專利名稱：市電交互型風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)控制器技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種市電交互型風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)控制器。
背景技術(shù)：
目前我國現(xiàn)有的城市或農(nóng)村等公共照明路燈系統(tǒng)大都采用市電電網(wǎng)供電，耗電量較大，在當(dāng)今世界都處于能源短缺的情況下，尋找新能源，解決公共照明系統(tǒng)耗電量大問題，也是一項具有十分重要意義的工作。風(fēng)光互補發(fā)電技術(shù)作為一種理想的清潔新能源供電技術(shù)，已經(jīng)成為新能源產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向，以風(fēng)光互補發(fā)電技術(shù)為基礎(chǔ)的風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電機、光伏組件、控制器、蓄電池和負(fù)載等部分組成，其工作原理是，利用風(fēng)能和太陽能的雙重優(yōu)點，通過風(fēng)力發(fā)電機和光伏組件發(fā)出電能，通過蓄電池儲存電能，通過控制器控制對蓄電池的充電、放電和對負(fù)載的輸出。如果能將風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用于采用市電供電的路燈照明系統(tǒng)，可以有效解決市電供電的路燈照明系統(tǒng)耗電量大的問題，達(dá)到節(jié)能減排，綠色環(huán)保的目的。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種市電交互型風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)控制器，能將風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)與市電電網(wǎng)相結(jié)合，首先充分利用風(fēng)光這兩種新能源為負(fù)載(路燈)供電，當(dāng)風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)的供電量不能滿足負(fù)載(路燈)正常工作的需要時，自動切換到市電電網(wǎng)，對負(fù)載(路燈)進(jìn)行供電，既節(jié)省了市電電量又保證了負(fù)載(路燈)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種市電交互型風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)控制器，其特征在于，包括主控制芯片、連接風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)能DC/DC變換器、連接光伏組件的光能DC/DC變換器、連接路燈的負(fù)載DC/DC變換器以及能連接市電電網(wǎng)的AC/DC變換器，所述風(fēng)能DC/DC變換器、光能DC/DC變換器、AC/DC變換器與蓄電池電池組并聯(lián)連接后通過負(fù)載DC/DC變換器與路燈連接；所述主控制芯片分別與光能DC/DC變換器、風(fēng)能DC/DC變換器、負(fù)載DC/DC變換器以及AC/DC變換器雙向連接，用于控制風(fēng)能DC/DC變換器、光能DC/DC變換器、負(fù)載DC/DC變換器、市電AC/DC變換器，首先將風(fēng)力發(fā)電機和光伏組件發(fā)出的電能為路燈供電，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機和光伏組件發(fā)出的電能不能滿足路燈正常工作時，啟動AC/DC變換器，通過市電電網(wǎng)為路燈供電。所述AC/DC變換器包括由4個二極管組成的整流橋D，整流橋D與電感L、功率開關(guān)管Q1、二極管D1、電容Cl組成功率因數(shù)校正電路；整流橋D用于對輸入的交流電壓進(jìn)行整流，整流橋D的輸出端通過電感L連接第一功率開關(guān)管Q1，第一功率開關(guān)管Ql的一個輸出極連接二極管Dl的正極，二極管Dl的負(fù)極和第一功率開關(guān)管Ql的另一個輸出極之間并聯(lián)電容Cl，用于對整流后的輸出電壓進(jìn)行功率因數(shù)調(diào)節(jié)，同時對整流后的輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓及濾波；功率因數(shù)校正電路的輸出端通過第二功率開關(guān)管Q2連接變壓器的原邊線圈，變壓器的副邊線圈的兩端連接直流電壓輸出電路；所述第一功率開關(guān)管Ql和第二功率開關(guān)管Q2的控制極分別連接主控制芯片。所述直流電壓輸出電路包括第一整流二級管D2和第二整流二級管D3，第一整流二級管D2和第二整流二級管D3的正極端分別連接變壓器副邊線圈的兩端，第一整流二級管Dl的負(fù)極端與第二整流二級管D2的負(fù)極端相連后與輸出電容C2的一端連接，變壓器副邊線圈的中心抽頭與輸出電容C2的另一端連接。所述變壓器為高頻變壓器。所述功率開關(guān)管為高頻功率開關(guān)管，所述高頻功率開關(guān)管為MOSFET管、IGBT管或SiC 管。所述功率因數(shù)校正電路中的二極管Dl和第一整流二級管D2和第二整流二級管D3均為快速恢復(fù)二極管。所述連接風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)能DC/DC變換器、連接光伏組件的光能DC/DC變換器均為通過主控制芯片的控制信號，實現(xiàn)最大功率點跟蹤控制的DC/DC變換電路。所述控制器還包括接口與通訊單元，所述接口與通訊單元與主控制芯片雙向連接。所述主控制芯片為數(shù)字信號處理器芯片。本發(fā)明的技術(shù)效果本發(fā)明提供一種市電交互型風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)控制器，相比于現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)控制器，增加了能與市電電網(wǎng)連接的AC/DC變換器，將風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)與市電電網(wǎng)相結(jié)合，對風(fēng)能、光能、市電綜合控制，首先對風(fēng)力發(fā)電機和光伏組件所發(fā)的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，充分利用風(fēng)光這兩種新能源為負(fù)載(路燈)供電，在不亮燈或亮燈時都將所發(fā)的電除去亮燈需要外存儲在蓄電池組內(nèi)，當(dāng)風(fēng)光發(fā)電量和蓄電池組中的電能總和不能滿足負(fù)載(路燈)正常工作的需要時，自動切換到市電電網(wǎng)，用市電電網(wǎng)的電對負(fù)載(路燈)進(jìn)行供電，既節(jié)省了市電電量又保證了負(fù)載(路燈)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性；同時本發(fā)明的控制器本身具備更強的自動化和智能化控制功能，如光控、時控、人工控制等方式；特別是將本發(fā)明應(yīng)用于老舊照明系統(tǒng)的改造中，工程實施簡單，改造工程量小。本發(fā)明增加的AC/DC變換器，采用了有源功率因素校正(PFC)技術(shù)，在交流電轉(zhuǎn)換為直流電的過程中，提高了電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，也即提高了對市電的利用率，減少了轉(zhuǎn)換過程中的電能損耗，減少了對電網(wǎng)的諧波污染；同時在DC-DC變換中，采用了高頻功率開關(guān)技術(shù)實現(xiàn)電壓等級的變換，通過高頻功率開關(guān)器件的控制，實現(xiàn)能量由變壓器初級到次級的傳遞，因而能夠使本發(fā)明的控制器最終達(dá)到體積小重量輕的效果。并且本發(fā)明通過主控制芯片控制連接風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)能DC/DC變換器、連接光伏組件的光能DC/DC變換器，實現(xiàn)了最大功率點跟蹤控制，提高了對新能源的利用效率。
圖1是本發(fā)明的控制器實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的控制器的AC/DC變換器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作進(jìn)一步說明。如圖1所示，一種市電交互型風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)控制器，包括主控制芯片、連接風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)能DC/DC變換器、連接光伏組件的光能DC/DC變換器、連接路燈的負(fù)載DC/DC變換器以及能連接市電電網(wǎng)的AC/DC變換器，風(fēng)能DC/DC變換器、光能DC/DC變換器、AC/DC變換器與蓄電池電池組并聯(lián)連接后通過負(fù)載DC/DC變換器與路燈連接；主控制芯片分別與光能DC/DC變換器、風(fēng)能DC/DC變換器、負(fù)載DC/DC變換器以及AC/DC變換器雙向連接，用于控制風(fēng)能DC/DC變換器、光能DC/DC變換器、負(fù)載DC/DC變換器、市電AC/DC變換器，首先控制風(fēng)能DC/DC變換器和光能DC/DC變換器，對風(fēng)力發(fā)電機和光伏組件所發(fā)的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，一方面將風(fēng)力發(fā)電機和光伏組件發(fā)出的電能為路燈供電，另一方面又將多余的能量對蓄電池組進(jìn)行充電，當(dāng)所發(fā)的電能不能滿足負(fù)載需要時，控制器又把蓄電池儲存的電能送往負(fù)載；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機和光伏組件發(fā)出的電能不能滿足路燈正常工作而蓄電池儲存的電能也不能對路燈正常供電時時，主控制芯片啟動AC/DC變換器，通過市電電網(wǎng)為路燈供電，同時控制蓄電池不被過放電，保護(hù)蓄電池；并且本發(fā)明根據(jù)路燈亮度的需要，可通過負(fù)載DC/DC變換器進(jìn)行調(diào)光，使電能達(dá)到最佳利用狀態(tài)。本發(fā)明的控制器還包括接口與通訊單元，接口與通訊單元也與主控制芯片雙向連接，通過計算機可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)行集中控制與管理。另外連接風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)能DC/DC變換器、連接光伏組件的光能DC/DC變換器，均通過主控制芯片控制，實現(xiàn)了最大功率點跟蹤控制，以最大限度的利用風(fēng)能和太陽能。如圖2所示，為發(fā)明控制器的AC/DC變換器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。包括由4個二極管組成的整流橋D，整流橋D與電感L、功率開關(guān)管Q1、二極管D1、電容Cl組成功率因數(shù)校正電路；整流橋D用于對輸入的交流電壓進(jìn)行整流，整流橋D的輸出端通過電感L連接第一功率開關(guān)管Q1，第一功率開關(guān)管Ql的一個輸出極連接二極管Dl的正極，二極管Dl的負(fù)極和第一功率開關(guān)管Ql的另一個輸出極之間并聯(lián)電容Cl，第一功率開關(guān)管Ql的控制極連接主控制芯片，對整流后的輸出電壓進(jìn)行功率因數(shù)調(diào)節(jié)，通過主控制芯片控制開關(guān)管Ql不斷進(jìn)行開通與關(guān)斷的切換，調(diào)節(jié)通過電感L的電流和電壓之間的相位差，提高電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)，減少電流在轉(zhuǎn)換過程中的損失，提高電能的利用率，減少對電網(wǎng)的諧波污染，同時對整流后的輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓及濾波；功率因數(shù)校正電路的輸出端通過第二功率開關(guān)管Q2連接變壓器的原邊線圈m，第二功率開關(guān)管Q2的控制極也連接主控制芯片；經(jīng)過功率因數(shù)校正電路輸出的電壓，根據(jù)負(fù)載所需的直流電壓的要求，由主控制芯片控制加在第二功率開關(guān)管Q2控制極上的電壓，從而控制Q2的通斷時間，調(diào)節(jié)輸出至變壓器原邊線圈m兩端的電壓；變壓器次級側(cè)的副邊線圈的兩端連接直流電壓輸出電路，用于將原邊線圈變換至副邊線圈的直流電壓輸出給負(fù)載，直流電壓輸出電路包括第一整流二級管D2和第二整流二級管D3，第一整流二級管D2和第二整流二級管D3的正極端分別連接變壓器副邊線圈的兩端，第一整流二級管D2的負(fù)極端與第二整流二級管D3的負(fù)極端相連后與輸出電容C2的一端連接，變壓器副邊線圈的中心抽頭與輸出電容C2的另一端連接；副邊線圈由中心抽頭形成串聯(lián)的兩個線圈N21和N22，線圈N21與二級管D2、電容C2組成一路輸出回路，線圈N22與二級管D3、電容C2組成另一路輸出回路，利用Q2的開通和關(guān)斷，分別通過這兩個輸出回路，將原邊線圈變換至副邊線圈的直流電壓經(jīng)整流、濾波，給負(fù)載提供穩(wěn)定的工作電壓。
本發(fā)明中的主控制芯片為數(shù)字信號處理器芯片，變壓器為高頻變壓器，功率開關(guān)管為高頻功率開關(guān)管，可以是MOSFET管、IGBT管或SiC管；所有二級管均為快速恢復(fù)二極管，通過高頻開關(guān)技術(shù)實現(xiàn)了電壓等級的變換，并且使控制器的體積大大減小，重量大大減輕。
權(quán)利要求
1.一種市電交互型風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)控制器，其特征在于，包括主控制芯片、連接風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)能DC/DC變換器、連接光伏組件的光能DC/DC變換器、連接路燈的負(fù)載DC/DC變換器以及能連接市電電網(wǎng)的AC/DC變換器，所述風(fēng)能DC/DC變換器、光能DC/DC變換器、AC/DC變換器與蓄電池電池組并聯(lián)連接后通過負(fù)載DC/DC變換器與路燈連接；所述主控制芯片分別與光能DC/DC變換器、風(fēng)能DC/DC變換器、負(fù)載DC/DC變換器以及AC/DC變換器雙向連接，用于控制風(fēng)能DC/DC變換器、光能DC/DC變換器、負(fù)載DC/DC變換器、市電AC/DC變換器，首先將風(fēng)力發(fā)電機和光伏組件發(fā)出的電能為路燈供電，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機和光伏組件發(fā)出的電能不能滿足路燈正常工作時，啟動AC/DC變換器，通過市電電網(wǎng)為路燈供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的市電交互型風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)控制器，其特征在于，所述AC/DC變換器包括由4個二極管組成的整流橋D，整流橋D與電感L、功率開關(guān)管Ql、二極管Dl、電容Cl組成功率因數(shù)校正電路；整流橋D用于對輸入的交流電壓進(jìn)行整流，整流橋D的輸出端通過電感L連接第一功率開關(guān)管Q1，第一功率開關(guān)管Ql的一個輸出極連接二極管Dl的正極，二極管Dl的負(fù)極和第一功率開關(guān)管Ql的另一個輸出極之間并聯(lián)電容Cl，用于對整流后的輸出電壓進(jìn)行功率因數(shù)調(diào)節(jié)，同時對整流后的輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓及濾波；功率因數(shù)校正電路的輸出端通過第二功率開關(guān)管Q2連接變壓器的原邊線圈，變壓器的副邊線圈的兩端連接直流電壓輸出電路；所述第一功率開關(guān)管Ql和第二功率開關(guān)管Q2的控制極分別連接主控制芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的市電交互型風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)控制器，其特征在于，所述直流電壓輸出電路包括第一整流二級管D2和第二整流二級管D3，第一整流二級管D2和第二整流二級管D3的正極端分別連接變壓器副邊線圈的兩端，第一整流二級管D2的負(fù)極端與第二整流二級管D3的負(fù)極端相連后與輸出電容C2的一端連接，變壓器副邊線圈的中心抽頭與輸出電容C2的另一端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的市電交互型風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)控制器，其特征在于，所述變壓器為高頻變壓器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的市電交互型風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)控制器，其特征在于，所述功率開關(guān)管為高頻功率開關(guān)管，所述高頻功率開關(guān)管為MOSFET管、IGBT管或SiC管。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的市電交互型風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)控制器，其特征在于，所述功率因數(shù)校正電路中的二極管Dl和第一整流二級管D2和第二整流二級管D3均為快速恢復(fù)二極管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的市電交互型風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)控制器，其特征在于，所述連接風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)能DC/DC變換器、連接光伏組件的光能DC/DC變換器均為通過主控制芯片的控制信號，實現(xiàn)最大功率點跟蹤控制的DC/DC變換電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的市電交互型風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)控制器，其特征在于，所述控制器還包括接口與通訊單元，所述接口與通訊單元與主控制芯片雙向連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的高頻鏈?zhǔn)斤L(fēng)光互補控逆一體裝置，其特征在于，所述主控制芯片為數(shù)字信號處理器芯片。
全文摘要
本發(fā)明提供一種市電交互型風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)控制器，將風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)與市電電網(wǎng)相結(jié)合，首先通過風(fēng)能光能為路燈供電，當(dāng)風(fēng)光的供電量不能滿足需要時，自動切換到市電電網(wǎng)，節(jié)省市電電量又保證路燈工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性。包括主控制芯片、連接風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)能DC/DC變換器、連接光伏組件的光能DC/DC變換器、連接路燈的負(fù)載DC/DC變換器以及連接市電電網(wǎng)的AC/DC變換器，風(fēng)能DC/DC變換器、光能DC/DC變換器、AC/DC變換器與蓄電池電池組并聯(lián)連接后通過負(fù)載DC/DC變換器與路燈連接；主控制芯片分別與光能DC/DC變換器、風(fēng)能DC/DC變換器、負(fù)載DC/DC變換器以及AC/DC變換器雙向連接。
文檔編號H02J9/02GK102573224SQ201110440698
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者常東來 申請人:中科恒源科技股份有限公司