市電交互型風光互補路燈系統控制器的製作方法

2023-05-01 19:06:41

專利名稱：市電交互型風光互補路燈系統控制器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及風光互補路燈系統控制器技術領域，特別是一種市電交互型風光互補路燈系統控制器。
背景技術：
目前我國現有的城市或農村等公共照明路燈系統大都採用市電電網供電，耗電量較大，在當今世界都處於能源短缺的情況下，尋找新能源，解決公共照明系統耗電量大問題，也是ー項具有十分重要意義的工作。風光互補發電技術作為ー種理想的清潔新能源供 電技木，已經成為新能源產業的重要發展方向，以風光互補發電技術為基礎的風光互補發電系統主要由風カ發電機、光伏組件、控制器、蓄電池和負載等部分組成，其工作原理是，利用風能和太陽能的雙重優點，通過風カ發電機和光伏組件發出電能，通過蓄電池儲存電能，通過控制器控制對蓄電池的充電、放電和對負載的輸出。如果能將風光互補發電系統應用於採用市電供電的路燈照明系統，可以有效解決市電供電的路燈照明系統耗電量大的問題，達到節能減排，綠色環保的目的。

實用新型內容根據現有技術存在的不足，本實用新型提供一種市電交互型風光互補路燈系統控制器，能將風光互補路燈系統與市電電網相結合，首先充分利用風光這兩種新能源為負載(路燈)供電，當風光互補路燈系統的供電量不能滿足負載(路燈)正常工作的需要吋，自動切換到市電電網，對負載(路燈)進行供電，既節省了市電電量又保證了負載(路燈)エ作的連續性和穩定性。本實用新型的技術方案是一種市電交互型風光互補路燈系統控制器，其特徵在於，包括主控制晶片、連接風力發電機的風能DC/DC變換器、連接光伏組件的光能DC/DC變換器、連接路燈的負載DC/DC變換器以及能連接市電電網的AC/DC變換器，所述風能DC/DC變換器、光能DC/DC變換器、AC/DC變換器與蓄電池電池組並聯連接後通過負載DC/DC變換器與路燈連接；所述主控制晶片分別與光能DC/DC變換器、風能DC/DC變換器、負載DC/DC變換器以及AC/DC變換器雙向連接，用於控制風能DC/DC變換器、光能DC/DC變換器、負載DC/DC變換器、市電AC/DC變換器，首先將風力發電機和光伏組件發出的電能為路燈供電，當風カ發電機和光伏組件發出的電能不能滿足路燈正常工作時，啟動AC/DC變換器，通過市電電網為路燈供電。所述AC/DC變換器包括由4個ニ極管組成的整流橋D，整流橋D與電感L、功率開關管Q1、ニ極管D1、電容Cl組成功率因數校正電路；整流橋D用於對輸入的交流電壓進行整流，整流橋D的輸出端通過電感L連接第一功率開關管Q1，第一功率開關管Ql的ー個輸出極連接ニ極管Dl的正極，ニ極管Dl的負極和第一功率開關管Ql的另ー個輸出極之間並聯電容Cl，用於對整流後的輸出電壓進行功率因數調節，同時對整流後的輸出電壓進行穩壓及濾波；功率因數校正電路的輸出端通過第二功率開關管Q2連接變壓器的原邊線圈，變壓器的副邊線圈的兩端連接直流電壓輸出電路；所述第一功率開關管Ql和第二功率開關管Q2的控制極分別連接主控制晶片。所述直流電壓輸出電路包括第一整流二級管D2和第二整流二級管D3，第一整流二級管D2和第二整流二級管D3的正極端分別連接變壓器副邊線圈的兩端，第一整流二級管Dl的負極端與第二整流二級管D2的負極端相連後與輸出電容C2的一端連接，變壓器副邊線圈的中心抽頭與輸出電容C2的另一端連接。所述變壓器為高頻變 壓器。所述功率開關管為高頻功率開關管，所述高頻功率開關管為MOSFET管、IGBT管或SiC 管。所述功率因數校正電路中的二極體Dl和第一整流二級管D2和第二整流二級管D3均為快速恢復二極體。所述連接風力發電機的風能DC/DC變換器、連接光伏組件的光能DC/DC變換器均為通過主控制晶片的控制信號，實現最大功率點跟蹤控制的DC/DC變換電路。所述控制器還包括接口與通訊單元，所述接口與通訊單元與主控制晶片雙向連接。所述主控制晶片為數位訊號處理器晶片。本實用新型的技術效果本實用新型提供一種市電交互型風光互補路燈系統控制器，相比於現有技術的風光互補路燈系統控制器，增加了能與市電電網連接的AC/DC變換器，將風光互補路燈系統與市電電網相結合，對風能、光能、市電綜合控制，首先對風力發電機和光伏組件所發的電能進行調節和控制，充分利用風光這兩種新能源為負載(路燈)供電，在不亮燈或亮燈時都將所發的電除去亮燈需要外存儲在蓄電池組內，當風光發電量和蓄電池組中的電能總和不能滿足負載(路燈)正常工作的需要時，自動切換到市電電網，用市電電網的電對負載(路燈)進行供電，既節省了市電電量又保證了負載(路燈)工作的連續性和穩定性；同時本實用新型的控制器本身具備更強的自動化和智能化控制功能，如光控、時控、人工控制等方式；特別是將本實用新型應用於老舊照明系統的改造中，工程實施簡單，改造工程量小。本實用新型增加的AC/DC變換器，採用了有源功率因素校正(PFC)技術，在交流電轉換為直流電的過程中，提高了電網側功率因數，也即提高了對市電的利用率，減少了轉換過程中的電能損耗，減少了對電網的諧波汙染；同時在DC-DC變換中，採用了高頻功率開關技術實現電壓等級的變換，通過高頻功率開關器件的控制，實現能量由變壓器初級到次級的傳遞，因而能夠使本實用新型的控制器最終達到體積小重量輕的效果。並且本實用新型通過主控制晶片控制連接風力發電機的風能DC/DC變換器、連接光伏組件的光能DC/DC變換器，實現了最大功率點跟蹤控制，提高了對新能源的利用效率。

圖I是本實用新型的控制器實施例的結構示意圖。圖2是本實用新型的控制器的AC/DC變換器的電路拓撲結構示意圖。
具體實施方式
[0019]
以下結合附圖對本實用新型的實施例作進一步說明。如圖I所示，一種市電交互型風光互補路燈系統控制器，包括主控制晶片、連接風力發電機的風能DC/DC變換器、連接光伏組件的光能DC/DC變換器、連接路燈的負載DC/DC變換器以及能連接市電電網的AC/DC變換器，風能DC/DC變換器、光能DC/DC變換器、AC/DC變換器與蓄電池電池組並聯連接後通過負載DC/DC變換器與路燈連接；主控制晶片分別與光能DC/DC變換器、風能DC/DC變換器、負載DC/DC變換器以及AC/DC變換器雙向連接，用於控制風能DC/DC變換器、光能DC/DC變換器、負載DC/DC變換器、市電AC/DC變換器，首先控制風能DC/DC變換器和光能DC/DC變換器，對風力發電機和光伏組件所發的電能進行調節和控制，一方面將風力發電機和光伏組件發出的電能為路燈供電，另一方面又將多餘的能
量對蓄電池組進行充電，當所發的電能不能滿足負載需要時，控制器又把蓄電池儲存的電能送往負載；當風力發電機和光伏組件發出的電能不能滿足路燈正常工作而蓄電池儲存的電能也不能對路燈正常供電時時，主控制晶片啟動AC/DC變換器，通過市電電網為路燈供電，同時控制蓄電池不被過放電，保護蓄電池；並且本實用新型根據路燈亮度的需要，可通過負載DC/DC變換器進行調光，使電能達到最佳利用狀態。本實用新型的控制器還包括接口與通訊單元，接口與通訊單元也與主控制晶片雙向連接，通過計算機可以實現數據傳輸，進行集中控制與管理。另外連接風力發電機的風能DC/DC變換器、連接光伏組件的光能DC/DC變換器，均通過主控制晶片控制，實現了最大功率點跟蹤控制，以最大限度的利用風能和太陽能。如圖2所示，為本實用新型控制器的AC/DC變換器的電路拓撲結構示意圖。包括由4個二極體組成的整流橋D，整流橋D與電感L、功率開關管Ql、二極體D1、電容Cl組成功率因數校正電路；整流橋D用於對輸入的交流電壓進行整流，整流橋D的輸出端通過電感L連接第一功率開關管Q1，第一功率開關管Ql的一個輸出極連接二極體Dl的正極，二極體Dl的負極和第一功率開關管Ql的另一個輸出極之間並聯電容Cl，第一功率開關管Ql的控制極連接主控制晶片，對整流後的輸出電壓進行功率因數調節，通過主控制晶片控制開關管Ql不斷進行開通與關斷的切換，調節通過電感L的電流和電壓之間的相位差，提高電網側的功率因數，減少電流在轉換過程中的損失，提高電能的利用率，減少對電網的諧波汙染，同時對整流後的輸出電壓進行穩壓及濾波；功率因數校正電路的輸出端通過第二功率開關管Q2連接變壓器的原邊線圈NI，第二功率開關管Q2的控制極也連接主控制晶片；經過功率因數校正電路輸出的電壓，根據負載所需的直流電壓的要求，由主控制晶片控制加在第二功率開關管Q2控制極上的電壓，從而控制Q2的通斷時間，調節輸出至變壓器原邊線圈NI兩端的電壓；變壓器次級側的副邊線圈的兩端連接直流電壓輸出電路，用於將原邊線圈變換至副邊線圈的直流電壓輸出給負載，直流電壓輸出電路包括第一整流二級管D2和第二整流二級管D3，第一整流二級管D2和第二整流二級管D3的正極端分別連接變壓器副邊線圈的兩端，第一整流二級管D2的負極端與第二整流二級管D3的負極端相連後與輸出電容C2的一端連接，變壓器副邊線圈的中心抽頭與輸出電容C2的另一端連接；副邊線圈由中心抽頭形成串聯的兩個線圈N21和N22，線圈N21與二級管D2、電容C2組成一路輸出迴路，線圈N22與二級管D3、電容C2組成另一路輸出迴路，利用Q2的開通和關斷，分別通過這兩個輸出迴路，將原邊線圈變換至副邊線圈的直流電壓經整流、濾波，給負載提供穩定的工作電壓。[0022]本實用新型中的主控制晶片為數位訊號處理器晶片，變壓器為高頻變壓器，功率開關管為高頻功率開關管，可以是MOSFET管、IGBT管或SiC管；所有ニ級管均為快速恢復 ニ極管，通過高頻開關技術實現了電壓等級的變換，並且使控制器的體積大大減小，重量大大減輕。
權利要求1.一種市電交互型風光互補路燈系統控制器，其特徵在於，包括主控制晶片、連接風カ發電機的風能DC/DC變換器、連接光伏組件的光能DC/DC變換器、連接路燈的負載DC/DC變換器以及能連接市電電網的AC/DC變換器，所述風能DC/DC變換器、光能DC/DC變換器、AC/DC變換器與蓄電池電池組並聯連接後通過負載DC/DC變換器與路燈連接；所述主控制晶片分別與光能DC/DC變換器、風能DC/DC變換器、負載DC/DC變換器以及AC/DC變換器雙向連接，用於控制風能DC/DC變換器、光能DC/DC變換器、負載DC/DC變換器、市電AC/DC變換器，首先將風カ發電機和光伏組件發出的電能為路燈供電，當風カ發電機和光伏組件發出的電能不能滿足路燈正常工作時，啟動AC/DC變換器，通過市電電網為路燈供電。
2.根據權利要求I所述的市電交互型風光互補路燈系統控制器，其特徵在於，所述AC/DC變換器包括由4個ニ極管組成的整流橋D，整流橋D與電感L、功率開關管Ql、ニ極管Dl、電容Cl組成功率因數校正電路；整流橋D用於對輸入的交流電壓進行整流，整流橋D的輸出端通過電感L連接第一功率開關管Q1，第一功率開關管Ql的一個輸出極連接ニ極管Dl的正極，ニ極管Dl的負極和第一功率開關管Ql的另ー個輸出極之間並聯電容Cl，用於對整 流後的輸出電壓進行功率因數調節，同時對整流後的輸出電壓進行穩壓及濾波；功率因數校正電路的輸出端通過第二功率開關管Q2連接變壓器的原邊線圈，變壓器的副邊線圈的兩端連接直流電壓輸出電路；所述第一功率開關管Ql和第二功率開關管Q2的控制極分別連接主控制晶片。
3.根據權利要求2所述的市電交互型風光互補路燈系統控制器，其特徵在幹，所述直流電壓輸出電路包括第一整流ニ級管D2和第二整流ニ級管D3，第一整流ニ級管D2和第二整流ニ級管D3的正極端分別連接變壓器副邊線圈的兩端，第一整流ニ級管D2的負極端與第二整流ニ級管D3的負極端相連後與輸出電容C2的一端連接，變壓器副邊線圈的中心抽頭與輸出電容C2的另一端連接。
4.根據權利要求3所述的市電交互型風光互補路燈系統控制器，其特徵在於，所述變壓器為高頻變壓器。
5.根據權利要求3所述的市電交互型風光互補路燈系統控制器，其特徵在幹，所述功率開關管為高頻功率開關管，所述高頻功率開關管為MOSFET管、IGBT管或SiC管。
6.根據權利要求3所述的市電交互型風光互補路燈系統控制器，其特徵在幹，所述功率因數校正電路中的ニ極管Dl和第一整流ニ級管D2和第二整流ニ級管D3均為快速恢復ニ極管。
7.根據權利要求I所述的市電交互型風光互補路燈系統控制器，其特徵在於，所述連接風カ發電機的風能DC/DC變換器、連接光伏組件的光能DC/DC變換器均為通過主控制晶片的控制信號，實現最大功率點跟蹤控制的DC/DC變換電路。
8.根據權利要求I所述的市電交互型風光互補路燈系統控制器，其特徵在於，所述控制器還包括接ロ與通訊單元，所述接ロ與通訊單元與主控制晶片雙向連接。
9.根據權利要求I至8之一所述的高頻鏈式風光互補控逆一體裝置，其特徵在於，所述主控制晶片為數位訊號處理器晶片。
專利摘要本實用新型提供一種市電交互型風光互補路燈系統控制器，將風光互補路燈系統與市電電網相結合，首先通過風能光能為路燈供電，當風光的供電量不能滿足需要時，自動切換到市電電網，節省市電電量又保證路燈工作的連續性和穩定性。包括主控制晶片、連接風力發電機的風能DC/DC變換器、連接光伏組件的光能DC/DC變換器、連接路燈的負載DC/DC變換器以及連接市電電網的AC/DC變換器，風能DC/DC變換器、光能DC/DC變換器、AC/DC變換器與蓄電池電池組並聯連接後通過負載DC/DC變換器與路燈連接；主控制晶片分別與光能DC/DC變換器、風能DC/DC變換器、負載DC/DC變換器以及AC/DC變換器雙向連接。
文檔編號H02J9/02GK202425125SQ20112054991
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者常東來 申請人:中科恆源科技股份有限公司