了一种新型的双输入Boost电路，该电路可以实现两种不同性质的电源输入，简化了传统的多输入变换器的电路结构，提高了电压增益，降低了开关器件电压应力。控制器采用变步长扰动法的控制策略进行最大功率跟踪，风力机和太阳能电池板同时或独立供电时，输出电压可以稳定在系统最大功率所对应的点，脉动小。所设计的基于双输入Boost电路的风光互补发电系统可成为高性价比的独立电源，有利于该系统在单位、社区和家庭的推广使用。
附图说明：
附图1为本实用新型结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步详细说明：
一种基于双输入Boost电路的风光互补发电系统，包括风力发电机，PV阵列，蓄电池：风力发电机产生的交流电通过整流桥变换为直流电，作为双输入Boost变换器的一路输入，PV阵列输出为直流电能，作为双输入Boost变换器的另一路输入；双输入Boost变换器连接到蓄电池，蓄电池经过DC/DC斩波器后给直流负载供电，同时经过DC/AC逆变器给交流负载供电；控制器电连接到风力发电机，PV阵列，蓄电池，直流负载，交流负载，DC/DC斩波器和DC/AC逆变器，并通过PWM控制器连接到双输入Boost变换器。
基于双输入Boost电路的分布式风光互补系统包括风力发电机、整流桥、PV阵列、控制器、双输入Boost变换器、蓄电池、斩波器、逆变器和负载等，系统拓扑结构如图1所示。选用两块100W单晶太阳能电池板，一套额定功率为300W的风力机，两块12V200AH电瓶，控制器以飞思卡尔HCS12X单片机为核心。由于风力发电机和PV阵列的输出电压都比较小，而实际使用中电压较高，因此本系统采用Boost变换器，使输出电压高于输入电压，不采用BUCK变换器的另一个考虑是保证充电电流是连续的。风力发电机产生的交流电通过整流桥变换为直流电，作为双输入Boost变换器的一路输入； PV阵列输出为直流电能，作为双输入Boost变换器的另一路输入。根据系统所处的地区实时自然条件的不同，两种能源单独或同时向系统供电，经过直流斩波后，得到蓄电池所需直流充电电压。蓄电池经过DC/DC斩波器后给直流负载供电，如果是交流负载则利用DC/AC逆变器变换到所需交流电压。控制器采集风力发电机和PV阵列所产生的电流信号、蓄电池电压信号、负载侧电流信号，经过处理后产生两路PWM脉冲信号，控制双输入Boost变换器中开关管的通断，实现系统的最大功率点跟踪和蓄电池的充放电控制，同时产生另外两路PWM信号控制DC/DC斩波器和DC/AC逆变器中开关管的通断，保证负载的正常供电。
双输入Boost电路最大功率点跟踪算法
在白天或没有风时，光伏阵列输出功率占绝大部分，光伏阵列MPPT策略运行。调整双输入Boost电路中开关管的占空比来调节转换电路的等效电阻，实现对太阳能电池板输出电压的调节，从而使光伏阵列的输出功率达到最大值。分布式风光互补发电系统最大功率跟踪采用变步长占空比扰动观察法，通过改变占空比D的大小来调节双输入变换电路的输入与输出之间的关系，实现阻抗匹配的同时，又达到了最大功率跟踪的目的。系统运行时，控制器输出PWM信号占空比为D1，输出功率为P1，跟踪初期给信号加一个步长较大的扰动?D，扰动后的功率为P2，当P2>P1时，继续按此方向扰动，否则需要改变扰动方向。若双向扰动后P2≤P1，这时可采用较小的步长继续扰动，当?D<Dmin时，停止扰动，此时的工作点近似为当前的最大功率点。
在晚上或阴雨天时，光伏阵列输出能量很少，风力机提供功率，风力机MPPT跟踪思路如下：
① 实际风速<切入风速，风力机不工作，MPPT策略不运行；
② 切入风速≤实际风速≤额定风速，MPPT策略运行，风力机工作在最佳叶尖速比附近；
③ 若额定风速<实际风速<切出风速，MPPT策略采用恒功率控制；
若实际风速>切出风速，风力机不工作。
上述实施例仅为本实用新型的较佳的实施方式，除此之外，本实用新型还可以有其他实现方式。需要说明的是，在没有脱离本实用新型构思的前提下，任何显而易见的改进和修饰均应落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于双输入Boost电路的风光互补发电系统，包括风力发电机，PV阵列，蓄电池，其特征在于：风力发电机产生的交流电通过整流桥变换为直流电，作为双输入Boost变换器的一路输入，PV阵列输出为直流电能，作为双输入Boost变换器的另一路输入；双输入Boost变换器连接到蓄电池，蓄电池经过DC/DC斩波器后给直流负载供电，同时经过DC/AC逆变器给交流负载供电；控制器电连接到风力发电机，PV阵列，蓄电池，直流负载，交流负载，DC/DC斩波器和DC/AC逆变器，并通过PWM控制器连接到双输入Boost变换器。
2.根据权利要求1所述的基于双输入Boost电路的风光互补发电系统，其特征在于：所述控制器优选飞思卡尔HCS12X单片机为核心，控制器采集风力发电机和PV阵列所产生的电流信号、蓄电池电压信号、负载侧电流信号，经过处理后产生两路PWM脉冲信号，控制双输入Boost变换器中开关管的通断，实现系统的最大功率点跟踪和蓄电池的充放电控制，同时产生另外两路PWM信号控制DC/DC斩波器和DC/AC逆变器中开关管的通断，保证负载的正常供电。
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|---|---|---|---|---|
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| CN112018818A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-12-01 | 吉林大学 | 一种风光储一体化智能站系统 |
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