專利名稱：基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補發(fā)電電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及采用可再生能源發(fā)電的電源技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種基于光伏
陣列切換控制的風(fēng)光互補發(fā)電電源裝置。
背景技術(shù)：
太陽能和風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，將是人類未來最重要的能量來源之一，太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電對緩解當(dāng)今的能源危機和改善生態(tài)環(huán)境具有非常重要的意義。 移動通信系統(tǒng)已經(jīng)在世界各國大規(guī)模應(yīng)用，數(shù)量龐大的移動通信基站分散分布于需要信號覆蓋的地方。隨著通信網(wǎng)絡(luò)逐漸擴展到遠離電網(wǎng)或供電不穩(wěn)定的地區(qū)，大量的移動通信基站將要建設(shè)在山區(qū)、海島、沙漠、高原等偏遠地區(qū)，因而采用各種替代能源為移動通信基站提供電力也成為其必然的選擇。 由于風(fēng)力和陽光資源的天然互補性，風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)在資源上彌補了風(fēng)電和光電獨立系統(tǒng)在資源上的缺陷。風(fēng)光互補供電系統(tǒng)各發(fā)電單元可以獨立控制也能協(xié)調(diào)工作，供電安全性和可靠性大大提高。移動通信基站一般建在較高的建筑物或者山坡上，接受太陽能輻射量和風(fēng)能相對較高，風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)將是今后通信基站離網(wǎng)型電源發(fā)展的主流方向。 —般風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列、風(fēng)力發(fā)電機及AC/DC變換器、泄荷器件、儲能裝置和控制器組成，需要交流輸出時還會有DC/AC逆變器。儲能裝置一般為可以充放電的蓄電池組。其中光伏陣列、風(fēng)力發(fā)電機的AC/DC變換器、蓄電池組和負(fù)載一般都直接連接到公共直流母線，或通過控制開關(guān)連接到公共直流母線。由于蓄電池組的鉗位作用，系統(tǒng)充電端和放電端的電壓會平衡到同一電壓值，導(dǎo)致負(fù)載的工作電壓、儲能裝置的充放電范圍、光伏陣列和風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)電能力相互影響。 首先，光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電分別受日照強度和風(fēng)速變化的影響，其發(fā)出的電力極不穩(wěn)定，所以風(fēng)光互補系統(tǒng)通常需要配備一定容量的蓄電池組進行補償，以保持電能輸出穩(wěn)定。由于風(fēng)光互補系統(tǒng)受自然環(huán)境的影響很大，發(fā)電功率具有間斷性和不可預(yù)測性等特點，蓄電池組需要不斷地吸收或者釋放能量，可能經(jīng)常反復(fù)進行深度充放電，導(dǎo)致蓄電池的使用壽命縮短，增加了系統(tǒng)的維護成本。 其次，負(fù)載在工作時的功率需求大多具有脈動性質(zhì)，即瞬時功率高平均功率較低，為防止極端惡劣天氣時，系統(tǒng)儲備電力不足，一般需要配置遠大于正常使用容量的蓄電池組，以保證系統(tǒng)的正常工作。這樣不僅會提高系統(tǒng)的購置成本，還會在發(fā)電低谷期，造成全部蓄電池長時間處于虧電狀態(tài)運行，導(dǎo)致蓄電池的使用壽命縮短，也增加了系統(tǒng)的維護成本。 再次，風(fēng)力發(fā)電機發(fā)電功率的大幅波動會造成公共直流母線電壓的波動，為了保證系統(tǒng)的正常運行，光伏陣列和風(fēng)力發(fā)電機可能會被頻繁切出，光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的利用率都大大降低。系統(tǒng)的發(fā)電能力低于設(shè)計預(yù)期，可能導(dǎo)致系統(tǒng)的運行狀況進一步惡化。[0009] 因此，改進光伏陣列的控制方式，可優(yōu)化蓄電池的充放電過程，減少蓄電池的充放電循環(huán)次數(shù)，延長蓄電池的使用壽命，提高系統(tǒng)的發(fā)電能力，穩(wěn)定系統(tǒng)的放電輸出，是風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)中亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于光伏陣列切換控
制的風(fēng)光互補發(fā)電電源裝置。本實用新型通過改進光伏陣列的控制方式，可優(yōu)化蓄電池的充放電過程、減少蓄電池的充放電循環(huán)次數(shù)、延長蓄電池的使用壽命、提高電源裝置的發(fā)電能力、穩(wěn)定電源裝置的放電輸出，以保障系統(tǒng)的正常工作。 為了達到上述目的，本實用新型包括光伏陣列、風(fēng)力發(fā)電機、AC/DC變換器、泄荷器件、泄荷開關(guān)、儲能裝置、控制器，充電側(cè)直流母線、放電側(cè)直流母線、光伏陣列切換電路、蓄電池組切換電路；充電側(cè)直流母線和放電側(cè)直流母線，可以是正極相連且接地而負(fù)極相互隔離，也可以是負(fù)極相連且接地而正極相互隔離；儲能裝置由多個蓄電池組構(gòu)成；光伏陣列通過光伏陣列切換電路，或連接到充電側(cè)直流母線，或連接到放電側(cè)直流母線，或被短接；每個蓄電池組通過蓄電池組切換電路，或連接到充電側(cè)直流母線，或連接到放電側(cè)直流母線，或不被連接；風(fēng)力發(fā)電機通過AC/DC變換器連接到充電側(cè)直流母線；泄荷器件可通過泄荷開關(guān)并聯(lián)在風(fēng)力發(fā)電機和AC/DC變換器之間，或者被斷開。 本發(fā)明的原理是充電側(cè)直流母線和放電側(cè)直流母線將電源裝置的充電回路和放電回路相互隔離；儲能裝置的各個蓄電池組通過蓄電池組切換電路，或與充電側(cè)直流母線連接進入充電回路，或與放電側(cè)直流母線連接進入放電回路，按照設(shè)定的方式依序輪換充電或放電；風(fēng)力發(fā)電機連接到充電側(cè)直流母線，為輪換到充電回路的蓄電池組充電，直至其充滿為止，切換另一個蓄電池組充電；負(fù)載連接到放電側(cè)直流母線，由輪換到放電回路的蓄電池組供電，直至其放電到指定的程度為止，切換另一個蓄電池組供電；光伏陣列則優(yōu)先連接到放電側(cè)直流母線，與連接到放電回路的蓄電池組并行供電，以減少蓄電池組的使用強度；當(dāng)光伏陣列發(fā)電能力過高時，則切換到充電側(cè)直流母線，與連接到充電回路的風(fēng)力發(fā)電機一起為輪換到充電回路的蓄電池組充電；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機發(fā)電能力過高時，為防止充電回路的蓄電池組過充，光伏陣列則優(yōu)先退出充電側(cè)直流母線，進一步的，泄荷器件通過泄荷開關(guān)并聯(lián)在風(fēng)力發(fā)電機和AC/DC變換器之間，保護充電側(cè)直流母線的安全。[0013] 更進一步的，所述的儲能裝置由至少三個容量相近且可相互并聯(lián)的蓄電池組構(gòu)成；光伏陣列可與至少一個連接到充電側(cè)直流母線的蓄電池組構(gòu)成充電直流回路，或可與至少一個連接到放電側(cè)直流母線的蓄電池組和負(fù)載構(gòu)成放電直流回路。在所述的光伏陣列切換電路中，具有1個輸入端和3個輸出端，3個輸出端為充電端、放電端和接地端；控制器發(fā)出的信號控制輸入端切換到只與指定的1個輸出端連接；光伏陣列或通過充電端與充電側(cè)直流母線連接，或通過放電端與放電側(cè)直流母線連接，或通過接地端被短接而關(guān)閉。這樣，相對穩(wěn)定的光伏發(fā)電可以被放電蓄電池組平衡后直接使用。 本發(fā)明所述的控制器為包含中央控制單元、充電檢測單元、放電檢測單元的智能控制器；充電檢測單元和放電檢測單元，實時監(jiān)測充電側(cè)直流母線的電壓Vc和電流Ic、放電側(cè)直流母線的電壓Vd和電流Id;中央控制單元根據(jù)系統(tǒng)控制程序設(shè)定的電壓值、電流值及其回差，進行比較和運算，向各控制開關(guān)發(fā)出脈沖指令，在充電直流回路中，接入或斷開或短接光伏陣列，接入或斷開泄荷器件，依序輪換接入充電蓄電池組，或在放電直流回路中，接入或斷開光伏陣列，依序輪換接入放電蓄電池組。 更優(yōu)選的，所述的光伏陣列由至少兩個可相互并聯(lián)的子陣列構(gòu)成，且所述的光伏陣列切換電路為光伏陣列逐級切換電路；每個子陣列相互獨立，且均可通過光伏陣列逐級切換電路，或只與充電側(cè)直流母線連接，或只與放電側(cè)直流母線連接，或只被短接。[0016] 在所述的光伏陣列逐級切換電路中，具有與光伏陣列子陣列個數(shù)相同數(shù)量的輸入端和3個輸出端，3個輸出端為充電端、放電端和接地端；控制器發(fā)出的信號控制每個輸入端切換到只與指定的1個輸出端連接；每個光伏子陣列或通過充電端與充電側(cè)直流母線連接，或通過放電端與放電側(cè)直流母線連接，或通過接地端被短接而關(guān)閉。這樣，相對穩(wěn)定的光伏發(fā)電可以最大限度的被放電蓄電池組平衡后直接使用。 更進一步的，本實用新型中還可包含過載保護電路、負(fù)載分配電路或DC/AC逆變器。所述智能控制器，通過監(jiān)測充電側(cè)直流母線的電壓電流變化，在充電直流回路中，逐級接入或斷開或短接光伏子陣列，接入或斷開泄荷器件，依序輪換接入充電蓄電池組；通過監(jiān)測放電側(cè)直流母線的電壓電流變化，在放電直流回路中，逐級接入或斷開光伏子陣列，接入或斷開次要負(fù)載，關(guān)閉或開啟DC/AC逆變器，依序輪換接入放電蓄電池組。[0018] 上述的光伏陣列切換電路和光伏陣列逐級切換電路中，可采用雙穩(wěn)態(tài)繼電器、M0SFET、 IGBT或固態(tài)繼電器等電子開關(guān)元件來實現(xiàn)。在滿足切換電路負(fù)荷的前提下，盡可能選擇脈沖工作方式、維持電流小、以及通態(tài)壓降較低的控制方式，以降低切換電路的功耗。[0019] 本實用新型的基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補發(fā)電電源裝置，與現(xiàn)有的公知技術(shù)相比具有以下優(yōu)點 (1)光伏陣列切換控制，即可減少蓄電池組的使用強度，又可優(yōu)化蓄電池的充放電過程，減少了蓄電池組的充放電循環(huán)次數(shù)，延長了蓄電池的使用壽命，提高了系統(tǒng)的供電保障能力。 (2)放電蓄電池組兩端的電壓波動縮小，能直接為直流負(fù)載提供穩(wěn)定的電力，降低了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換損耗，提高了系統(tǒng)輸出的穩(wěn)定性。 (3)充電過程不受放電過程的限制，光伏陣列和風(fēng)力發(fā)電機可連續(xù)接入，光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的利用率大大提高，相當(dāng)于增加了系統(tǒng)的發(fā)電能力。 本實用新型特別適合于用作遠離電網(wǎng)的、直流負(fù)載要求穩(wěn)定電壓的、通信基站的供電電源。

圖1是表示本實用新型實施例1的系統(tǒng)原理框圖；[0025] 圖2是表示本實用新型實施例1的電路原理圖； 圖3是進一步表示采用雙穩(wěn)態(tài)繼電器的光伏陣列切換電路原理圖；[0027] 圖4是進一步表示采用M0SFET的光伏陣列逐級切換電路原理圖；[0028] 圖5是表示本實用新型實施例2的系統(tǒng)原理框圖。[0029] 符號說明 附圖中1為光伏陣列，101為光伏子陣列1， 102為光伏子陣列2， 103為光伏子陣列3， 104為光伏子陣列4，2為風(fēng)力發(fā)電機，3為AC/DC變換器，4為充電側(cè)直流母線，5為放電側(cè)直流母線，6為蓄電池組切換電路，6A為充電端，6B為放電端，601為分配端1，602為分配端2， 603為分配端3，7為儲能裝置，71為蓄電池組1，72為蓄電池組2， 73為蓄電池組3，8為泄荷器件，9為泄荷開關(guān)，10為中央控制單元，11為充電檢測單元，12為放電檢測單元，14為過載保護電路，15為負(fù)載分配電路，16為直流設(shè)備，16A為直流主機設(shè)備，16B為直流次要設(shè)備，17為DC/AC逆變器，18為交流設(shè)備，18B為交流輔助設(shè)備，19為光伏陣列切換電路，19X為光伏陣列逐級切換電路，19A為充電端，19B為放電端，190為接地端，191為輸入端1， 192為輸入端2， 193為輸入端3， 194為輸入端4， 20為控制器，21為雙穩(wěn)態(tài)繼電器，22為MOSFET， Pl為脈沖開關(guān)1， P2為脈沖開關(guān)2， P3為脈沖開關(guān)3， P4為脈沖開關(guān)4， P5為脈沖開關(guān)5， P6為脈沖開關(guān)6， P7為脈沖開關(guān)7， P8為脈沖開關(guān)8， P9為脈沖開關(guān)9， P10為脈沖開關(guān)10， Pll為脈沖開關(guān)11， P12為脈沖開關(guān)12。
具體實施方式下面參照附圖并通過實施例詳細說明本實用新型的具體實施方式
。[0032] 實施例1 —種基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補發(fā)電電源裝置的基本型，如圖1所示。它包括光伏陣列(D、風(fēng)力發(fā)電機(2)、AC/DC變換器(3)、儲能裝置(7)、泄荷器件(8)、泄荷開關(guān)(9)、控制器(20)，充電側(cè)直流母線(4)、放電側(cè)直流母線(5)、蓄電池組切換電路(6)、光伏陣列切換電路(19)、DC/AC逆變器(17);儲能裝置(7)由3個蓄電池組(71、72和73)構(gòu)成，蓄電池組1、2和3(71、72和73)的容量相同且可相互并聯(lián)；控制器(20)還包含中央控制單元(10)、充電檢測單元(11)、放電檢測單元(12)。 如圖2所示，光伏陣列(1)連接到光伏陣列切換電路(19)的輸入端(191)，通過充電端(19A)可與充電側(cè)直流母線(4)連接，通過放電端(19B)可連接到放電側(cè)直流母線(5)，通過接地端(190)可被短接；風(fēng)力發(fā)電機(2)通過AC/DC變換器(3)與充電側(cè)直流母線(4)連接；蓄電池組切換電路(6)的充電端(6A)連接到充電側(cè)直流母線(4)，蓄電池組切換電路(6)的放電端(6B)連接到放電側(cè)直流母線(5);蓄電池組1、2或3(71、72或73)分別與蓄電池組切換電路(6)的分配端1、2或3(601、602或603)連接；直流設(shè)備(16) 、 DC/AC逆變器(17)和與之相連的交流設(shè)備(18)連接到放電側(cè)直流母線(5)。[0035] 在本實施例中，充電側(cè)直流母線(4)和放電側(cè)直流母線(5)的正極相連且接地而負(fù)極相互隔離的連接方式；電源裝置可輸出DC-48V，并可通過DC/AC逆變器(17)輸出AC220V。 本實施例中的光伏陣列切換電路(19)和蓄電池組切換電路(6)都采用雙穩(wěn)態(tài)繼電器(21)作為電子開關(guān)元件，脈沖工作方式，維持電流很小，通態(tài)壓降很低，可有效降低切換電路的功耗。 如圖3所示，在光伏陣列切換電路(19)中有3個雙穩(wěn)態(tài)繼電器(21)，包含3個觸點，每個雙穩(wěn)態(tài)繼電器(21)的控制線圈對應(yīng)連接到中央控制單元的脈沖信號開關(guān)(P1、P2、P3);每個觸點的一端并聯(lián)在一起，形成l個輸入端(191) ;3個觸點的另一端形成3個輸出端(19A、19B、190)，即充電端(19A)、放電端(19B)和接地端(190)。 開機巡檢后，中央控制單元(10)發(fā)出脈沖信號，控制分配端(601)與充電端(6A)接通，分配端(603)與放電端(6B)接通，分配端(602)空置。這樣，蓄電池組1(71)連接到充電側(cè)直流母線(4)，蓄電池組3(73)連接到放電側(cè)直流母線(5)，蓄電池組2(72)處于空置狀態(tài)。 中央控制單元(10)對脈沖信號開關(guān)1 (Pl)發(fā)出脈沖信號，光伏陣列(1)通過光伏陣列切換電路(19)的充電端(19A)、風(fēng)力發(fā)電機(2)通過AC/DC變換器(3)連接到充電側(cè)直流母線(4)，為連接到充電回路的蓄電池組1(71)充電，直至其充滿為止；中央控制單元(10)通過充電檢測單元(11)檢測充電側(cè)直流母線(4)的電壓Vc的變化，根據(jù)設(shè)定的充滿電壓V2及回差A(yù)V2，發(fā)出脈沖信號，控制分配端(602)與充電端(6A)接通，蓄電池組2(72)連接到充電側(cè)直流母線(4)繼續(xù)充電；同時，控制分配端(601)與充電端(6A)斷開，蓄電池組1(71)處于空置狀態(tài)，等待放電。 直流設(shè)備(16)和DC/AC逆變器(17)連接到放電側(cè)直流母線(5)，由連接到放電回路的蓄電池組3(73)供電。當(dāng)中央控制單元(10)通過放電檢測單元(12)檢測到放電側(cè)直流母線(5)的電壓Vd低于設(shè)定的低壓預(yù)警電壓V4時，對脈沖信號開關(guān)3(P3)發(fā)出脈沖信號，控制光伏陣列切換電路(19)切換到放電端(19B)，將光伏陣列(1)連接到放電側(cè)直流母線(5)，與連接到放電回路的蓄電池組3(73)并行供電；當(dāng)中央控制單元(10)通過放電檢測單元(12)檢測到放電側(cè)直流母線(5)的電壓Vd高于設(shè)定的最高工作電壓V3時，對脈沖信號開關(guān)1(P1)發(fā)出脈沖信號，控制光伏陣列切換電路(19)切換到充電端(19A)，將光伏陣列(1)退出到充電側(cè)直流母線(4)，為連接到充電回路的蓄電池組充電。[0041] 直至中央控制單元(10)通過放電檢測單元(12)檢測放電側(cè)直流母線(5)的電壓Vd的變化，根據(jù)設(shè)定的欠壓電壓V5及回差A(yù)V5，發(fā)出脈沖信號，控制分配端(601)與放電端(6B)接通，蓄電池組1(71)連接到放電側(cè)直流母線(4)繼續(xù)放電；同時，控制分配端(603)與放電端(6B)斷開，蓄電池組3(73)處于空置狀態(tài)，等待充電。[0042] 如此循環(huán)，每個蓄電池組(71、72或73)依序輪換充電或放電。[0043] 另外，當(dāng)中央控制單元(10)通過充電檢測單元(11)檢測到充電側(cè)直流母線(4)的電壓Vc達到設(shè)定的過充保護電壓Vl時，對脈沖信號開關(guān)2(P2)發(fā)出脈沖信號，控制光伏陣列切換電路(19)切換到接地端(190)，光伏陣列(1)被短接而關(guān)閉；如Vc繼續(xù)大于Vl，則進一步發(fā)出信號，控制泄荷開關(guān)(9)接入泄荷器件(8)。當(dāng)中央控制單元(10)通過充電檢測單元(11)檢測到充電側(cè)直流母線(4)的電壓Vc低于設(shè)定的過充保護電壓Vl回差A(yù) VI時，發(fā)出信號，控制泄荷開關(guān)(9)斷開泄荷器件(8)，并進一步對脈沖信號開關(guān)1(P1)發(fā)出脈沖信號，光伏陣列切換電路(19)切換到充電端(19A)，光伏陣列(1)重新接入到充電側(cè)直流母線(4)。 當(dāng)中央控制單元(10)通過充電檢測單元(11)檢測到充電側(cè)直流母線(4)的電壓Vc達到設(shè)定的過放保護電壓V6時，發(fā)出信號，控制蓄電池組切換電路(6)關(guān)閉其放電端(6B)。當(dāng)中央控制單元(10)通過充電檢測單元(11)檢測到充電側(cè)直流母線(4)的電壓Vc高于設(shè)定的最高工作電壓V3時，發(fā)出信號，控制蓄電池組切換電路(6)輪換充電蓄電池組到放電側(cè)直流母線(5)，重新開始放電。[0045] 實施例2 —種基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補發(fā)電電源裝置的擴展型，如圖5所示。它包括光伏陣列(D、風(fēng)力發(fā)電機(2)、AC/DC變換器(3)、泄荷器件(8)、儲能裝置(7)、控制器(20)，充電側(cè)直流母線(4)、放電側(cè)直流母線(5)、蓄電池組切換電路(6)、光伏陣列逐級切換電路(19X)、泄荷開關(guān)(9)、DC/AC逆變器(17)、過載保護電路(14)、負(fù)載分配電路(15);儲能裝置(7)劃分成3個蓄電池組(71 、72和73)，蓄電池組1、2和3(71、72和73)的容量相同且可相互并聯(lián)；光伏陣列(1)劃分成4個光伏子陣列(101、102、103和104)，光伏子陣列1、2、3和4(101、 102、 103和104)的額定電壓相同且可相互并聯(lián)；控制器(20)還包含中央控制單元(10)、充電檢測單元(11)、放電檢測單元(12)。 光伏子陣列1、2、3和4(101、 102、 103和104)分別連接到光伏陣列逐級切換電路(19X)的輸入端1、2、3和4(191、192、193和194)，可分別通過充電端(19A)與充電側(cè)直流母線(4)連接，或通過放電端(19B)連接到放電側(cè)直流母線(5)，或通過接地端(190)被短接；風(fēng)力發(fā)電機(2)通過AC/DC變換器(3)與充電側(cè)直流母線(4)連接；蓄電池組切換電路(6)的充電端(6A)連接到充電側(cè)直流母線(4)，蓄電池組切換電路(6)的放電端(6B)連接到放電側(cè)直流母線(5);每個蓄電池組(71、72或73)獨立的與蓄電池組切換電路(6)的分配端1、2或3(601、602或603)連接。 在本實施例中，充電側(cè)直流母線(4)和放電側(cè)直流母線(5)的正極相連且接地而負(fù)極相互隔離；負(fù)載分配電路(15)通過過載保護電路(14)連接到放電側(cè)直流母線(5)，直流主機設(shè)備(16A)、直流次要設(shè)備(16B)和DC/AC逆變器(17)連接到負(fù)載分配電路(15)上，DC/AC逆變器(17)上連接交流輔助設(shè)備(18B);電源裝置可輸出DC-48V，并可通過DC/AC逆變器(17)輸出AC220V。 在蓄電池組切換電路(6)和光伏陣列逐級切換電路(19X)中采用MOSFET(22)作為電子開關(guān)元件，脈沖控制方式，維持電流很小，通態(tài)壓降低，可有效降低切換電路的功耗。[0050] 如圖4所示的光伏陣列逐級切換電路(19X)中采用12個M0SFET(22)作為電子開關(guān)元件，每3個M0SFET(22)為一組；每個MOSFET(22)的柵極，對應(yīng)連接到中央控制單元的脈沖信號開關(guān)1 12(P1 12);每組M0SFET(22)中，3個M0SFET(22)的源極并聯(lián)在一起，形成1個輸入端，4組M0SFET(22)形成4個輸入端(191、 192、 193、 194);各組M0SFET (22)中對應(yīng)的一個漏極并聯(lián)在一起，形成3個輸出端(19A、19B、190)，即充電端(19A)、放電端(19B)和接地端(190)。 開機巡檢后，中央控制單元(10)發(fā)出脈沖信號，控制分配端(601)與充電端(6A)接通，分配端(603)與放電端(6B)接通，分配端(602)空置。這樣，蓄電池組1(71)連接到充電側(cè)直流母線(4)，蓄電池組3(73)連接到放電側(cè)直流母線(5)，蓄電池組2(72)處于空置狀態(tài)。 中央控制單元(10)對脈沖信號開關(guān)1、4、7、10(P1、4、7、10)發(fā)出脈沖信號，光伏子陣列1、2、3和4(101、102、103和104)通過光伏陣列逐級切換電路(19X)的充電端(19A)、風(fēng)力發(fā)電機(2)通過AC/DC變換器(3)連接到充電側(cè)直流母線(4)，為連接到充電回路的蓄電池組1(71)充電，直至其充滿為止；中央控制單元(10)通過充電檢測單元(11)檢測充電側(cè)直流母線(4)的電壓Vc的變化，根據(jù)設(shè)定的充滿電壓V2及回差A(yù)V2，發(fā)出脈沖信號，控制分配端(602)與充電端(6A)接通，蓄電池組2(72)連接到充電側(cè)直流母線(4)繼續(xù)充電；同時，控制分配端(601)與充電端(6A)斷開，蓄電池組1(71)處于空置狀態(tài)，等待放電。[0053] 直流主機設(shè)備(16A)、直流次要設(shè)備(16B)和DC/AC逆變器(17)通過過載保護電路(14)和負(fù)載分配電路(15)連接到放電側(cè)直流母線(5)，由連接到放電回路的蓄電池組3(73)供電。當(dāng)中央控制單元(10)通過放電檢測 元(12)檢測到放電側(cè)直流母線(5)的電壓Vd低于設(shè)定的低壓預(yù)警電壓V4時，對脈沖信號開關(guān)3、6、9、 12 (P3、6、9、 12)發(fā)出脈沖信號，控制光伏陣列逐級切換電路(19X)將光伏子陣列1、2、3或4(101、102、103或104)逐個連接到放電側(cè)直流母線(5)，與連接到放電回路的蓄電池組3(73)并行供電；當(dāng)中央控制單元(10)通過放電檢測單元(12)檢測到放電側(cè)直流母線(5)的電壓Vd高于設(shè)定的最高工作電壓V3時，對脈沖信號開關(guān)1、4、7、10(P1、4、7、10)發(fā)出脈沖信號，控制光伏陣列逐級切換電路(19X)將光伏子陣列1、2、3或4(101、102、103或104)逐個退出到充電側(cè)直流母線(4)，為連接到充電回路的蓄電池組充電。 直至中央控制單元(10)通過放電檢測單元(12)檢測放電側(cè)直流母線(5)的電壓Vd的變化，根據(jù)設(shè)定的欠壓電壓V5及回差A(yù)V5，發(fā)出脈沖信號，控制分配端(601)與放電端(6B)接通，蓄電池組1(71)連接到放電側(cè)直流母線(4)繼續(xù)放電；同時，控制分配端(603)與放電端(6B)斷開，蓄電池組3(73)處于空置狀態(tài)，等待充電。[0055] 如此循環(huán)，蓄電池組1、2或3(71、72或73)依序輪換充電或放電。[0056] 另外，當(dāng)中央控制單元(10)通過充電檢測單元(11)檢測到充電側(cè)直流母線(4)的電壓Vc達到設(shè)定的過充保護電壓V1時，對脈沖信號開關(guān)2、5、8、11(P2、5、8、11)發(fā)出脈沖信號，控制光伏陣列逐級切換電路(19X)切換到接地端(190)，逐個短接光伏子陣列1、2、3或4(101、102、103或104);如Vc繼續(xù)大于VI，則進一步發(fā)出信號，控制泄荷開關(guān)(9)接入泄荷器件(8)。當(dāng)中央控制單元(10)通過充電檢測單元(11)檢測到充電側(cè)直流母線(4)的電壓Vc低于設(shè)定的過充保護電壓Vl及回差A(yù)V1時，發(fā)出信號，控制泄荷開關(guān)(9)斷開泄荷器件(8)，并進一步對脈沖信號開關(guān)1、4、7、10(P1、4、7、10)發(fā)出脈沖信號，控制光伏陣列逐級切換電路(19X)切換到充電端(19A)，逐個接入光伏子陣列1、2、3或4(101、102、103或104)，光伏陣列(1)重新接入到充電側(cè)直流母線(4)。 當(dāng)中央控制單元(10)通過充電檢測單元(11)檢測到充電側(cè)直流母線(4)的電壓Vc達到設(shè)定的過放保護電壓V6時，發(fā)出信號，控制蓄電池組切換電路(6)關(guān)閉其放電端(6B)。當(dāng)中央控制單元(10)通過充電檢測單元(11)檢測到充電側(cè)直流母線(4)的電壓Vc高于設(shè)定的最高工作電壓V3時，發(fā)出信號，控制蓄電池組切換電路(6)輪換充電蓄電池組到放電側(cè)直流母線(5)，重新開始放電。 更進一步的，中央控制單元(10)通過充電檢測單元(11)檢測充電側(cè)直流母線(4)的電流Ic變化，根據(jù)設(shè)定的過流保護電流Il，對脈沖信號開關(guān)2、5、8、ll(P2、5、8、11)發(fā)出脈沖信號，控制光伏陣列逐級切換電路(19X)切換到接地端(190)，關(guān)閉全部光伏子陣列，并控制泄荷開關(guān)(9)接入泄荷器件(8)。 中央控制單元(10)通過放電檢測單元(12)檢測放電側(cè)直流母線(5)的電流Id變化，根據(jù)設(shè)定的過載保護電流I2，發(fā)出信號控制負(fù)載分配電路(15)關(guān)閉直流次要設(shè)備(16B)和DC/AC逆變器(17)，直至關(guān)閉全部負(fù)載。
權(quán)利要求一種基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補發(fā)電電源裝置，其包括光伏陣列、風(fēng)力發(fā)電機、AC/DC變換器、泄荷器件、泄荷開關(guān)、儲能裝置和控制器，其特征在于所述的電源裝置中還包括充電側(cè)直流母線、放電側(cè)直流母線、光伏陣列切換電路、蓄電池組切換電路，且儲能裝置由多個蓄電池組構(gòu)成；光伏陣列通過光伏陣列切換電路，或連接到充電側(cè)直流母線，或連接到放電側(cè)直流母線，或被短接；每個蓄電池組通過蓄電池組切換電路，或連接到充電側(cè)直流母線，或連接到放電側(cè)直流母線，或不被連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補發(fā)電電源裝置，其特征在于 所述的光伏陣列切換電路，具有1個輸入端和3個輸出端，3個輸出端為充電端、放電端和接 地端；輸入端對應(yīng)接入光伏陣列；輸入端只可切換到與指定的l個輸出端連接；光伏陣列或 通過充電端與充電側(cè)直流母線連接，或通過放電端與放電側(cè)直流母線連接，或通過接地端 被短接而關(guān)閉。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補發(fā)電電源裝置，其特征在于 所述的儲能裝置由至少三個容量相近且可相互并聯(lián)的蓄電池組構(gòu)成；光伏陣列可與至少一 個連接到充電側(cè)直流母線的蓄電池組構(gòu)成充電直流回路，或可與至少一個連接到放電側(cè)直 流母線的蓄電池組和負(fù)載構(gòu)成放電直流回路。
4. 一種如權(quán)利要求1 3所述的基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補發(fā)電電源裝置，其 特征在于所述的光伏陣列由至少兩個可相互并聯(lián)的子陣列構(gòu)成，且所述的光伏陣列切換電 路為光伏陣列逐級切換電路；每個子陣列相互獨立，且均可通過光伏陣列逐級切換電路，或 只與充電側(cè)直流母線連接，或只與放電側(cè)直流母線連接，或只被短接。
5. 如權(quán)利要求4所述的基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補發(fā)電電源裝置，其特征在于 所述的光伏陣列逐級切換電路，具有與光伏陣列子陣列個數(shù)相同數(shù)量的輸入端和3個輸出 端，3個輸出端為充電端、放電端和接地端；每個光伏陣列子陣列連接到對應(yīng)的輸入端；每 個輸入端只可切換到與指定的1個輸出端連接；每個光伏子陣列或通過充電端與充電側(cè)直 流母線連接，或通過放電端與放電側(cè)直流母線連接，或通過接地端被短接而關(guān)閉。
6. 如權(quán)利要求1所述的基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補發(fā)電電源裝置，其特征在于 所述的控制器包含中央控制單元、充電檢測單元、放電檢測單元。
7. 如權(quán)利要求1所述的基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補發(fā)電電源裝置，其特征在于 所述的光伏陣列切換電路可采用雙穩(wěn)態(tài)繼電器、M0SFET、 IGBT或固態(tài)繼電器作為電子開關(guān) 元件來實現(xiàn)。
8. 如權(quán)利要求4所述的基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補發(fā)電電源裝置，其特征在于 所述的光伏陣列逐級切換電路可采用雙穩(wěn)態(tài)繼電器、M0SFET、 IGBT或固態(tài)繼電器作為電子 開關(guān)元件來實現(xiàn)。
9. 如權(quán)利要求6所述的基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補發(fā)電電源裝置，其特征在于 所述的控制器還可包含過載保護電路、負(fù)載分配電路或DC/AC逆變器。
專利摘要本實用新型公開了一種基于光伏陣列切換控制的風(fēng)光互補發(fā)電電源裝置，其包括光伏陣列、風(fēng)力發(fā)電機、蓄電池組、泄荷器件、泄荷開關(guān)、控制器、充電側(cè)直流母線、放電側(cè)直流母線、蓄電池組切換電路、光伏陣列切換電路、過載保護電路、負(fù)載分配電路、AC/DC變換器、DC/AC逆變器?？刂破魍ㄟ^監(jiān)測充電側(cè)直流母線和放電側(cè)直流母線的電壓電流變化，逐級切換光伏陣列的部分或全部接入充電回路或放電回路。本實用新型可有效提高光伏陣列和風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)電能力以及蓄電池的利用率，延長蓄電池的使用壽命，提供穩(wěn)定的直流輸出，降低電源裝置的成本，特別適合于用作遠離電網(wǎng)的通信基站供電電源。
文檔編號H02J7/35GK201466783SQ20092006772
公開日2010年5月12日 申請日期2009年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月13日
發(fā)明者路建鄉(xiāng) 申請人:路建鄉(xiāng)