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    新聞資訊

    一種風光互補光伏電源系統方案

    分離理論闡述了風光互補能源的合理性,給出了基于Mcu的風光互補獨立電源的硬件構成以及軟件流程。并對其中的關鍵技術:如雙標三階段充電的流程、逆變模塊的MCU完成硬件構成等詳加論述。同時也分離實例,引見了風光互補獨立電源系統的實踐應用。
    綜合應用了風能、光能的風光互補獨立電源系統是一種合理的電源系統。不只能為電網供電不便的地域,如邊防哨所,通訊的中繼站,交通的信號站,勘探調查的工作站以及農牧區提供低本錢、高牢靠性的電源,而且也為處理當前的能源危機和環境污染開拓了一條新路。
    單獨的太陽能或風能系統,由于受時間和地域的約束,很難全天候應用太陽能微風能資源。而太陽能與風能在時間上和地域上都有很強的互補性,白晝光照強時風小,夜間光照弱時,風能由于地表溫差變化大而加強,太陽能微風能在時間上的互補性是風光互補發電系統在資源應用上的最佳匹配。
    1 硬件構成
    風光互補獨立電源系統由光伏發電單元、風力發電單元、系統智能管理中心、逆變器、儲能元件等構成。
    系統的詳細構成參數由運用時最大用電負荷與日均勻用電量決議。最大用電負荷是選擇系統逆變器容量的根據,而均勻日發電量則是選擇風機及光電板容量和蓄電池組容量的根據。同時系統裝置地點的風光資源情況也是肯定光電板微風機容量的另一個根據。
    光伏發電單元與風力發電單元光伏發電單元采用所需范圍的光電板,轉換太陽光能,并經過智能管理中心對蓄電池充電、放電、逆變停止統一管理。風力發電單元應用小型風力發電機,轉換風能,同時經過智能管理中心控制整個系統的允放電。兩個單元在能源的采集上相互補充,同時又各具特征:光伏發電單元供電牢靠,運轉維護本錢低,但造價高;風力發電單元發電量高,造價和運轉維護本錢低,但牢靠性低。
    儲能元件鉛酸蓄電池足風光互補獨立電源系統常用的儲能元件,其本錢低、容量大、免維護的特性使其成為風光互補獨立電源的首選。由于風電和光電單元必需經過蓄電池儲能才干穩定供電,蓄電池合理的容量和科學的充放電是系統壽命的保證,本系統采用雙標三階段充電,完成對鉛酸蓄電池的科學充電。風光互補獨立電源采用雙儲能系統,包括二套鉛酸蓄電池組,使得充放電能同時停止,經過智能中心控制既能夠對負載放電,同時叉能夠在充電條件抵達時對備用儲能電池組充電,兩組蓄電池之間的切換由系統實時監測其電壓狀態決議。
    MOSFET充放模塊由智能管理中心驅動的MOSFET充電模塊,可依據系統的不同,選取不同電壓等級的MOSFET,來完成系統對蓄電池的充放電。MOSFET可選用International Rectifier公司的第三代HEXFETs產品,IR系列產品具有開關疾速、開通阻抗低、性價比高等特征。控制模塊依據不同的MOSFET門級電壓設計,由智能管理中心控制MOSFET模塊的輸出狀態。
    逆變器系統不只能夠提供穩定的直流供電,帶動直流負載,而且能夠經過逆變呂提供單相交流電。
    智能管理中心由LCM液晶顯現模塊、鍵盤、MCU組成,是系統控制、管理的中心,驅動MOSFET充電模塊完成對蓄電池的雙標三階段充電,驅動JCBT完成DC/AC逆變、以及系統的實時維護和數據再現與傳輸等,同時提供風機的磁電限速維護,在風力過功率時,給風機反向磁阻力矩,降低風機轉速。系統中心MCU選用TI公司的MSP430單片機,其豐厚的片上資源使得系統的控制和管理都極為便當。 
    2 系統工作原理及軟件完成
    2.1 雙標三階段充電原理及完成
    鉛酸蓄電池是系統的儲能元件,電是影響風光互補系統壽命的關鍵要素,對鉛酸蓄電池充放電的控制直接影響蓄電池的壽命,不合理的充放電將直接招致蓄電池的解體。系統智能管理中心拄制蓄電池的充放電過程。本系統采用雙標三階段充電來優化充電過程。雙標三階段充電過程契合鉛酸蓄電池的特性,能很好地維護蓄電池。三階段充電過程。
    第一階段 大電流灌充階段(high currentbulk charge state)由電壓采樣電路獲取蓄電池的電壓情況,當電壓小于過規范開路電壓(Voc)時,太陽能電源、風力發電機以其所能提供的最大電流對蓄電池充電(最大電流對不同功率的系統取值不同,可按C/5充電率取值,C為蓄電池容量),由于太陽能電池微風力發電機的電流與天氣情況有關,所以大電流的取值將在一定范圍之內。堅持大電流充電至Voc后,進入第二階段。第一階段的充電水平可達70%~90%。
    第二階段 過電壓恒充階段(over chargestate)以恒定的過規范電壓(Voc)充電,直到充電電流降至Ioct進入第三階段。第二階段的充電水平近100%。
    第三階段浮充階段(float charge state)以恒定準確的浮充電壓Vf停止浮充。蓄電池充溢后,以浮充方式維持電壓。浮充電壓的選擇對蓄電池的壽命尤為重要,即便5%的誤差也將使得蓄電池的壽命縮短一半。
    智能管理中心充電流程。智能中心實時采集并判別系統狀態,與輸入控制、觸發信號結合控制充電狀態。
    2.2逆變器原理與完成
    DC/DC變換由48V鉛酸蓄電池輸出經過Boost電路升壓至360V,采用UC3825PWM控制芯片,其產牛PWM頻率高,且造價低。DC/AC逆變器主電路由H橋式ICBT構成,還包括熔斷器、抗干擾的濾波器、維護二極管等。控制電路由控制環節和維護環節兩局部構成智能管理中心作為控制環節對主電路的輸入電壓、輸出電壓、輸出頻率和輸出波形停止校正控制。維護環節分為硬件維護局部和軟件維護局部,完成對系統的短路、過載、失壓、過壓、缺相等的維護。逆變后的單項交流電經過電壓、電傳播感器,把狀態返回智能管理中心,以便對波形實行校正。逆變器的電路構成。
    2.3 系統控制維護原理與完成
    風光互補電源系統依據性能可分為充電狀態、負載狀態(放電狀態)、維護狀態。系統同時監測光伏發電單元、風力發電單元、負載和兩組蓄電池的情況,在相應條件下,進入對應的狀態。在每一狀態中,系統不只完成本身階段的工作,還可依據用戶需求給出相應的系統參數顯現、多系統之間的通訊及系統與E位機之問的通訊,系統狀態流程。
    系統在初始化中,完成參數的設定,如光伏發電單元電壓、電流、負載、過壓、過流維護參數;風力發電機的磁電維護參數;鉛酸蓄電池雙標三階段充電的充電系數。同時也完成系統人機通訊(鍵盤、液晶模塊、LED等)的初始化和系統通用串行通訊模塊的設定。
    系統經過實時采樣模塊、上位機觸發信號和用戶控制信號結合判別系統所處的狀態。首先,經過實時采樣模塊采集系統的實時電壓、電流,判別光伏發電單元、風力發電單元、儲能蓄電池和負載的情況,從而決議系統應處的狀態。其次,上位機觸發信號和用戶控制信號也結合控制系統狀態,可強行控制系統從一種狀態轉入其他狀態。
    系統在充電狀態中以雙標二階段充電法對鉛酸蓄電池停止合理允電,經過在線對系統中光伏發電單元、風力發電單元、蓄電池和負載的狀態采集,合理完成灌充和過電壓恒充,并以浮充狀態維持鉛酸蓄電池的電壓。
    在負載狀態(放電狀態)中,按負載需求,停止直流或單項交流供電。同時監測蓄電池組的狀態,在抵達設定條件時,與備用蓄電池組完成輪番充放電,進步系統對能源的應用。另外,在負載狀態時,鉛酸蓄電池的狀態也需實時監測,以免過放對蓄電池形成損傷。
    當風光互補系統巾的光伏發電單元、風力發電單元、鉛酸蓄電池、負載以及系統內部的狀態參數抵達所設的維護值時,系統進人維護狀態,防止了短路、過壓、過流等對系統的危害,保證系統的正常運轉。如對風力發電機的磁電限速維護,鉛酸蓄電池的過放維護,以及對負載的過壓維護等。
    同時,系統提供了便當的人機接口,可在線獲取系統中充、放電的電流、電壓參數及系統的狀態參數。通用串行通訊模塊提供了系統之間、系統與上位機之間的通訊,便當的輸入控制,多種的顯現輸出以及靈敏的通訊不只保證了系統的平安運轉,也大大便利r系統的維護、檢修和管理。
    3 實踐應用
    風光互補獨立電源系統已實踐應用于中小功率用電系統,如路燈、家用照明等。由于太陽能、風能供電的共同互補優點,近年來風光互補獨立電源系統得到疾速開展。
    如需滿足4對55W低壓鈉燈的供電,每盞燈光通亮7800lm,按實地狀況采用l000W太陽能電池板,300W的小型風力發電機,兩組.400A·h左右的鉛酸蓄電池,可滿足所需照明.若需加長在無風、陰天持續狀態下的供電天數,可恰當加大鉛酸蓄電池的容量。這里所選的詳細參數是分離了當地天氣情況、負載需求情況而選取的。
    本系統分離詳細路燈的實踐應用,接人感光器件,判別白晝與黑夜,完成了無人管理。把系統分為3個狀態:狀態l——蓄電池電壓過低,不能再放電,否則影響蓄電池壽命;狀態2——蓄電池電壓正常,可停止充放電;狀態3——蓄電池電壓過高,對負載有傷害,需停止放電后,方可接入負載。
    4 結語
    風光互補電源系統完成了對自然資源的合理應用,而風光互補的技術計劃保證了系統的高牢靠性。基于MCU的風光互補獨立電源系統不只在理論上有保證,而且在實踐應用中也得到了檢驗。

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