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一种风光互补光伏电源系统方案

2014-01-17 16:15
Radow
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  结合实践论述了风光互补能源的合理性,给出了基于Mcu的风光互补独立电源的硬件构成以及软件流程。并对其中的关键技术:如双标三阶段充电的流程、逆变模块的MCU实现硬件构成等详加阐述。同时也结合实例,介绍了风光互补独立电源系统的实际应用。

  综合利用了风能、光能的风光互补独立电源系统是一种合理的电源系统。不仅能为电网供电不便的地区,如边防哨所,通讯的中继站,交通的信号站,勘探考察的工作站以及农牧区提供低成本、高可靠性的电源,而且也为解决当前的能源危机和环境污染开辟了一条新路。

  单独的太阳能或风能系统,由于受时间和地域的约束,很难全天候利用太阳能和风能资源。而太阳能与风能在时间上和地域上都有很强的互补性,白天光照强时风小,夜间光照弱时,风能由于地表温差变化大而增强,太阳能和风能在时间上的互补性是风光互补发电系统在资源利用上的最佳匹配。

  1 硬件构成

  风光互补独立电源系统由光伏发电单元、风力发电单元、系统智能管理核心、逆变器储能元件等构成。

  系统的具体构成参数由使用时最大用电负荷与日平均用电量决定。最大用电负荷是选择系统逆变器容量的依据,而平均日发电量则是选择风机及光电板容量和蓄电池组容量的依据。同时系统安装地点的风光资源状况也是确定光电板和风机容量的另一个依据。

  光伏发电单元与风力发电单元光伏发电单元采用所需规模的光电板,转换太阳光能,并通过智能管理核心对蓄电池充电、放电、逆变进行统一管理。风力发电单元利用小型风力发电机,转换风能,同时通过智能管理核心控制整个系统的允放电。两个单元在能源的采集上互相补充,同时又各具特色:光伏发电单元供电可靠,运行维护成本低,但造价高;风力发电单元发电量高,造价和运行维护成本低,但可靠性低。

  储能元件铅酸蓄电池足风光互补独立电源系统常用的储能元件,其成本低、容量大、免维护的特性使其成为风光互补独立电源的首选。由于风电和光电单元必须通过蓄电池储能才能稳定供电,蓄电池合理的容量和科学的充放电是系统寿命的保证,本系统采用双标三阶段充电,实现对铅酸蓄电池的科学充电。风光互补独立电源采用双储能系统,包括二套铅酸蓄电池组,使得充放电能同时进行,通过智能核心控制既可以对负载放电,同时叉可以在充电条件到达时对备用储能电池组充电,两组蓄电池之间的切换由系统实时监测其电压状态决定。

  MOSFET充放模块由智能管理核心驱动的MOSFET充电模块,可根据系统的不同,选取不同电压等级的MOSFET,来实现系统对蓄电池的充放电。MOSFET可选用International Rectifier公司的第三代HEXFETs产品,IR系列产品具有开关迅速、开通阻抗低、性价比高等特色。控制模块根据不同的MOSFET门级电压设计,由智能管理核心控制MOSFET模块的输出状态。

  逆变器系统不仅可以提供稳定的直流供电,带动直流负载,而且可以通过逆变吕提供单相交流电。

  智能管理核心由LCM液晶显示模块、键盘、MCU组成,是系统控制、管理的核心,驱动MOSFET充电模块实现对蓄电池的双标三阶段充电,驱动JCBT实现DC/AC逆变、以及系统的实时保护和数据再现与传输等,同时提供风机的磁电限速保护,在风力过功率时,给风机反向磁阻力矩,降低风机转速。系统核心MCU选用TI公司的MSP430单片机,其丰富的片上资源使得系统的控制和管理都极为方便。

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