滕志飛+陳翔宇+范子豪+賈寶壘+肖博瀚

摘要：近年來風光互補發(fā)電廣泛應用于分布式發(fā)電系統(tǒng)。針對風光互補發(fā)電系統(tǒng)存在的發(fā)電效率低、系統(tǒng)成本高的缺點，設計并研制一種系統(tǒng)控制器。該控制器基于模塊化設計，能夠靈活調整發(fā)電系統(tǒng)容量，提高能源利用率，實現(xiàn)對風光互補發(fā)電系統(tǒng)的智能化控制。

關鍵詞：發(fā)電系統(tǒng)；風光互補；控制器；模塊化

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2017）08-0039-03

隨著我國經濟不斷發(fā)展，對能源的需求也在不斷增加，而傳統(tǒng)的礦物能源存量有限且不能再生，因此研究和開發(fā)新能源技術是趨勢所在。風光互補發(fā)電系統(tǒng)是利用風能和太陽能互補性強的特點，由風力發(fā)電機、太陽能電池、控制器、蓄電池組、逆變器等組成的一個發(fā)電系統(tǒng)，可將電力供給負載使用。但該系統(tǒng)實際應用中存在受氣象條件影響較大、能源轉換效率低、系統(tǒng)容量調節(jié)不方便等問題。為此，本研究設計一種基于模塊化的風光互補發(fā)電系統(tǒng)控制器，以實現(xiàn)對該發(fā)電系統(tǒng)的智能化控制。

1 風光互補發(fā)電系統(tǒng)控制策略

風光互補發(fā)電系統(tǒng)控制器是整個發(fā)電系統(tǒng)的關鍵部件，起到連接發(fā)電單元（包括風力發(fā)電機與太陽能電池）、蓄電池和負載的作用。該控制器可以根據不同的環(huán)境情況，通過最大功率跟蹤技術提高能源利用率，并對整個發(fā)電系統(tǒng)的輸入輸出情況進行全面控制。

風光互補發(fā)電系統(tǒng)控制架構如圖1所示。太陽能電池的輸出電壓采用最大功率跟蹤技術，通過DC/DC轉換器將該電壓穩(wěn)定在太陽能電池的最大功率點，實現(xiàn)對太陽能的最大功率輸出，然后通過控制電路、檢測電路、蓄電池充電電路等將電能輸送給蓄電池和負載。

1.1 系統(tǒng)控制器的模塊化結構設計

該控制器采用模塊化結構設計，可以更加靈活地調整系統(tǒng)容量。控制器模塊化結構框圖如圖2所示。 該控制器由一個主控模塊和多個功率模塊組成，主控模塊和功率模塊之間通過RS485通訊協(xié)議，并以單片機控制數據的傳輸。太陽能電池通過最大功率跟蹤技術和DC/DC轉換器、風力發(fā)電機通過調壓整流電路后分別接入到各自的功率模塊中。主控模塊可以實時檢測功率模塊的工作狀態(tài)，并通過改變系統(tǒng)參數對發(fā)電單元和儲能單元的工作狀態(tài)進行調配，從而配置出合理的系統(tǒng)容量。工作人員可以在顯示屏中查看系統(tǒng)工作狀態(tài)。

1.2 太陽能最大功率跟蹤功能

根據太陽能組件的輸出特性而提出的最大功率跟蹤方法有很多，目前工程產品中多數采用恒定電壓法。恒定電壓法具有控制思想簡單、控制電路容易實現(xiàn)、對輸出電壓具有很好穩(wěn)定性等優(yōu)點。考慮到其控制策略具有很高的實用性和成熟性，本研究采用恒定電壓法，并使用DC/DC變換器來實現(xiàn)太陽能的最大功率跟蹤功能。DC/DC變換器的整體系統(tǒng)結構框圖如圖3所示。該變換器采用PWM控制開關的開通與關斷，調整太陽能電池的輸出電壓為預先測得的最大功率點的輸出電壓，即可實現(xiàn)太陽能最大功率跟蹤功能。

2 風光互補發(fā)電系統(tǒng)控制器的硬件設計

該控制器的硬件結構框圖如圖4所示?？刂菩酒捎镁哂袕妱胚\算能力的PIC18系列單片機為設計核心，此外還包括液晶顯示模塊、按鍵輸入模塊、通訊模塊電源電路及檢測電路等部分。

3 風光互補發(fā)電系統(tǒng)控制器的軟件設計

該控制器軟件部分主程序主要包括系統(tǒng)初始化設置、系統(tǒng)通訊子程序、蓄電池充放電控制子程序和液晶屏及鍵盤輸入子程序。系統(tǒng)主程序流程如圖5所示。該程序對系統(tǒng)內各寄存器進行初始化設置，采集發(fā)電部分及蓄電池的電壓、電流參數，并將各參數與系統(tǒng)預設值進行比較，了解系統(tǒng)運行狀態(tài)；根據外界不同情況，調用各子程序對整個系統(tǒng)進行管理和控制。

4 結語

基于模塊化的風光互補發(fā)電系統(tǒng)控制器包括軟、硬件兩部分設計。該控制器可對整個發(fā)電系統(tǒng)進行智能化控制，并采用太陽能最大功率跟蹤技術，以提高能源利用率。同時，實現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)靈活配置容量，以起到方便安裝、減小售后難度、降低成本的目的。利用該控制器可以實現(xiàn)風光互補發(fā)電系統(tǒng)的模塊化高效智能控制。

參考文獻

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