電力電子技術(shù)在風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

21ic智能電網(wǎng)：風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電是一種將光能和風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。由于太陽能與風(fēng)能的互補(bǔ)性強(qiáng)，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)彌補(bǔ)了風(fēng)電和光電獨(dú)立系統(tǒng)在資源上的間斷不平衡、不穩(wěn)定。可以根據(jù)用戶的用電負(fù)荷情況和資源條件進(jìn)行系統(tǒng)容量的合理配置。既可保證風(fēng)光系統(tǒng)供電的可靠性，又可降低發(fā)電系統(tǒng)的造價(jià)。同時(shí)，風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)是一套獨(dú)立的分散式供電系統(tǒng)，可不依賴電網(wǎng)獨(dú)立供電，不消耗市電，不受地域限制，既環(huán)保又節(jié)能，還可作為一道典雅的風(fēng)景為城市景觀增姿添彩。

風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)由光伏電池組件(太陽能電池板)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、蓄電池組、控制器、逆變器等幾部分組成。風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的混合功率，為風(fēng)電的額定功率加光伏電池的峰值功率，它們共同向蓄電池組充電?？刂破骺刂浦L(fēng)電和光電最大程度地發(fā)揮各自的效能，同時(shí)又要保證不會對蓄電池過充電，能穩(wěn)定電壓，使系統(tǒng)在恒壓充電狀態(tài)下工作。該系統(tǒng)無污染、無噪音，不產(chǎn)生廢棄物，是一種自然、清潔的可再生能源。人類為使居住環(huán)境不再受污染，風(fēng)能和太陽能將是今后世界能源的必然選擇。目前，利用太陽能和風(fēng)能在不同的季節(jié)、時(shí)間上互補(bǔ)特點(diǎn)發(fā)展起來的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電照明技術(shù)，已日臻完善，且正以前所未有的速度和力度迅速在全國推廣。

2007年2月經(jīng)省批準(zhǔn)，森源電氣公司為河南省的風(fēng)力發(fā)電工程研究中心?，F(xiàn)已在長葛推進(jìn)區(qū)外9路及許昌東區(qū)107國道等不同路段，研制和安裝了風(fēng)光互補(bǔ)路燈照明系統(tǒng)。實(shí)踐證明，設(shè)計(jì)合理，效果良好。

依據(jù)我國城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)cjj45-2006，森源電氣公司的風(fēng)光互補(bǔ)路燈照明系統(tǒng)的配置方案，如附表所列。

電力電子(pe)技術(shù)是利用電力電子器件對電能進(jìn)行控制和轉(zhuǎn)換的學(xué)科。它包括pe器件、變流電路和控制電路三部分，是電力、電子、控制三大電氣工程技術(shù)領(lǐng)域之間的交叉學(xué)科。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，pe技術(shù)由于和現(xiàn)代控制理論、材料科學(xué)、電機(jī)工程、微電子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切相關(guān)，已逐步發(fā)展成為一門多學(xué)科相互滲透的綜合性技術(shù)學(xué)科，其應(yīng)用領(lǐng)域幾乎涉及到國民經(jīng)濟(jì)的各個工業(yè)部門。毫無疑問，它將成為新世紀(jì)的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一。

2 pe技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用

森源電氣股份有限公司最近正研制開發(fā)適用于微風(fēng)起動、發(fā)電的第三代風(fēng)力發(fā)電機(jī)syf＃該電機(jī)為軸向磁通的盤式永磁發(fā)電機(jī)。最大特點(diǎn)是能根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)況的變化，相應(yīng)改變定子線圈的連接，共有16線圈串接、8串2并聯(lián)、4串4并、2串8并四種運(yùn)行模式，如圖1所示，以滿足闊功率范圍的正常發(fā)電與大幅度提高風(fēng)能利用率的要求。

為了實(shí)現(xiàn)這一目的，定子線圈的連接線端均通過固定的空心軸引出，接到專用的切換裝置上。然后，利用裝在轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)速傳感器，輸出不同整定值的轉(zhuǎn)速信號，并由此按預(yù)定的運(yùn)行模式對線圈的連接進(jìn)行切換，以便實(shí)現(xiàn)高的效率和高的輸出功率。

圖2(a)所示為定子線圈連接切換的原理圖;圖2(b)為具體的切換控制電路。按照風(fēng)速的大小，當(dāng)轉(zhuǎn)速nn3)，通過類似方式發(fā)電機(jī)線圈則形成2串8并的連接模式。由此可實(shí)現(xiàn)大功率范圍的正常運(yùn)行發(fā)電。

3 pe技術(shù)在控制器上的應(yīng)用

3.1 控制器的基本功能

離網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)路燈的智能型控制器，是整個系統(tǒng)中的重要部件。其主要功能是：可對所發(fā)出的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，一方面把調(diào)整后的能量送往直流負(fù)載或交流負(fù)載;另一方面把盈余的能量送往蓄電池儲存。當(dāng)所發(fā)的電量不能滿足負(fù)載需要時(shí)，控制器又把蓄電池的電量送往負(fù)載。

圖2 定子線圈連接切換原理圖

蓄電池充滿后，控制器要控制蓄電池不被“過充電”;當(dāng)蓄電池所存儲的電池放完后，又要控制蓄電池不被“過放電”，保護(hù)蓄電池。控制器的性能不好，對蓄電池的使用壽命影響很大，并最終影響到系統(tǒng)的可靠性?？刂破鞯男阅軐Ω纳普麄€風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的運(yùn)行效果具有十分重要的意義。

3.2 控制器的特點(diǎn)

3.2.1 單片機(jī)的應(yīng)用

森源電氣公司研制的控制器，是一款基于微處理器stc12c5410ad進(jìn)行控制管理的智能型控制器，所有的控制電路均通過芯片的調(diào)控。既能將風(fēng)電機(jī)組和太陽能所發(fā)出的能量儲存到蓄電池，又能控制負(fù)載的輸出模式和輸出條件。而且對蓄電池有過充、過放的保護(hù)功能，確保蓄電池不受損害。此外，它還監(jiān)控著狀態(tài)指示燈、蓄電池電量指示燈、負(fù)載指示燈，并利用雙色/彩色指示燈顯示系統(tǒng)的工況。該芯片可以在線下載，無需仿真器、編程器，就能輕松實(shí)現(xiàn)在線下載與調(diào)試?？刂破鞯脑砜驁D示于圖3。

3.2.2 開關(guān)電源的應(yīng)用

風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電經(jīng)過整流以后，再通過開關(guān)電源的升壓和降壓作用穩(wěn)定電壓，繼而再給蓄電池進(jìn)行充電，大大提高了風(fēng)能的利用率。開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制功率半導(dǎo)體器件開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。本開關(guān)電源采用雙極性晶體管制成的100khz的dc/dc模塊，由于開關(guān)速度的提高以及由電路中分布電感和電容或二極管中存儲電荷的影響而產(chǎn)生浪涌，為了控制浪涌，我們采用了r-c緩沖器。

開關(guān)電源輸出的電壓分為兩路給蓄電池充電，當(dāng)電池電壓低于21v時(shí)就采用快充電路對蓄電池進(jìn)行大電流快速充電，這樣可以增加蓄電池的充電和放電深度，延長蓄電池的使用壽命。而當(dāng)蓄電池的電壓高于23.6v時(shí)切換到浮充狀態(tài)對蓄電池進(jìn)行緩慢充電，能使得蓄電池不欠壓。

3.2.3 mos管的啟用

mos管也即絕緣柵型場效應(yīng)管，它的柵極與源極、柵極與漏極之間均采用sio2絕緣層隔離，因此而得名。又因柵極為金屬鋁，故又稱為金屬氧化物半導(dǎo)體(mos)管。它的柵-源間電阻比結(jié)型效應(yīng)管大的多，可達(dá)1010ω以上，還因?yàn)樗冉Y(jié)型場效應(yīng)管溫度穩(wěn)定性好、集成化工藝簡單，而廣泛應(yīng)用于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路之中。

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