專利名稱：分布式發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤智能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型分布式電源中風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電最大功率點(diǎn)智能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，主要應(yīng)用于獨(dú)立和并網(wǎng)分布式電源發(fā)電系統(tǒng)，屬于新能源及自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽能和風(fēng)能作為一種分布廣泛的新能源，具有取之不盡、用之不竭的優(yōu)點(diǎn)，而且不會(huì)對環(huán)境造成污染，可與常規(guī)電力構(gòu)架匹配等特點(diǎn)已經(jīng)成為各國政府可持續(xù)發(fā)展新型能源的首選。雖然它們存在隨風(fēng)速和日照強(qiáng)度的變化而變化的隨機(jī)特點(diǎn)，但太陽能和風(fēng)能具有的天然互補(bǔ)優(yōu)勢，相比單一的發(fā)電方式提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。智能協(xié)調(diào)控制的目的是為了提高分布式電源的整體利用率，按照需要進(jìn)行最佳的統(tǒng)一控制，使發(fā)電系統(tǒng)發(fā)揮出最大的功效。而目前的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中，研究較多的是如何采用單一的DC/DC拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)兩者最大功率跟蹤，此種方式并不能有效的同時(shí)實(shí)現(xiàn)太陽能和風(fēng)能的最大功率跟蹤。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是解決現(xiàn)有風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)不能有效的同時(shí)實(shí)現(xiàn)太陽能和風(fēng)能的最大功率跟蹤的問題，提供一種分布式發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤智能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。本發(fā)明提出了一種可變電路結(jié)構(gòu)的最大功率點(diǎn)跟蹤協(xié)調(diào)控制方式，它可以根據(jù)母線電壓的幅值改變風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的連接模式，使新能源發(fā)揮最大的效能。本發(fā)明提供的分布式發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤智能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，包括由太陽電池和風(fēng)力發(fā)電機(jī)構(gòu)成的分布式電源、最大功率跟蹤協(xié)調(diào)控制電路、DSP控制和傳感器；最大功率跟蹤協(xié)調(diào)控制電路包括光伏DC/DC單元、風(fēng)力DC/DC單元和三個(gè)智能控制開關(guān)，所述的風(fēng)力 DC/DC單元其輸入端通過第一智能控制開關(guān)連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)，所述的風(fēng)力DC/DC單元的輸出端經(jīng)過第二智能控制開關(guān)接入母線，所述的光伏DC/DC單元的輸入端連接太陽電池，所述的光伏DC/DC單元的輸出端經(jīng)過第三智能控制開關(guān)也接入母線，同時(shí)第二智能控制開關(guān)和第三智能控制開關(guān)相互連接；所述的傳感器中包括兩個(gè)用于分別檢測光伏DC/DC單元中的電流和電壓、另外兩個(gè)用于分別檢測風(fēng)力DC/DC單元中的電流和電壓，四個(gè)傳感器的輸出同時(shí)連接DSP控制系統(tǒng)，DSP控制系統(tǒng)的輸出控制信號(hào)分別連接最大功率跟蹤協(xié)調(diào)控制電路中的光伏DC/DC單元、風(fēng)力DC/DC單元和三個(gè)智能控制開關(guān)。所述的智能控制開關(guān)均具有兩個(gè)連接端，初始狀態(tài)均連接在第一端，第二智能控制開關(guān)和第三智能控制開關(guān)的第二端相互連接，使光伏DC/DC單元和風(fēng)力DC/DC單元處于并聯(lián)連接狀態(tài)。初始狀態(tài)時(shí)三個(gè)智能控制開關(guān)均連接在開關(guān)第一端以實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。當(dāng)檢測到母線的輸出電壓低時(shí)，DSP發(fā)送控制指令使智能控制開關(guān) S2和S3的輸出端切換到第二端，則光伏DC/DC單元及風(fēng)力發(fā)電機(jī)DC/DC單元處于串聯(lián)連接狀態(tài)，DSP輸出的PWM信號(hào)控制光伏DC/DC單元及風(fēng)力DC/DC單元實(shí)現(xiàn)光伏和風(fēng)力的最大功率跟蹤。所述的第一智能控制開關(guān)的第二端經(jīng)過卸荷電阻R接地。所述的光伏DC/DC單元和風(fēng)力DC/DC單元的輸出端之間各連接有一個(gè)MOS大功率管，MOS大功率管的柵極與DSP控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)控制端連接。本發(fā)明設(shè)計(jì)的風(fēng)光互補(bǔ)最大功率跟蹤協(xié)調(diào)控制通過智能控制開關(guān)轉(zhuǎn)換控制電路連接方式，根據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)電狀況使風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏陣列運(yùn)行于不同的連接模式，此種方式可使系統(tǒng)跟隨光伏陣列和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最大功率輸出曲線，擴(kuò)大風(fēng)光互補(bǔ)的運(yùn)行范圍，從而最大程度的利用新能源。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果
1、太陽電池輸出經(jīng)光伏DC/DC單元調(diào)節(jié)輸出電壓并實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤；而風(fēng)力發(fā)電先將交流電整流為直流電，然后再通過風(fēng)力DC/DC單元中的Boost電路實(shí)現(xiàn)升壓，兩者在直流母線處并聯(lián)，通過調(diào)節(jié)兩者的輸出電壓實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。2、本系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)檢測太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的輸出電流，通過DSP控制風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的最大功率輸出，同時(shí)控制智能開關(guān)的觸電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)工作狀態(tài)，最大程度的利用新能源。3、電路中設(shè)計(jì)了 3個(gè)智能控制開關(guān)，其中2個(gè)控制分布式電源具有并接和串接運(yùn)行兩種連接方式。此種方式可以擴(kuò)大風(fēng)光互補(bǔ)的運(yùn)行范圍，從而提高能源的利用率。另外一個(gè)智能控制開關(guān)在風(fēng)力發(fā)電的整流輸出側(cè)起卸荷作用，當(dāng)風(fēng)速過高時(shí)，保護(hù)后端電路及風(fēng)力機(jī)的安全。4、通過調(diào)整PWM脈沖的占空比改變IGBT管的導(dǎo)通和截止時(shí)間實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的跟蹤調(diào)整，使發(fā)電系統(tǒng)始終處于穩(wěn)定的最大功率輸出狀態(tài)。5、該控制系統(tǒng)采用DSP控制電路硬件電路簡單，控制精確，自動(dòng)化程度高。


圖1是總體結(jié)構(gòu)圖； 圖2是原理框圖3是電路原理圖； 圖4是DSP控制原理圖。下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
如圖1所示，本發(fā)明提供的分布式發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤智能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，包括由太陽電池和風(fēng)力發(fā)電機(jī)構(gòu)成的分布式電源1、最大功率跟蹤協(xié)調(diào)控制電路2、DSP控制3和傳感器4。如圖2所示，最大功率跟蹤協(xié)調(diào)控制電路包括光伏DC/DC單元21、風(fēng)力DC/DC單元22和三個(gè)智能控制開關(guān)23至25，所述的風(fēng)力DC/DC單元的輸入端通過第一智能控制開關(guān)25連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)12，所述的風(fēng)力DC/DC單元的輸出端經(jīng)過第二智能控制開關(guān)M接入母線，所述的光伏DC/DC單元的輸入端連接太陽電池11，所述的光伏DC/DC單元的輸出端經(jīng)過第三智能控制開關(guān)23接入母線，同時(shí)第二智能控制開關(guān)和第三智能控制開關(guān)相互連接； 所述的傳感器包括分別用于檢測光伏DC/DC單元中的電流和電壓的兩個(gè)傳感器41和42，以及分別用于檢測風(fēng)力DC/DC單元中的電流和電壓的兩個(gè)傳感器43和44，四個(gè)傳感器的輸出同時(shí)連接DSP控制，DSP控制的輸出信號(hào)控制端分別連接最大功率跟蹤協(xié)調(diào)控制電路中的光伏DC/DC單元、風(fēng)力DC/DC單元和三個(gè)智能控制開關(guān)。如圖3所示，所述的智能控制開關(guān)均具有兩個(gè)連接端，初始狀態(tài)均連接在第一端 “1”，第二智能控制開關(guān)和第三智能控制開關(guān)的第二端“2”相互連接，使光伏DC/DC單元和風(fēng)力DC/DC單元處于并聯(lián)連接狀態(tài)。初始狀態(tài)時(shí)三個(gè)智能控制開關(guān)均連接在開關(guān)“1”端以實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。當(dāng)檢測到的輸出電壓低時(shí)，DSP發(fā)送控制指令使得第二和第三智能控制開關(guān)S2和S3的輸出端切換到“2”端，使光伏DC/DC單元及風(fēng)力發(fā)電機(jī)DC/DC單元處于串聯(lián)連接狀態(tài)，DSP輸出的 PWM信號(hào)控制光伏DC/DC單元及風(fēng)力DC/DC單元實(shí)現(xiàn)光伏和風(fēng)力的最大功率跟蹤。所述的第一智能控制開關(guān)的第二端經(jīng)過卸荷電阻R接地。所述的光伏DC/DC單元和風(fēng)力DC/DC單元的輸出端之間各連接有一個(gè)MOS大功率管，MOS大功率管的柵極與DSP控制的輸出信號(hào)控制端連接。本發(fā)明的原理及控制過程
圖2為原理框圖、圖3是電路原理圖、圖4是DSP控制原理圖。其中主電路包括光伏電池陣列的光伏DC/DC單元、風(fēng)力發(fā)電中的不可控整流及風(fēng)力發(fā)電DC/DC單元中boost電路實(shí)現(xiàn)光伏最大功率點(diǎn)跟蹤和最大風(fēng)能捕獲；控制系統(tǒng)DSP利用檢測的電壓和電流信號(hào)產(chǎn)生控制主電路開關(guān)管的PWM脈寬調(diào)制信號(hào)，并產(chǎn)生相應(yīng)控制信號(hào)控制三個(gè)智能開關(guān)。本發(fā)明中在最大功率跟蹤協(xié)調(diào)電路2中設(shè)計(jì)了(23-25)三個(gè)智能控制開關(guān)如圖2、 圖3所示。其中第一智能控制開關(guān)Sl應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電的整流輸出側(cè)，起卸荷作用。協(xié)調(diào)控制原理如下
第二智能控制開關(guān)S2和第三智能控制開關(guān)S3主要實(shí)現(xiàn)工作方式的切換。初始狀態(tài)時(shí)兩個(gè)智能開關(guān)均連接在開關(guān)“1”端，光伏電池陣列和風(fēng)力發(fā)電處于并聯(lián)運(yùn)行模式，DSP控制系統(tǒng)3根據(jù)傳感器41至44檢測到的輸出電流信號(hào)Ifv、Iw和輸出電壓信號(hào)Uw、tV產(chǎn)生控
制DC/DC電路開關(guān)管S評、Sw的脈寬調(diào)制信號(hào)PWM y和PWMm ,以實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。
當(dāng)檢測到的輸出電壓Uw和 均小于母線電壓設(shè)定的最小值時(shí)，DSP發(fā)送控制指令使得第
二智能開關(guān)S2和第三智能開關(guān)￡3的輸出端切換到“2”端，此時(shí)，光伏電池陣列和風(fēng)力發(fā)電處于串聯(lián)模式，二者的輸出相疊加。此種方式可以提高母線電壓的幅值及風(fēng)光互補(bǔ)能源的利用率。當(dāng)母線電壓過大或者檢測到某一電流信號(hào)厶r或Ar為0時(shí)，DSP發(fā)送控制指令將
第二智能開關(guān)和第三智能開關(guān)S3的輸出端重新切換到“1”端，使光伏電池陣列和風(fēng)力發(fā)電處于并聯(lián)模式。當(dāng)風(fēng)速過高時(shí)，若風(fēng)機(jī)變槳距控制不能及時(shí)有效的降低系統(tǒng)功率輸出， DSP根據(jù)檢測信號(hào)發(fā)送控制命令將第一智能控制開關(guān)Sl的輸出端口連接到2端，即接通卸荷電阻R，從而保護(hù)后端電路元器件以及風(fēng)力機(jī)的安全。
權(quán)利要求
1.一種分布式發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤智能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括由太陽電池和風(fēng)力發(fā)電組成的分布式電源、由光伏DC/DC單元、風(fēng)力DC/DC單元和三個(gè)智能控制開關(guān)組成的最大功率跟蹤協(xié)調(diào)電路、DSP控制和傳感器，所述的風(fēng)力DC/DC單元的輸入端通過第一智能控制開關(guān)連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)，輸出端經(jīng)過第二智能控制開關(guān)接入母線，所述的光伏DC/DC單元的輸入連接太陽電池，輸出端經(jīng)過第三智能控制開關(guān)也接入母線，同時(shí)第二和第三智能控制開關(guān)相互連接；所述的傳感器中包括兩個(gè)用于分別檢測光伏DC/DC單元中的電流和電壓、另外兩個(gè)用于分別檢測風(fēng)力DC/DC單元中的電流和電壓，四個(gè)傳感器的輸出同時(shí)連接DSP控制系統(tǒng)，DSP控制系統(tǒng)的輸出控制信號(hào)分別連接最大功率跟蹤協(xié)調(diào)控制電路中的光伏DC/DC單元、風(fēng)力DC/DC單元和三個(gè)智能控制開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的智能控制開關(guān)均具有兩個(gè)連接端，初始狀態(tài)均連接在第一端，第二智能控制開關(guān)和第三智能控制開關(guān)的第二端相互連接，使光伏DC/DC單元和風(fēng)力DC/DC單元處于并聯(lián)連接狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的第一智能控制開關(guān)的第二端經(jīng)過卸荷電阻R接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的光伏DC/DC單元和風(fēng)力DC/DC單元的輸出端之間各連接有一個(gè)MOS大功率管，MOS大功率管的柵極與DSP控制系統(tǒng)的控制端連接。
全文摘要
分布式發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤智能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，包括由太陽電池和風(fēng)力發(fā)電組成的分布式電源、由光伏DC/DC單元、風(fēng)力DC/DC單元和三個(gè)智能控制開關(guān)組成的最大功率跟蹤協(xié)調(diào)電路、DSP控制和傳感器。其中風(fēng)力DC/DC單元的輸入端通過第一智能控制開關(guān)連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)，輸出端經(jīng)第二智能控制開關(guān)接入母線。光伏DC/DC單元的輸入連接太陽電池，輸出端經(jīng)第三智能控制開關(guān)也接入母線，同時(shí)第一和第二智能控制開關(guān)相互連接。DSP控制系統(tǒng)分別連接最大功率跟蹤協(xié)調(diào)控制電路中的光伏DC/DC單元、風(fēng)力DC/DC單元和三個(gè)智能控制開關(guān)。本發(fā)明提出了一種可變電路結(jié)構(gòu)的最大功率點(diǎn)跟蹤協(xié)調(diào)控制方式，它可根據(jù)母線電壓的幅值變化改變傳統(tǒng)的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的連接模式，使新能源發(fā)揮最大的效能。
文檔編號(hào)G05F1/67GK102231560SQ20111017153
公開日2011年11月2日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者程如歧, 趙庚申, 趙星宇, 趙耀, 郭天勇 申請人:南開大學(xué)