并网发电型风光互补路灯系统控制器

摘要

本发明提供的一种并网发电型风光互补路灯系统控制器，能将风光互补发电系统与市电电网并网，首先由风光互补发电系统为路灯供电，并将多余的电能馈入市电电网，当风光发电量不能满足路灯正常工作的需要时，由市电电网对路灯进行供电，既节省了市电又保证了路灯正常工作；风光互补发电系统不需要配置专用蓄电池，降低了成本。包括主控制芯片，与主控制芯片双向连接的连接风力发电机的风能DC/DC变换器、连接光伏组件的光能DC/DC变换器、连接路灯的负载DC/DC变换器以及能连接市电电网的可逆AC/DC变换器，路灯通过负载DC/DC变换器分别连接光能DC/DC变换器、风能DC/DC变换器以及可逆AC/DC变换器。

说明书

技术领域

本发明涉及风光互补路灯系统控制器技术领域，特别是一种并网发电型风光互补路灯系统控制器。 

背景技术

目前我国现有的城市或农村等公共照明路灯系统大都采用市电电网供电，耗电量较大，在当今世界都处于能源短缺的情况下，寻找新能源，解决公共照明系统耗电量大问题，也是一项具有十分重要意义的工作。风光互补发电技术作为一种理想的清洁新能源供电技术，已经成为新能源产业的重要发展方向，以风光互补发电技术为基础的风光互补发电系统主要由风力发电机、光伏组件、控制器、蓄电池和负载等部分组成，其工作原理是，利用风能和太阳能的双重优点，通过风力发电机和光伏组件发出电能，通过蓄电池储存电能，通过控制器控制对蓄电池的充电、放电和对负载的输出。如果能将风光互补发电系统应用于采用市电供电的路灯照明系统，可以有效解决市电供电的路灯照明系统耗电量大的问题，达到节能减排，绿色环保的目的。但是现有技术的风光互补发电系统中，一般要配备专用蓄电池作为储能元件，用于储存风力发电机和光伏组件发出的多余电能，增加了风光互补发电系统安装过程的复杂程度，并且由于专用蓄电池的价格一般比较昂贵，使现有的风光互补发电系统的成本比较高。 

发明内容

根据现有技术存在的不足，本发明提供一种并网发电型风光互补路灯系统控制器，能将风光互补发电系统与市电电网并网，首先充分利用风光这两种新能源为负载(路灯)供电，并将多余的电能馈入市电电网，当风光互补路灯系统的发电量不能满足负载(路灯)正常工作的需要时，由市电电网对负载(路灯)进行供电，既节省了市电电量又保证了负载(路灯)工作的连续性和稳定性；并且风光互补发电系统不需要配置专用蓄电池，降低了成本。 

本发明的技术方案是： 

一种并网发电型风光互补路灯系统控制器，其特征在于，包括主控制芯片、连接风力发电机的风能DC/DC变换器、连接光伏组件的光能DC/DC变换器、连接路灯的负载DC/DC 变换器以及能连接市电电网的可逆AC/DC变换器，所述路灯通过负载DC/DC变换器分别连接光能DC/DC变换器、风能DC/DC变换器以及可逆AC/DC变换器；所述主控制芯片分别与光能DC/DC变换器、风能DC/DC变换器、负载DC/DC变换器以及可逆AC/DC变换器双向连接，用于控制风能DC/DC变换器、光能DC/DC变换器、负载DC/DC变换器、可逆AC/DC变换器，首先将风力发电机和光伏组件发出的电能为路灯供电，并将多余的电能馈入市电电网，当风力发电机和光伏组件发出的电能不能满足路灯正常工作时，通过市电电网为路灯供电。 

所述可逆AC/DC变换器包括一个由4个功率开关管组成的全桥AC-DC整流/逆变电路，所述全桥AC-DC整流/逆变电路连接一个由4个功率开关管组成的全桥高频DC-DC变换/整流电路，所述全桥高频DC-DC变换/整流电路连接高频变压器的原边，高频变压器的副边连接一个由4个功率开关管组成的全桥高频DC-DC整流/变换电路；所述功率开关管的控制极均与主控制芯片连接。 

所述全桥AC-DC整流/逆变电路、全桥高频DC-DC变换电路采用脉冲宽度调制控制方式。 

所述交流输入/输出端与直流输入/输出端分别连接有滤波电感和滤波电容。 

所述功率开关管为高频功率开关管，所述高频功率开关管为MOSFET管、IGBT管或SiC管。 

所述连接风力发电机的风能DC/DC变换器、连接光伏组件的光能DC/DC变换器均为通过主控制芯片的控制信号，实现最大功率点跟踪控制的DC/DC变换电路。 

所述控制器还包括接口与通讯单元，所述接口与通讯单元与主控制芯片双向连接。

所述主控制芯片为数字信号处理器芯片。 

本发明的技术效果： 

本发明提供的一种并网发电型风光互补路灯系统控制器，相比于现有技术的风光互补路灯系统控制器，增加了能与市电电网连接的可逆AC/DC变换器，将风光互补发电系统与市电电网相结合，对风能、光能、市电综合控制，首先对风力发电机和光伏组件所发的电能进行调节和控制，充分利用风光这两种新能源为负载(路灯)供电，在不亮灯或亮灯时都将所发的电除去亮灯需要外，将多余的电能全部直接馈入到市电电网，相当于一个小型新能源发电系统，只有当风力发电机和光伏组件的发电量不能满足负载(路灯)正常工作的需要时，才切换到市电电网，用市电电网的电对负载(路灯)进行供电，既节省了市电电量又保证了负载(路灯)工作的连续性和稳定性；并且风光互补发电系统不再需要配置专用蓄电池，降低了成本；同时还可利用峰谷电价政策，在白天用电高峰时，正是路灯系统用电量最小的时 候，风光互补发电系统能将所发的电基本上直接馈入到市电电网，具有很好的经济效益。另外本发明的控制器本身具备更强的自动化和智能化控制功能，如光控、时控、人工控制等方式；特别是将本发明应用于老旧照明系统的改造中，工程实施简单，改造工程量小。 

本发明增加的可逆AC/DC变换器，实现了电能在市电电网和直流输出之间的双向变换，在AC-DC变换时，在输入端实现了PWM整流，提高电网侧功率因数，再经过通过高频直流变压器相互连接的高频DC-DC变换电路和单向整流电路，变换为相应负载所需要的稳定的直流电压；在进行DC-AC变换时，直流输入端由四个高频功率开关管组成的DC-DC全桥PWM变换电路，将直流电变换为正弦波调制的脉动直流信号，通过高频变压器的传递，进入DC-DC单向整流电路，再经过DC-AC逆变电路，将直流电能转化为与电网同频同相的交流电馈入电网；其中采用了高频功率开关技术，因而能够使本发明的控制器最终达到体积小重量轻的效果。并且本发明通过主控制芯片控制连接风力发电机的风能DC/DC变换器、连接光伏组件的光能DC/DC变换器，实现了最大功率点跟踪控制，提高了对新能源的利用效率。 

附图说明

图1是本发明的控制器实施例的结构示意图。 

图2是本发明的控制器的可逆AC/DC变换器的电路拓扑结构示意图。 

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步说明。 

如图1所示，一种并网发电型风光互补路灯系统控制器，包括主控制芯片、连接风力发电机的风能DC/DC变换器、连接光伏组件的光能DC/DC变换器、连接路灯的负载DC/DC变换器以及能连接市电电网的可逆AC/DC变换器，路灯通过负载DC/DC变换器分别连接光能DC/DC变换器、风能DC/DC变换器以及可逆AC/DC变换器；主控制芯片分别与光能DC/DC变换器、风能DC/DC变换器、负载DC/DC变换器以及可逆AC/DC变换器双向连接，用于控制风能DC/DC变换器、光能DC/DC变换器、负载DC/DC变换器、可逆AC/DC变换器，首先将风力发电机和光伏组件发出的电能为路灯供电，并将多余的电能馈入市电电网，此时风力发电机和光伏组件发出的电能一方面通过负载DC/DC变换器为路灯供电，另一方面可通过可逆AC/DC变换器，进行DC-AC变换，将多余的电能馈入市电电网，若路灯不亮灯工作，则风力发电机和光伏组件所发的电能全部馈入市电电网，相当于一个小型新能源发电系统；当风力发电机和光伏组件发出的电能不能满足路灯正常工作时，通过市电电网为路灯供电，也即通过可逆AC/DC变换器，进行AC-DC变换，用市电电网的电能为路灯供电；并且本发 明根据路灯亮度的需要，可通过负载DC/DC变换器进行调光，使电能达到最佳利用状态。本发明的控制器还包括接口与通讯单元，接口与通讯单元也与主控制芯片双向连接，通过计算机可以实现数据传输，进行集中控制与管理。另外连接风力发电机的风能DC/DC变换器、连接光伏组件的光能DC/DC变换器，均通过主控制芯片控制，实现了最大功率点跟踪控制，以最大限度的利用风能和太阳能。 

如图2所示，为本发明控制器的可逆AC/DC变换器的电路拓扑结构示意图。包括一个由功率开关管Q1～Q4组成的全桥AC-DC整流/逆变电路，全桥AC-DC整流/逆变电路连接一个由功率开关管Q5～Q8组成的全桥高频DC-DC变换/整流电路，全桥高频DC-DC变换/整流电路连接高频变压器B的原边，高频变压器B的副边连接一个由功率开关管Q9～Q12组成的全桥高频DC-DC整流/变换电路；功率开关管的控制极均与主控制芯片连接；在交流输入/输出端与直流输入/输出端分别连接有滤波电感和滤波电容。在进行AC-DC的变换时，输入端的单相交流电首先经过滤波电容C和滤波电感L进行滤波，再经过由功率开关管Q1～Q4组成的全桥AC-DC整流电路，采用PWM脉冲宽度调制控制方式，输出脉动的高压直流电流，再经过由功率开关管Q5～Q8组成的全桥高频DC-DC变换电路，进行高频DC-DC变换，输出的脉动直流信号由高频变压器的初级侧变换至次级侧的直流电压输出电路，次级侧的直流电压输出电路包括由功率开关管Q9～Q12组成的全桥高频DC-DC整流电路，进行单向整流，再经滤波电感L0和滤波电容C0滤波输出稳定的直流电压，为负载供电；在进行DC-AC的变换时，输入端的直流电压首先经过滤波电容C0和滤波电感L0进行滤波，再经过由功率开关管Q9～Q12组成的全桥高频DC-DC变换电路，采用PWM脉冲宽度调制控制方式，输出正弦波调制的脉动直流信号，再经过由功率开关管Q5～Q8组成的全桥高频DC-DC整流电路，进行单向整流，最后经由功率开关管Q1～Q4组成的全桥DC-AC逆变电路，采用脉冲宽度调制控制方式，输出交流电，馈入市电电网。 

本发明中的主控制芯片为数字信号处理器芯片，功率开关管为高频功率开关管，可以是MOSFET管、IGBT管或SiC管；通过高频开关技术实现了电压等级的变换，并且使控制器的体积大大减小，重量大大减轻。