本實用新型涉及可再生能源發(fā)電技術領域，特別涉及一種風能光伏發(fā)電儲能逆變綜合控制一體化裝置。

背景技術：

相關技術中，風光發(fā)電系統(tǒng)無論是離網(wǎng)型還是并網(wǎng)型的設計，發(fā)電系統(tǒng)的核心都是控制器和逆變器，特別是一些獨立運行的中小型風光發(fā)電系統(tǒng)，都是采用控制器與逆變器來滿足對電能輸入輸出需求的。目前，對于風光互補控制逆變一體機的研究主要集中在一體機控制策略和蓄電池管理上。市場上大部分控制逆變一體機只采用一個控制單元來完成風力發(fā)電和光伏發(fā)電對蓄電池的充電管理，這樣雖然可以降低成本，控制器控制方法也容易，但是這種風機和光伏組件共用控制器單元的方法會降低風能和太陽能的利用率，而且當控制器發(fā)生故障時，整個發(fā)電系統(tǒng)都會癱瘓。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服背景技術中的不足，提供一種風能光伏發(fā)電儲能逆變綜合控制一體化裝置，其穩(wěn)定性和可靠性高。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案：一種風能光伏發(fā)電儲能逆變綜合控制一體化裝置，包括：

直流母線系統(tǒng)；

風能控制單元系統(tǒng)，風力發(fā)電機組通過所述風能控制單元系統(tǒng)與所述直流母線系統(tǒng)相連；

光伏控制單元系統(tǒng)，太陽能光伏電池組通過所述光伏控制單元系統(tǒng)與所述直流母線系統(tǒng)相連；

超級電容電池組，所述超級電容電池組與所述直流母線系統(tǒng)相連；

逆變輸出功率單元，所述逆變輸出功率單元與所述直流母線系統(tǒng)相連；

逆變指令處理系統(tǒng)，所述風能控制單元系統(tǒng)、光伏控制單元系統(tǒng)、超級電容電池組和逆變輸出功率單元分別與所述逆變指令處理系統(tǒng)相連，所述逆變指令處理系統(tǒng)采集從所述風能控制單元系統(tǒng)、光伏控制單元系統(tǒng)和超級電容電池組反饋的信號并且根據(jù)采集到的反饋信號以及外界輸入的指令控制所述超級電容電池組和逆變輸出功率單元的工作。

于本實用新型的一個或多個實施例當中，還包括有：

信息交換通訊系統(tǒng)，所述信息交換通訊系統(tǒng)與所述逆變指令處理系統(tǒng)相連。

于本實用新型的一個或多個實施例當中，所述風能控制單元系統(tǒng)包括依次相連的整流單元、卸荷吸收保護單元和降壓式變換單元。

于本實用新型的一個或多個實施例當中，所述光伏控制單元系統(tǒng)包括依次相連的FET反接保護單元、降壓式變換單元和FET反接保護單元。

于本實用新型的一個或多個實施例當中，所述逆變輸出功率單元主要包括依次相連的半橋推挽升壓單元、全橋整流電路、高壓直流輸出電路、輸出檢測電路、MCU處理器、PWM信號輸出電路，其中半橋推挽升壓單元的輸入端與所述直流母線系統(tǒng)相連，PWM信號輸出電路的輸出端與所述半橋推挽升壓單元相連；還包括有：

電壓檢測電路和驅(qū)動與保護電路，所述電壓檢測電路的輸入端與所述直流母線系統(tǒng)相連，輸出端與所述MCU處理器相連；所述PWM信號輸出電路的輸出端與所述驅(qū)動與保護電路的輸入端相連，所述驅(qū)動與保護電路的輸出端分別與所述全橋整流電路和MCU處理器相連。

本實用新型同背景技術相比所產(chǎn)生的有益效果：

本實用新型設計的風能光伏發(fā)電儲能逆變綜合控制一體化裝置，風力發(fā)電機組、太陽能光伏電池組分別具有自己的控制單元系統(tǒng)，各自獨立工作，并且通過直流母線系統(tǒng)、逆變指令處理系統(tǒng)共同完成對超級電容電池組的充放電管理，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本公開。

附圖說明

圖1為實施例中綜合控制一體化裝置的方框圖；

圖2為實施例中風能控制單元系統(tǒng)的方框圖；

圖3為實施例中光伏控制單元系統(tǒng)的方框圖；

圖4為實施例中逆變輸出功率單元的方框圖；

圖5為實施例中逆變輸出功率單元的拓撲結構圖；

圖6為實施例中超級電容電池組的模式流程圖；

圖7為實施例中超級電容電池組的拓撲結構圖。

具體實施方式

下面詳細描述本實用新型的實施例，所述的實施例示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，對于方位詞，如有術語“中心”，“橫向” 、“縱向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示方位和位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于敘述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定方位構造和操作，不能理解為限制本實用新型的具體保護范圍。

此外，如有術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或隱含指明技術特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隱含包括一個或者多個該特征，在本實用新型描述中，“至少”的含義是一個或一個以上，除非另有明確具體的限定。

在本實用新型中，除另有明確規(guī)定和限定，如有術語“組裝”、“相連”、“連接”術語應作廣義去理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；也可以是機械連接；可以是直接相連，也可以是通過中間媒介相連，可以是兩個元件內(nèi)部相連通。對于本領域普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述的術語在本實用新型中的具體含義。

在實用新型中，除非另有規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅是表示第一特征水平高度高于第二特征的高度。第一特征在第二特征 “之下”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度低于第二特征。

下面結合說明書的附圖，通過對本實用新型的具體實施方式作進一步的描述，使本實用新型的技術方案及其有益效果更加清楚、明確。下面通過參考附圖描述實施例是示例性的，旨在解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。

請參看圖1所示的，本實施例提供一種風能光伏發(fā)電儲能逆變綜合控制一體化裝置，包括：

直流母線系統(tǒng)；

風能控制單元系統(tǒng)，風力發(fā)電機組通過所述風能控制單元系統(tǒng)與所述直流母線系統(tǒng)相連；

光伏控制單元系統(tǒng)，太陽能光伏電池組通過所述光伏控制單元系統(tǒng)與所述直流母線系統(tǒng)相連；

超級電容電池組，所述超級電容電池組與所述直流母線系統(tǒng)相連；

逆變輸出功率單元，所述逆變輸出功率單元與所述直流母線系統(tǒng)相連；

逆變指令處理系統(tǒng)，所述風能控制單元系統(tǒng)、光伏控制單元系統(tǒng)、超級電容電池組和逆變輸出功率單元分別與所述逆變指令處理系統(tǒng)相連，所述逆變指令處理系統(tǒng)采集從所述風能控制單元系統(tǒng)、光伏控制單元系統(tǒng)和超級電容電池組反饋的信號并且根據(jù)采集到的反饋信號以及外界輸入的指令控制所述超級電容電池組和逆變輸出功率單元的工作。

本實施例設計的風能光伏發(fā)電儲能逆變綜合控制一體化裝置，風力發(fā)電機組、太陽能光伏電池組分別具有自己的控制單元系統(tǒng)，各自獨立工作，并且通過直流母線系統(tǒng)、逆變指令處理系統(tǒng)共同完成對超級電容電池組的充放電管理，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

優(yōu)選地，還包括有信息交換通訊系統(tǒng)，所述信息交換通訊系統(tǒng)與所述逆變指令處理系統(tǒng)相連，以此便于與外界建立通訊，進而可使本實施例的風能光伏發(fā)電儲能逆變綜合控制一體化裝置成為一種有效的中小型可再生能源發(fā)電站用技術系統(tǒng)集成裝置。

本實施例設計涉及的綜合控制一體化裝置由于采用風能控制單元系統(tǒng)、光伏控制單元系統(tǒng)、超級電容電池組和逆變輸出功率單元等多個獨立的功能單元，各獨立的功能單元需要獨立處理對應的發(fā)電和逆變功能，還需要相互協(xié)調(diào)各功能單元的長期運行、相對穩(wěn)定有效，所以實際設計時，設立逆變輸出功率單元的同時還建立逆變指令處理系統(tǒng)。逆變指令處理系統(tǒng)在裝置運行各功能時需要協(xié)調(diào)監(jiān)控超級電容電池組的放電能力狀況、確定放電逆變時機，并結合當前運行采樣的數(shù)據(jù)來判斷風能控制單元系統(tǒng)、光伏控制單元系統(tǒng)是否處于良好運行狀態(tài)，以給出合適的逆變指令、充電狀況指示等。運行時，本裝置還能結合本機采集到的數(shù)據(jù)情況，按照外界輸入的指令適時調(diào)整逆變輸出功率單元的輸出功率。

本實施例基于直流母線系統(tǒng)下的一種風能光伏發(fā)電儲能逆變綜合控制一體化裝置。該裝置被用來對風力發(fā)電機組與太陽能光伏電池組相結合的發(fā)電裝置在超級電容電池組能量不足時進行儲能運行，能量充足且外界有指令輸入時將運行逆變輸出功率單元輸出超級電容電池組的能量并同時維持風力發(fā)電機組、太陽能光伏電池組對直流母線系統(tǒng)的正常充電。而當超級電容電池組能量不足或無能量輸出能力時，無論有主動或非主動逆變指令，逆變指令處理系統(tǒng)都能主動關閉逆變輸出功率單元，僅僅運行風力發(fā)電機組、太陽能光伏電池組對超級電容電池組的充電功能。特別地，為保證三個不同用途的功能單元電路的穩(wěn)定運行，本裝置內(nèi)部設置了直流母線系統(tǒng)，直流母線系統(tǒng)被證明是獲得更穩(wěn)定的運行狀態(tài)算法簡單、易于擴展的成本低結構，這樣也更有益于本裝置結合本體實時樣本數(shù)據(jù)判斷超級電容電池組的運行與否、穩(wěn)定維持輸入能量的有效接收，進而實現(xiàn)輸入輸出能量的最大化利用。

本實施例的風能光伏發(fā)電儲能逆變綜合控制一體化裝置最大限度的利用了風電、光伏電源，使得任何時候兩者都能對超級電容電池組輸入能源，或者是按照需要輸出能量。由于是基于直流母線系統(tǒng)結構與優(yōu)選電路，裝置整體的長期運行變得更為穩(wěn)定可靠、獨立有效和有益于管控。本裝置采用超級電容電池組作為風電和光伏發(fā)電的能量儲存單元，儲能電源的能量外送視電池組能量狀況和外界指令控制情況自動提供，且這種自動運行狀態(tài)中并沒有采用常規(guī)的物理投切開關實現(xiàn)功能控制。

優(yōu)選地，直流母線系統(tǒng)的電壓為24VDC。

優(yōu)選地，如圖2所示，所述風能控制單元系統(tǒng)包括依次相連的整流單元、卸荷吸收保護單元和降壓式變換單元。風能控制單元系統(tǒng)主要處理風力發(fā)電機組的發(fā)電輸入、輸出逆變指令處理系統(tǒng)并提供采樣數(shù)據(jù)，即反饋信號，因為存在風機會由于外部風力過大時可能存在的多余功率沖擊逆變指令處理系統(tǒng)，所以設計了卸荷吸收保護單元，降壓式變換單元處理完成功率跟蹤處理后通過放反沖擊二極管對直流母線系統(tǒng)提供電能。

優(yōu)選地，如圖3所示，所述光伏控制單元系統(tǒng)包括依次相連的FET反接保護單元、降壓式變換單元和FET反接保護單元。光伏控制單元系統(tǒng)主要處理太陽能光伏電池組輸入能量的管控輸出與采樣數(shù)據(jù)的輸出，特別地，電路在降壓式變換單元輸入輸出側采用兩級負極FET反接保護單元而不是二極管類保護電路，這樣處理的主要作用是提高光伏輸入的能量轉換效率降低控制器功率消耗。

優(yōu)選地，如圖4所示，所述逆變輸出功率單元主要包括依次相連的半橋推挽升壓單元、全橋整流電路、高壓直流輸出電路、輸出檢測電路、MCU處理器、PWM信號輸出電路，其中半橋推挽升壓單元的輸入端與所述直流母線系統(tǒng)相連，PWM信號輸出電路的輸出端與所述半橋推挽升壓單元相連；還包括有：

電壓檢測電路和驅(qū)動與保護電路，所述電壓檢測電路的輸入端與所述直流母線系統(tǒng)相連，輸出端與所述MCU處理器相連；所述PWM信號輸出電路的輸出端與所述驅(qū)動與保護電路的輸入端相連，所述驅(qū)動與保護電路的輸出端分別與所述全橋整流電路和MCU處理器相連。

逆變輸出功率單元采用的是直流高壓方式直接輸出而不是逆變成正弦波交流，這有利于效率轉換的提高和后繼能量電路的有效搭載聯(lián)結。特別地，由于直流母線系統(tǒng)的電壓設定為24VDC，所以采用半橋推挽升壓單元作為超級電容電池組能量輸出的通道電路，逆變輸出功率單元的拓撲方框圖如圖5所示，因這種電路結構的設計降低了電路損耗和元器件的耐壓能力，確保系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行，同時也基于小功率、高轉換效率及較低成本的考慮。

如圖6和圖7所示，本超級電容電池組還能在放電條件滿足時接收外部放電指令執(zhí)行放電模式，放電過程中不干涉風力發(fā)電機組與太陽能光伏電池組的持續(xù)跟蹤處理與輸入。直流母線系統(tǒng)上各功能單元同時接收外部指令控制并實時監(jiān)控功能單元的工作狀態(tài)，并給出智能化燈光提醒與警示。選擇超級電容電池組作為裝置系統(tǒng)的儲能單元能確保裝置系統(tǒng)的長期穩(wěn)定和短時大功率運行，也延長因多次充放電影響能量密度問題帶來的儲能器件更換周期。為保證能量輸出和儲能效果，本裝置選用的超級電容電池組為四套16V500F成品模組兩串一并式接入電路。超級電容電池組設計有其自己的充放電管理模塊和信息通訊接口，其電路拓撲結構如圖7所示。超級電容電池組的充放電模式由其端電壓的值與管理控制模式確定，端電壓臨近設定的最高或放電終了限制電壓時，通過電流電壓監(jiān)控環(huán)節(jié)采樣交由MCU功能電路進行對應管理控制。其內(nèi)部接收處理工作模式控制流程如圖6所示。

在說明書的描述中，參考術語“合一個實施例”、“優(yōu)選地”、“示例”、“具體示例”或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點，包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中，在本說明書中對于上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或者示例中以合適方式結合。

通過上述的結構和原理的描述，所屬技術領域的技術人員應當理解，本實用新型不局限于上述的具體實施方式，在本實用新型基礎上采用本領域公知技術的改進和替代均落在本實用新型的保護范圍，應由各權利要求限定之。