基于耦合電感逆變器的風(fēng)光蓄互補(bǔ)發(fā)電裝置制造方法
【專利摘要】基于耦合電感逆變器的風(fēng)光蓄互補(bǔ)發(fā)電裝置，屬于新能源發(fā)電領(lǐng)域。它包括光伏陣列、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、不控整流橋、雙向DC-DC斬波單元、蓄電池組、Boost升壓?jiǎn)卧?、耦合電感逆變器、濾波單元、交流負(fù)載、母線電壓檢測(cè)單元、蓄電池電壓檢測(cè)單元、充放電電流檢測(cè)單元、升壓電壓檢測(cè)單元、負(fù)載電流檢測(cè)單元。它通過耦合電感逆變器將風(fēng)能和太陽能轉(zhuǎn)化的直流電能輸出為工頻交流電，通過控制雙向DC-DC斬波單元可將多余能量?jī)?chǔ)存到蓄電池中，又可自動(dòng)切換為蓄電池供電，提高供電可靠性同時(shí)充分利用風(fēng)能和太陽能。
【專利說明】基于耦合電感逆變器的風(fēng)光蓄互補(bǔ)發(fā)電裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種新能源發(fā)電電能轉(zhuǎn)換裝置，尤其是一種基于耦合電感逆變器的風(fēng)光蓄互補(bǔ)發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)幅員遼闊，在西北地區(qū)的邊遠(yuǎn)村莊和牧場(chǎng)以及東南沿海的島嶼，受自然條件所限，國(guó)家電網(wǎng)無法覆蓋，村落居民、邊防崗哨無電可用，對(duì)生產(chǎn)生活造成了極大不便。同時(shí)隨著國(guó)家節(jié)能減排規(guī)劃的推進(jìn)，新能源發(fā)電已在景觀照明，市政設(shè)施等場(chǎng)合中得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電以及光伏發(fā)電系統(tǒng)受自然條件約束明顯，對(duì)于大部分地區(qū)風(fēng)能資源和日照條件均難以滿足單一發(fā)電系統(tǒng)選址要求，開發(fā)多種新能源的綜合利用已成為研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)新能源發(fā)電系統(tǒng)中采用全橋逆變器對(duì)直流電壓進(jìn)行逆變，由于橋臂嚴(yán)禁直通，需要設(shè)置死區(qū)，影響輸出電能質(zhì)量，而且抗誤導(dǎo)通干擾能力差，大大降低了裝置的可靠性。根據(jù)這一要求，本實(shí)用新型提供一種基于耦合電感逆變器的風(fēng)光蓄互補(bǔ)發(fā)電裝置，用更少的功率開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)無死區(qū)影響的電能輸出，而且該裝置設(shè)置了蓄電池雙向DC-DC斬波控制單元，可進(jìn)行充放電雙向控制，在風(fēng)能和光照條件充沛時(shí)將多余能量存儲(chǔ)至蓄電池中，無風(fēng)和光照條件弱時(shí)自動(dòng)切換為蓄電池供電，形成風(fēng)光蓄互補(bǔ)發(fā)電，充分利用新能源的同時(shí)，提高了供電可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于耦合電感逆變器的風(fēng)光蓄互補(bǔ)發(fā)電裝置。它能夠?qū)L(fēng)能和太陽能轉(zhuǎn)化為工頻交流電，為負(fù)載供電，形成風(fēng)光互補(bǔ)，通過雙向DC-DC控制器在直流母線側(cè)接入蓄電池組，可將多余電能儲(chǔ)存在蓄電池中，無風(fēng)無光時(shí)利用蓄電池供電保證負(fù)荷用電，形成風(fēng)光蓄互補(bǔ)，充分利用新能源電力的同時(shí)大大提高了供電的不間斷性。耦合電感逆變器相比較傳統(tǒng)逆變器所用功率開關(guān)器件更少，且無需死區(qū)，輸出電壓質(zhì)量更高，抗干擾性能強(qiáng)。
[0004]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0005]本實(shí)用新型基于耦合電感逆變器的風(fēng)光蓄互補(bǔ)發(fā)電裝置，它包括主電路部分和控制電路部分。其中主電路包括:光伏陣列、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、不控整流橋、雙向DC-DC斬波單元、蓄電池組、Boost升壓?jiǎn)卧?、耦合電感逆變器、濾波單元、交流負(fù)載、母線電壓檢測(cè)單元、蓄電池電壓檢測(cè)單元、充放電電流檢測(cè)單元、升壓電壓檢測(cè)單元、負(fù)載電流檢測(cè)單元；控制電路包括:雙向DC-DC驅(qū)動(dòng)單元、BOOST升壓驅(qū)動(dòng)單元、逆變器驅(qū)動(dòng)單元、卸荷保護(hù)驅(qū)動(dòng)單元、控制器。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子繞組連接不控整流橋的交流側(cè)，不控整流橋的直流側(cè)連接直流母線，光伏陣列的輸出端子并接在直流母線上，形成風(fēng)光互補(bǔ)電源，蓄電池組通過雙向DC-DC斬波單元并接在直流母線上，既可以為母線提供能量又可以將多余能量?jī)?chǔ)存，形成風(fēng)光蓄互補(bǔ)，直流母線的出線端接Boost升壓?jiǎn)卧?，通過升壓后將直流電接入耦合電感逆變器的直流輸入端，逆變得到脈沖交流電后通過濾波單元得到工頻交流電供給交流負(fù)載。[0006]所述的基于耦合電感逆變器的風(fēng)光蓄互補(bǔ)發(fā)電裝置，其控制電路中母線電壓檢測(cè)單元測(cè)量電容Cl兩端電壓，蓄電池電壓檢測(cè)單元測(cè)量電容C2兩端電壓，充放電電流檢測(cè)單元測(cè)量蓄電池組的充放電電流，負(fù)載電流檢測(cè)單元測(cè)量負(fù)載的供電電流。以上測(cè)量單元的輸出信號(hào)接控制器，控制器通過相應(yīng)的軟件控制算法，輸出PWMUPWM2信號(hào)經(jīng)雙向DC-DC驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管Tl、T2?？刂破鬏敵龅腜WM3信號(hào)經(jīng)BOOST升壓驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管T3，PWM4、PWM5信號(hào)經(jīng)逆變器驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管T4、T5，PWM6信號(hào)經(jīng)卸荷保護(hù)驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)繼電器K1，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)提供卸荷保護(hù)，正常運(yùn)行時(shí)，Kl處于斷開狀態(tài)。
[0007]所述的耦合電感逆變器由2個(gè)功率管T4和T5、2個(gè)反并聯(lián)二極管D8和D9以及一個(gè)耦合電感Lt組成，耦合電感采用T型電路異側(cè)連接方式串聯(lián)在T4和T5之間，耦合電感中間抽頭為輸出端，T4和T5均導(dǎo)通時(shí)，耦合電感逆變器輸出電壓為直流母線電壓的一半，T4和T5均關(guān)斷時(shí)，耦合電感逆變器輸出電壓同樣為直流母線電壓的一半，T4關(guān)斷T5導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓為零，T4導(dǎo)通T5關(guān)斷時(shí)，輸出電壓為直流母線電壓。該逆變器可以上下管同時(shí)直通，無死區(qū)，輸出電壓可呈三電平。
[0008]所述控制器為DSPTMS2812，驅(qū)動(dòng)單元采用TLP250光耦直接驅(qū)動(dòng)，檢測(cè)單元采用霍爾式電壓、電流傳感器。
[0009]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:耦合電感逆變器可用更少的電力電子器件實(shí)現(xiàn)三電平輸出，且允許直通，無需死區(qū)設(shè)置，提高了輸出電壓質(zhì)量。在風(fēng)能和太陽能充沛時(shí)，滿足負(fù)載用電需求的前提下將多余能量?jī)?chǔ)存到蓄電池中，當(dāng)無風(fēng)和夜晚時(shí)，裝置自動(dòng)切換為蓄電池供電，逆變器仍能為負(fù)載提供工頻交流電，既充分利用新能源的同時(shí)又提高了供電可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本實(shí)用新型裝置的主電路結(jié)構(gòu)圖。
[0011]圖2為本實(shí)用新型裝置的控制電路結(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖3為耦合電感逆變器等效電路圖。
[0013]圖4為耦合電感逆變器載波調(diào)制示意圖。
[0014]圖5為逆變器輸出電流頻譜。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例做詳細(xì)說明，本實(shí)施例是以本實(shí)用新型技術(shù)方案為前提，給出了具體的實(shí)施方式和詳細(xì)的操作過程，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0016]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式中，結(jié)合圖1，圖3，圖4說明本實(shí)用新型裝置中的耦合電感逆變器工作原理，該逆變器由2個(gè)功率管T4和T5、2個(gè)反并聯(lián)二極管D8和D9以及一個(gè)耦合電感Lt組成，耦合電感采用T型電路異側(cè)連接方式串聯(lián)在T4和T5之間，耦合電感中間抽頭為輸出端，其等效電路如圖3所示。T4和T5均導(dǎo)通時(shí)，耦合電感逆變器輸出電壓為直流母線電壓的一半，T4和T5均關(guān)斷時(shí)，耦合電感逆變器輸出電壓同樣為直流母線電壓的一半，T4關(guān)斷T5導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓為零，T4導(dǎo)通T5關(guān)斷時(shí)，輸出電壓為直流母線電壓。該逆變器可以上下管同時(shí)直通，無死區(qū)，輸出電壓可呈三電平。采用交替反向?qū)盈BPWM調(diào)制技術(shù)，以正弦波US為調(diào)制波,交錯(cuò)層疊載波分別為Ucl和uc2,當(dāng)調(diào)制波us>ucl時(shí)，T4導(dǎo)通,反之T4關(guān)斷；us〈uc2時(shí)T5導(dǎo)通，反之T5關(guān)斷，如圖4所示。采用這種載波調(diào)制方式，輸出電壓諧波能量主要集中在兩倍的載波頻率附近，不含載波與兩倍載波諧波，只在兩倍載波旁有上下邊頻諧波，沒有基波分量與直流分量，等效開關(guān)頻率提高了 一倍。
[0017]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式中，蓄電池組由12V單塊鉛酸蓄電池串并聯(lián)成48V，當(dāng)風(fēng)能充沛時(shí)，經(jīng)不控整流后輸出的直流電壓高于48V且高于光伏陣列輸出電壓時(shí)，D2導(dǎo)通，D1、D3截止，直流母線電壓由風(fēng)力發(fā)電機(jī)提供；反之光照較強(qiáng)時(shí)，Dl導(dǎo)通，D2、D3截止直流母線電壓由光伏陣列提供，通過由L2、T3、D5和C3組成的Boost升壓?jiǎn)卧叩?00V，然后通過耦合電感逆變器，逆變成220V，50Hz工頻交流電經(jīng)Lf、Cf濾波電路后，為負(fù)載供電，輸出電流頻譜分析如圖5所示。當(dāng)檢測(cè)到母線電壓較高或者負(fù)載電流為零即負(fù)載切除狀態(tài)時(shí)，控制器控制驅(qū)動(dòng)雙向DC-DC單元，將多余電能儲(chǔ)存在蓄電池中，此時(shí)T1、L1、C2組成降壓斬波電路，對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，通過蓄電池電壓檢測(cè)單元以及充放電電流檢測(cè)單元檢測(cè)的結(jié)果，可對(duì)蓄電池充放電模式進(jìn)行調(diào)節(jié)。蓄電池滿電時(shí)若直流電壓仍較高，驅(qū)動(dòng)K1，投入卸荷電阻。當(dāng)無風(fēng)且光照條件不佳時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏陣列輸出的直流電壓小于蓄電池組電壓，此時(shí)D3導(dǎo)通，DU D2截止，裝置自動(dòng)切換為蓄電池供電，控制器驅(qū)動(dòng)雙向DC-DC單元T2，與L1、C2構(gòu)成升壓電路，與后級(jí)Boost升壓?jiǎn)卧M成兩級(jí)升壓后通過耦合電感逆變器為負(fù)載供電。形成風(fēng)光蓄互補(bǔ)發(fā)電，大大提高了供電可靠性。
【權(quán)利要求】
1.基于耦合電感逆變器的風(fēng)光蓄互補(bǔ)發(fā)電裝置，它包括主電路和控制電路，其中主電路包括:光伏陣列(I)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)(2 )、不控整流橋(3 )、雙向DC-DC斬波單元(4)、蓄電池組(5)、Boost升壓?jiǎn)卧?6)、耦合電感逆變器(7)、濾波單元(8)、交流負(fù)載(9)、母線電壓檢測(cè)單元(10)、蓄電池電壓檢測(cè)單元(11)、充放電電流檢測(cè)單元(12)、升壓電壓檢測(cè)單元(13)、負(fù)載電流檢測(cè)單元(14)、雙向DC-DC驅(qū)動(dòng)單元(15)、BOOST升壓驅(qū)動(dòng)單元(16)、逆變器驅(qū)動(dòng)單元(17)、卸荷保護(hù)驅(qū)動(dòng)單元(18)、控制器(19);風(fēng)力發(fā)電機(jī)(2)的定子繞組連接不控整流橋(3)的交流側(cè)，不控整流橋(3)的直流側(cè)連接直流母線，光伏陣列(I)的輸出端子并接在直流母線上，形成風(fēng)光互補(bǔ)電源，蓄電池組(5 )通過雙向DC-DC斬波單元(4 )并接在直流母線上，既可以為母線提供能量又可以將多余能量?jī)?chǔ)存，形成風(fēng)光蓄互補(bǔ)，直流母線的出線端接Boost升壓?jiǎn)卧?6)，通過升壓后將直流電接入耦合電感逆變器(7)的直流輸入端，逆變得到脈沖交流電后通過濾波單元(8)得到工頻交流電供給交流負(fù)載(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于耦合電感逆變器的風(fēng)光蓄互補(bǔ)發(fā)電裝置，其特征在于:母線電壓檢測(cè)單元(10 )測(cè)量電容Cl兩端電壓，蓄電池電壓檢測(cè)單元(11)測(cè)量電容C2兩端電壓，充放電電流檢測(cè)單元(12 )測(cè)量蓄電池組的充放電電流，負(fù)載電流檢測(cè)單元(14 )測(cè)量負(fù)載的供電電流，以上測(cè)量單元的輸出信號(hào)接控制器(19)，控制器輸出PWM1、PWM2信號(hào)經(jīng)雙向DC-DC驅(qū)動(dòng)單元(15)驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管Tl、T2,控制器輸出的PWM3信號(hào)經(jīng)Boost升壓驅(qū)動(dòng)單元(16)驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管T3，PWM4、PWM5信號(hào)經(jīng)逆變器驅(qū)動(dòng)單元(17)驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管T4、T5，PWM6信號(hào)經(jīng)卸荷保護(hù)驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)繼電器K1，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)提供卸荷保護(hù)，正常運(yùn)行時(shí)，Kl處于斷開狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于耦合電感逆變器的風(fēng)光蓄互補(bǔ)發(fā)電裝置，其特征在于:所述的耦合電感逆變器(7)由2個(gè)功率管T4和T5、2個(gè)反并聯(lián)二極管D8和D9以及一個(gè)耦合電感Lt組成，耦合電感采用T型電路異側(cè)連接方式串聯(lián)在T4和T5之間，耦合電感中間抽頭為輸出端，T4和T5均導(dǎo)通時(shí)，耦合電感逆變器輸出電壓為直流母線電壓的一半，T4和T5均關(guān)斷時(shí)，耦合電感逆變器輸出電壓同樣為直流母線電壓的一半，T4關(guān)斷T5導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓為零，T4導(dǎo)通T5關(guān)斷時(shí)，輸出電壓為直流母線電壓，該逆變器可以上下管同時(shí)直通，無死區(qū)，輸出電壓可呈三電平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于耦合電感逆變器的風(fēng)光蓄互補(bǔ)發(fā)電裝置，其特征在于:所述控制器為DSPTMS2812，驅(qū)動(dòng)單元采用TLP250光耦直接驅(qū)動(dòng)，檢測(cè)單元采用霍爾式電壓、電流傳感器。
【文檔編號(hào)】H02J7/35GK203522307SQ201320400864
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月5日
【發(fā)明者】王靜, 黃友銳, 董蘇 申請(qǐng)人:安徽理工大學(xué)