[发明专利]一种基于电容混合蓄能的高效率风光、市电互补供电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于电容混合蓄能的风力发电、光伏发电、市电互补的供电系统，特别涉及优先高效利用超宽范围风速和光照条件下的风能和光能的不间断供电装置。

背景技术

随着能源危机的日益突出，风力发电、光伏发电等清洁能源发电技术应用越来越广泛，由于风光资源的天然互补性，风力发电、光伏发电互补可以提供更多的电力资源。风光、市电互补供电系统各发电单元可以独立控制也能协调工作，供电安全性和可靠性比较高，可以为通信设施和居民生活提供不间断电力，节约电力资源，减少环境污染。

当前一般系统构成是太阳能或风力发电机发出的电力通过充电控制器向蓄电池或超级电容器充电，负载的供电是由蓄电池或超级电容器储存的能量经逆变器逆变成交流供给。由于自然界的太阳光和风速变化是不可预测的，所以风光互补系统的电力输出不稳定，当风光互补发电装置所出的电压低于蓄电池或超级电容器的电压时就不能向蓄电池或超级电容器充电，此时风光互补发电装置所出的电力利用率非常低，这样的风光互补发电系统的能量实际利用率很低，且蓄电池或超级电容器的储能装置成本高，体积大。

中国专利CN2723723Y公开了一种风光互补系统，该系统采用可充电蓄电池作为储能装置。太阳能电池产生的电力通过最大功率跟踪后，经过蓄电池充电控制回路给蓄电池充电，风力发电机产生的电力通过整流以后经过蓄电池充电控制回路给蓄电池充电，蓄电池充电控制回路根据预设的电池温度不断调整充电的截止电压。蓄电池和直流母线连接，蓄电池通过逆变器给负载提供交流电力。中国专利CN101286655A公开了一种基于超级电容器储能的风力发电、光伏发电互补供电系统，该系统采用超级电容器组作为储能装置。太阳能电池产生的电力通过最大功率跟踪后，经过超级电容器组充电控制回路给超级电容器组充电，风力发电机或市电产生的电力通过整流以后经过超级电容器组充电控制回路给超级电容器组充电。超级电容器组和直流母线连接，超级电容器组通过逆变器给负载提供交流电力。

以上专利均采用储能系统给负载供电，但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或超级电容器组的电压，无法给蓄电池或超级电容器组充电，这时风能就无法被利用。同样，当光照较低时，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或超级电容器组充电。也就是说只有风光发出的电压高于蓄电池或超级电容器组的母线电压时才能够对风光的能量进行利用。当风光发出的电压低于蓄电池或超级电容器组的母线电压时，风光互补发电系统就无法继续给蓄电池或超级电容器组充电。导致这些能源被白白浪费掉。

中国专利CN101540568A公开了一种高效率风光互补发电控制装置，该专利中为了能够扩大风力发电机的可利用风速的范围，及扩大太阳能发电的可利用光照范围，利用互补发电的两个升/降压DC/DC变换器通过全数字化风光互补发电控制器进行控制并实现交错并联向蓄电池充电，并向负载供电。该专利在负载较轻且风力最大时，如遇到强风等大风情况下，负荷不能被及时的消耗，风力发电机处于轻载或微载状态时，发出的电压会急剧升高，远远高于额定电压，导致升降压DC/DC变换器中的电容33两端相关电路处于很高的电压，对相关电路的电子元器件耐压要求相应增加，使电子元器件成本增加；并且风力发电机叶片会因此而高速旋转，使风力发电机的磨损加剧，严重时甚至会产生飞车现象，发生安全隐患。

综上所述，目前的风光互补供电系统均采用容量较大的储能装置，成本较高，体积大，维护不便，采用蓄电池储能的装置，污染严重，使用寿命短；采用超级电容储能的装置，其维护系统及保障系统复杂，成本非常大。

发明内容

本发明针对现有技术所存在的主要问题，提供一种基于电容混合蓄能的高效率风光、市电互补供电装置。主要目的就是最大程度的节约市电，最大程度的利用风光发出的能源为负载供电。本发明可以最大限度的利用微风及弱光发出的能源，优先高效利用风光互补供电，为负载提供不间断电源。

本发明通过AC(DC)/DC风光控制器对风力发电机和太阳能发出的低电压进行升压，对风力发电机和太阳能发出的高电压进行(分流)限压，最后在母线高压电容上得到相对稳定的直流电压加以利用。