《一种基于电容混合蓄能的高效率风光、市电互补供电装置.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种基于电容混合蓄能的高效率风光、市电互补供电装置.pdf（9页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102882280 A (43)申请公布日 2013.01.16 C N 1 0 2 8 8 2 2 8 0 A *CN102882280A* (21)申请号 201110194689.2 (22)申请日 2011.07.12 H02J 15/00(2006.01) H02J 7/35(2006.01) H02M 3/155(2006.01) (71)申请人上海诚控电子科技有限公司 地址 201100 上海市闵行区沁春路168弄29 号201室 申请人上海盛东国际集装箱码头有限公司 (72)发明人祁延年 孙金余 贡军民 (54) 发明名称 一种基于电容混合蓄能的高效率。
2、风光、市电 互补供电装置 (57) 摘要 本发明提供一种基于电容混合蓄能的风力发 电、光伏发电、市电互补的供电系统。它由风力发 电机1、太阳能电池2、市电接口3、AC(DC)/DC风 光控制器4、AC/DC降压变换器5、电压混合电容组 6、DC/AC逆变器7、负载8组成。利用两路直流并 联供电，负载功率将由电压高的那路电源获取的 原理。通过提高AC(DC)/DC风光控制器输出电压 和降低进入电容组的市电AC/DC降压变换器输出 电压，可以最大程度的利用风光能源及节约市电。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 。
3、权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 2 页 1/2页 2 1.一种基于电容器混合蓄能的高效率风光、市电互补供电装置，其特征在于：包括风 力发电机1、太阳能电池2、市电接口3、AC(DC)/DC风光控制器4、AC/DC降压变换器5、电压 混合电容组6、DC/AC逆变器7、负载8、直流母线9。其中风力发电机1通过AC(DC)/DC风 光控制器4与电压混合电容组6连接，太阳能电池2通过AC(DC)/DC风光控制器4与电压 混合电容组6连接，市电接口3通过AC/DC降压变换器5与电压混合电容组6连接，电压混 合电容组6输出端与DC/AC逆变器7连接，DC/AC逆变器7输出端与负载8连接。电压混 。
4、合电容组6中电容组可采用大的电解电容或是超级电容。 2.如权利要求1所述的一种基于电容器混合蓄能的高效率风光、市电互补供电装置， 其特征在于：风电整流器401将风力发电机发出的电压转直流电压后送入输入滤波电感 403，光电整流器402对太阳能的电源进行极性识别后送入输入滤波电感403，输入滤波电 容404与输入滤波电感403对输入的风电电压及光电电压进行滤波，输入电压传感器405 的输入端与输入滤波电感403的输出端连接，输入电压传感器405的输出端与直流母线的 负端9b连接，对输入电压进行检测并送入控制器408，泄荷负载406用于当K1点的电压高 于设定电压时，释放掉多余电压，以保持K1点电。
5、压的稳定。可控功率开关407的输入端与 泄荷负载406连接，可控功率开关407的输出端与直流母线的负端9b连接。BOOST升压变 换器409用于当K1点的电压低于设定电压时，对输入电压进行升压处理，以保持K2点电压 的稳定。续流二极管410用于降压斩波时对K2点电压的续流。输出滤波电容411于对输 出电压的滤波。输出电压传感器412对输出电压进行检测并送入控制器408，输出隔离二极 管413防止直流母线9a端的电流倒流，影响AC(DC)/DC风光控制器4的功能。 3.如权利要求1所述的一种基于电容器混合蓄能的高效率风光、市电互补供电装置， 其特征在于：升压电感4091的输入端与输入滤波电感40。
6、3的输出端连接，可控功率开关 4092的输入端与升压电感4091的输出端连接，可控功率开关4092的输出端与直流母线的 负端9b连接，功率整流二极管4093输入端与输入滤波电感403的输出端连接，功率整流二 极管4093输出端与直流母线正端9a连接。BOOST升压变换器409用于对微风或弱光产生 的低于直流母线9的电压进行提升利用。 4.如权利要求1所述的一种基于电容器混合蓄能的高效率风光、市电互补供电装置， 其特征在于：变流输入整流器501用于对交流市电进行整流，输入滤波电感502及输入滤波 电容503用于对输入电压滤波后送入可控功率开关504，控制器505对可控功率开关504进 行调整，以。
7、使输出电压保持稳定。输出整流电感507对电压进行数字化降压处理，功率二极 管506、输出整流电感507及输出滤波电容508组成BUCK降压电路，对输入的交流市电进行 降压处理。输出电压传感器509对输出电压进行取样，并将输出取样电压送入控制器505。 输出隔离二极管510防止直流母线9a端的电流倒流，影响AC/DC降压变换器5的功能。在 实际应用中，AC/DC降压变换器5的输出电压要求低于AC(DC)/DC风光控制器4输出的电 压，但要满足DC/AC逆变器7的最低正常工作电压要求，以保持AC(DC)/DC风光控制器4输 出的电压被优先使用，以降低市电使用率，节约市电能源及最大限度的利用风光资源。
8、。 5.如权利要求1所述的一种基于电容器混合蓄能的高效率风光、市电互补供电装置， 其特征在于：多个高压电解电容601并联后对AC(DC)/DC风光控制器4输出的电压及AC/ DC降压变换器5输出的电压进行混合，并对输入电压蓄能，再供给DC/AC逆变器7。混合电 容组6容量由DC/AC逆变器7的启动电感性负载所需的最大瞬时能量来决定，因此混合电 权 利 要 求 书CN 102882280 A 2/2页 3 容组6无需巨大的容量，可以大大节约成本。 权 利 要 求 书CN 102882280 A 1/4页 4 一种基于电容混合蓄能的高效率风光、 市电互补供电装置 技术领域 0001 本发明涉及一种。
9、基于电容混合蓄能的风力发电、光伏发电、市电互补的供电系统， 特别涉及优先高效利用超宽范围风速和光照条件下的风能和光能的不间断供电装置。 背景技术 0002 随着能源危机的日益突出，风力发电、光伏发电等清洁能源发电技术应用越来越 广泛，由于风光资源的天然互补性，风力发电、光伏发电互补可以提供更多的电力资源。风 光、市电互补供电系统各发电单元可以独立控制也能协调工作，供电安全性和可靠性比较 高，可以为通信设施和居民生活提供不间断电力，节约电力资源，减少环境污染。 0003 当前一般系统构成是太阳能或风力发电机发出的电力通过充电控制器向蓄电池 或超级电容器充电，负载的供电是由蓄电池或超级电容器储存的。
10、能量经逆变器逆变成交流 供给。由于自然界的太阳光和风速变化是不可预测的，所以风光互补系统的电力输出不稳 定，当风光互补发电装置所出的电压低于蓄电池或超级电容器的电压时就不能向蓄电池或 超级电容器充电，此时风光互补发电装置所出的电力利用率非常低，这样的风光互补发电 系统的能量实际利用率很低，且蓄电池或超级电容器的储能装置成本高，体积大。 0004 中国专利CN2723723Y公开了一种风光互补系统，该系统采用可充电蓄电池作为 储能装置。太阳能电池产生的电力通过最大功率跟踪后，经过蓄电池充电控制回路给蓄电 池充电，风力发电机产生的电力通过整流以后经过蓄电池充电控制回路给蓄电池充电，蓄 电池充电控制。
11、回路根据预设的电池温度不断调整充电的截止电压。蓄电池和直流母线连 接，蓄电池通过逆变器给负载提供交流电力。中国专利CN101286655A公开了一种基于超级 电容器储能的风力发电、光伏发电互补供电系统，该系统采用超级电容器组作为储能装置。 太阳能电池产生的电力通过最大功率跟踪后，经过超级电容器组充电控制回路给超级电容 器组充电，风力发电机或市电产生的电力通过整流以后经过超级电容器组充电控制回路给 超级电容器组充电。超级电容器组和直流母线连接，超级电容器组通过逆变器给负载提供 交流电力。 0005 以上专利均采用储能系统给负载供电，但如果风速较低时风力发电机的转速非常 低，因此发出的电压经过整流。
12、后达不到蓄电池或超级电容器组的电压，无法给蓄电池或超 级电容器组充电，这时风能就无法被利用。同样，当光照较低时，太阳能电池所发出的电压 也比较低，这时也无法将太阳能转化为电能给蓄电池或超级电容器组充电。也就是说只有 风光发出的电压高于蓄电池或超级电容器组的母线电压时才能够对风光的能量进行利用。 当风光发出的电压低于蓄电池或超级电容器组的母线电压时，风光互补发电系统就无法继 续给蓄电池或超级电容器组充电。导致这些能源被白白浪费掉。 0006 中国专利CN101540568A公开了一种高效率风光互补发电控制装置，该专利中为 了能够扩大风力发电机的可利用风速的范围，及扩大太阳能发电的可利用光照范围，。
13、利用 互补发电的两个升/降压DC/DC变换器通过全数字化风光互补发电控制器进行控制并实现 交错并联向蓄电池充电，并向负载供电。该专利在负载较轻且风力最大时，如遇到强风等大 说 明 书CN 102882280 A 2/4页 5 风情况下，负荷不能被及时的消耗，风力发电机处于轻载或微载状态时，发出的电压会急剧 升高，远远高于额定电压，导致升降压DC/DC变换器中的电容33两端相关电路处于很高的 电压，对相关电路的电子元器件耐压要求相应增加，使电子元器件成本增加；并且风力发电 机叶片会因此而高速旋转，使风力发电机的磨损加剧，严重时甚至会产生飞车现象，发生安 全隐患。 0007 综上所述，目前的风光互。
14、补供电系统均采用容量较大的储能装置，成本较高，体积 大，维护不便，采用蓄电池储能的装置，污染严重，使用寿命短；采用超级电容储能的装置， 其维护系统及保障系统复杂，成本非常大。 发明内容 0008 本发明针对现有技术所存在的主要问题，提供一种基于电容混合蓄能的高效率风 光、市电互补供电装置。主要目的就是最大程度的节约市电，最大程度的利用风光发出的能 源为负载供电。本发明可以最大限度的利用微风及弱光发出的能源，优先高效利用风光互 补供电，为负载提供不间断电源。 0009 本发明通过AC(DC)/DC风光控制器对风力发电机和太阳能发出的低电压进行升 压，对风力发电机和太阳能发出的高电压进行(分流)限。
15、压，最后在母线高压电容上得到相 对稳定的直流电压加以利用。 0010 另市电通过AC/DC降压变换器对市电进行稳压处理。风和光所发出的电压及AC/ DC降压变换器降压处理的市电，并入高压电容组母线上进行混合，再供给DC/AC逆变器，经 DC/AC逆变器转换为交流电源为负载供电。利用两路直流并联供电，负载功率将由电压高的 那路电源获取的原理。通过提高AC(DC)/DC风光控制器输出电压和降低进入电容组的市电 AC/DC降压变换器输出电压，可以最大程度的利用风光能源及节约市电。 0011 本发明的实现的： 0012 本发明由风力发电机1、太阳能电池2、市电接口3、AC(DC)/DC风光控制器4、A。
16、C/ DC降压变换器5、电压混合电容组6、DC/AC逆变器7、负载8组成。 0013 风力发电机功率输出端与AC(DC)/DC风光控制器的风力发电接口相连接，太阳能 电池输出端与AC(DC)/DC风光控制器的光伏发电接口相连接，市电接口与AC/DC降压变换 器输入接口相连接。另AC(DC)/DC风光控制器的输出端与电压混合电容组直流母线相连 接，AC/DC降压变换器输出端与电压混合电容组直流母线相连接，电压混合电容组的直流母 线与DC/AC逆变器的输入端相连接，负载直接连接到DC/AC逆变器的输出端。 0014 AC(DC)/DC风光控制器由控制器对整流后的风光电压及输出电压进行检测监视， 控。
17、制器的电压信号分别通过输入电压传感器及输出电压传感器提供，并通过升压控制电路 或卸放控制电路来控制输出电压，使输出电压达到一个稳定值。利用AC(DC)/DC风光控制 器中的控制策略完成风光电发电系统的优化控制。 0015 电压混合电容组通过二极管和电容组对输入电压进行混合及蓄能，并使风光电发 电系统发出的电通过DC/AC逆变器后直接供应给负载。可省掉蓄电池或超级电容器组这种 储能装置，节约成本。 0016 本发明的一个效果在于，能够提供不间断的供应电源，使市电、风光电的转换时间 为零。且市电、风光电的转换过程简单，可靠性高。 说 明 书CN 102882280 A 3/4页 6 0017 本发。
18、明的另外一个效果在于，通过少量高压电解电容或超级电容蓄能，省掉庞大 的蓄电池或超级电容器组储能系统，使产品体积减小，电路成本降低。采用电解电容或超级 电容蓄能，能够充分发挥电解电容或超级电容高功率密度、循环寿命长、维护简单、无污染 等优点。 0018 本发明的另外一个效果在于，通过AC(DC)/DC风光控制器把频率不稳定宽范围的 风电转换为直流电压，并对直流电压的峰值进行限制。 0019 本发明的另外一个效果在于，通过AC(DC)/DC风光控制器对低于母线的太阳能电 压进行电压提升利用对高电压进行峰值限制。 0020 本发明的另外一个效果在于，通过AC/DC降压变换器对市电的输出电压进行限 定。
19、，将输入交流电压转变为输出可变的直流电源。 0021 本发明的另外一个效果在于，通过AC(DC)/DC风光控制器可以对使用风电、光电、 市电的比例进行调配，可最大限度的使用风能或光能，可以捕获更多的可再生能源，节约市 电。 0022 本发明的另外一个效果在于，通过电压混合电容组，把风电、光电及市电电源进行 混合，并送给电容组，把电容组上的直流电源转换成频率和电压稳定的电源输出。 附图说明 0023 图1是本发明工作原理框图； 0024 图2是本发明AC(DC)/DC风光控制器原理图； 0025 图3是本发明BOOST升压变换器原理图； 0026 图4是本发明AC/DC降压变换器原理图； 002。
20、7 图5是本发明电压混合电容组原理图； 具体实施方式 0028 以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。 0029 如图1所示为本发明一种基于电容器混合蓄能的高效率风光、市电互补供电装 置，该实施包括风力发电机1、太阳能电池2、市电接口3、AC(DC)/DC风光控制器4、AC/DC降 压变换器5、电压混合电容组6、DC/AC逆变器7、负载8、直流母线9。其中风力发电机1通 过AC(DC)/DC风光控制器4与电压混合电容组6连接，太阳能电池2通过AC(DC)/DC风光 控制器4与电压混合电容组6连接，市电接口3通过AC/DC降压变换器5与电压混合电容 组6连接，电压混合电容组6输出端与DC/。
21、AC逆变器7连接，DC/AC逆变器7输出端与负载 8连接。电压混合电容组6中电容组可采用大的电解电容或是超级电容。 0030 图2所示为本发明本发明AC(DC)/DC风光控制器4，它由风电整流器401、光电整 流器402、输入滤波电感403、输入滤波电容404、输入电压传感器405、泄荷负载406、可控功 率开关407、控制器408、BOOST升压变换器409、续流二极管410、输出滤波电容411、输出电 压传感器412、输出隔离二极管413组成。风电整流器401将风力发电机发出的电压转直流 电压后送入输入滤波电感403，光电整流器402对太阳能的电源进行极性识别后送入输入 滤波电感403，输。
22、入滤波电容404与输入滤波电感403对输入的风电电压及光电电压进行滤 波，输入电压传感器405的输入端与输入滤波电感403的输出端连接，输入电压传感器405 说 明 书CN 102882280 A 4/4页 7 的输出端与直流母线的负端9b连接，对输入电压进行检测并送入控制器408，泄荷负载406 用于当K1点的电压高于设定电压时，释放掉多余电压，以保持K1点电压的稳定。可控功率 开关407的输入端与泄荷负载406连接，可控功率开关407的输出端与直流母线的负端9b 连接。BOOST升压变换器409用于当K1点的电压低于设定电压时，对输入电压进行升压处 理，以保持K2点电压的稳定。续流二极管4。
23、10用于降压斩波时对K2点电压的续流。输出 滤波电容411于对输出电压的滤波。输出电压传感器412对输出电压进行检测并送入控制 器408，输出隔离二极管413防止直流母线9a端的电流倒流，影响AC(DC)/DC风光控制器4 的功能。 0031 图3所示为本发明BOOST升压变换器409，它由升压电感4091，可控功率开关 4092、功率整流二极管4093组成。升压电感4091的输入端与输入滤波电感403的输出端 连接，可控功率开关4092的输入端与升压电感4091的输出端连接，可控功率开关4092的 输出端与直流母线的负端9b连接，功率整流二极管4093输入端与输入滤波电感403的输 出端连接。
24、，功率整流二极管4093输出端与直流母线正端9a连接。BOOST升压变换器409用 于对微风或弱光产生的低于直流母线9的电压进行提升利用。 0032 图4所示为本发明AC/DC降压变换器5，它由交流输入整流器501、输入滤波电感 502、输入滤波电容503、可控功率开关504、控制器505、功率二极管506、输出整流电感507、 输出滤波电容508、输出电压传感器509、输出隔离二极管510组成。交流输入整流器501 用于对交流市电进行整流，输入滤波电感502及输入滤波电容503用于对输入电压滤波后 送入可控功率开关504，控制器505对可控功率开关504进行调整，以使输出电压保持稳定。 输出。
25、整流电感507对电压进行数字化降压处理，功率二极管506、输出整流电感507及输出 滤波电容508组成BUCK降压电路，对输入的交流市电进行降压处理。输出电压传感器509 对输出电压进行取样，并将输出取样电压送入控制器505。输出隔离二极管510防止直流母 线9a端的电流倒流，影响AC/DC降压变换器5的功能。在实际应用中，AC/DC降压变换器5 的输出电压要求低于AC(DC)/DC风光控制器4输出的电压，但要满足DC/AC逆变器7的最 低正常工作电压要求，以保持AC(DC)/DC风光控制器4输出的电压被优先使用，以降低市电 使用率，节约市电能源及最大限度的利用风光资源。 0033 图5所示为本发明电压混合电容组6，它由大容量的高压电解电容601组成。高压 电解电容601也可由超级电容组替代。多个高压电解电容601并联后对AC(DC)/DC风光控 制器4输出的电压及AC/DC降压变换器5输出的电压进行混合，并对输入电压蓄能，再供给 DC/AC逆变器7。混合电容组6容量由DC/AC逆变器7的启动电感性负载所需的最大瞬时 能量来决定，因此混合电容组6无需巨大的容量，可以大大节约成本。 说 明 书CN 102882280 A 1/2页 8 图1 图2 图3 说 明 书 附 图CN 102882280 A 2/2页 9 图4 图5 说 明 书 附 图CN 102882280 A 。