[发明专利]高效率风光互补发电控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电、太阳能发电互补发电控制装置，特别涉及宽范围风速和光照条件下的风能和太阳能高效捕获控制装置。

背景技术

太阳能是目前最具发展潜力的可再生能源之一。风能是太阳能在地球表面的另外一种表现形式，由于地球表面的不同形态(如沙土地面、植被地面和水面)对太阳光照的吸热系数不同，在地球表面形成温差，地表空气的温度不同形成空气对流而产生风能。因此，太阳能与风能在时间上和地域上天然具有很强的互补性。白天太阳光最强时，风很小，晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能加强。在夏季，太阳光强度大而风小，冬季，太阳光强度弱而风大。

太阳能和风能在时间上的互补性使风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性，风光互补发电系统是资源条件较好的独立供电系统。风光互补发电系统可以在沙漠、高原、海岛等偏远地区为居民、部队等提供清洁可再生的电力。

风光互补发电系统分别受到风速变化和日照强度变化的影响，为了给用电设备提供稳定的电力供应，通常需要蓄电池等储能装置将风光互补发电系统所发出的多余能量储存起来，以备风能和太阳能不足时继续向负载供电。为了使储能设备能够储存尽可能多的能量，需要风力发电和太阳能发电尽可能捕获更多的风能和太阳能。然而风力发电和太阳能发电装置所发出的电压随着风速的变化和日照的变化而变化。当风光互补发电装置所发出的电压低于蓄电池的电压时就不能向蓄电池充电，也无法向负载供电。当风光互补发电系统所发出的电压过高时，会使充电电流过大。为了保护蓄电池，就需要利用电阻等进行制动和分流。这样当风速小或者光照弱时无法获取能量，当风速大或光照强时又要将能量白白浪费。这样的风光互补发电系统的能量捕获效率很低，常常会使蓄电池处于亏电状态，影响蓄电池的使用寿命，从而增加整个风光互补发电系统的使用成本。

目前风光互补系统大多没有对输出的电压或电流进行精确控制。中国专利CN101286655A公开了一种风光互补系统，该系统为了防止光照过强和风速过大时充电电流太大，分别在风力发电机输出整流端和太阳能电池输出端加了降压DC-DC变换器。中国专利CN101127452A公开了一种风力发电机充电控制器和充电控制方法，该控制器也采用了降压DC-DC变换器，从而保持恒定的充电电压。

如果风速较低时风力发电机的转速非常低，因此发出的电压经过整流后达不到蓄电池的电压，无法给蓄电池充电，这时风能就无法被利用。同样，当光照较低或者光线入射角较小时，太阳能电池所发出的电压也比较低，这时也无法将太阳能转化为电能给蓄电池充电。而降压DC-DC变换器只能工作在降压状态，也就是输入电压高于蓄电池电压时才能够工作。当输入电压低于蓄电池电压时，风光互补发电系统就无法继续给蓄电池充电。这样就会损失许多本可以捕获的可再生能源。

综上所述，目前的独立供电的风光互补发电系统的能量捕获能力都比较低。不仅使系统得不到充分的利用；也会为了保证供电正常而选用更大容量的风光互补发电装置，从而增加系统成本；同时因为不能充分捕获能量而使蓄电池经常处于亏电状态，降低了蓄电池的使用寿命，进一步增加了系统的使用成本。

发明内容

本发明针对现有技术所存在的主要问题，提供一种集成化的高效率风光互补发电控制装置。主要目的就是利用风光互补发电系统充分捕获一切可以获取的能量并转换为电能储存在蓄电池中或者向负载供电。本发明可以从较低风速一直到最大设计风速，以及从较低光照条件一直到最大功率光照条件下，按照蓄电池的充电状态和充电特性对其充电电流和电压进行有效控制。

本发明利用数字控制技术对风力发电和太阳能发电分别进行最大功率点追踪控制，无论风力发电和太阳能发电的输出电压高于或者低于蓄电池电压，均能够向蓄电池和负载供电，并根据用电需求实现最大功率捕获控制。通过风光互补交错并联技术，使系统的输出电流纹波更小，对负载供电更加稳定。

本发明的目的是这样实现的：

本发明由太阳能电池1、风力发电机2、风力发电变换器3、太阳能电池变换器4、全数字化风光互补发电控制器5、蓄电池/负载接口6、蓄电池7、负载8、通讯接口9、键盘显示器10、风力发电整流电路11组成。

风力发电机功率输出端与互补发电控制装置的风力发电接口相连接，太阳能电池输出端与互补发电控制装置的光伏发电接口相连接，蓄电池和负载直接连接到互补发电控制装置的输出端。