一种风光互补发电系统并网控制器及其转换开关投切方法

1.一种风光互补发电系统并网控制器，包括：光伏阵列、风力发电机组、最大功率追踪电路、风机卸荷电路、蓄电池组充放电控制电路、直流负载、直流/交流逆变器电路、蓄电池组、交流负载和控制电路，所述的控制电路包括单片机、数据处理器DSP、PWM驱动电路、SPWM驱动电路、电流采样模块、电流互感器组、电压采样模块、电压互感器组、辅助电源模块、串口通信模块、上位机、键盘模块及液晶显示模块，其特征在于：所述的并网控制器还包括转换开关电路，所述的控制电路还包括锁存器、数/模转换芯片、数据选择器、模/数转换芯片、译码器和断路器驱动电路，其连接关系如下：
光伏阵列的输出端连接最大功率追踪电路的第一输入端，在所述光伏阵列与控制电路的连接线路上还设置有第一电流互感器和第一电压互感器，最大功率追踪电路的输出端连接转换开关电路的第一输入端，在所述最大功率追踪电路与控制电路的连接线路上还设置有第二电流互感器和第二电压互感器，最大功率追踪电路的第二输入端连接单片机的第一输出端，风力发电机组的输出端连接风机卸荷电路的第一输入端，在所述风力发电机组与控制电路的连接线路上设置有第三电流互感器和第三电压互感器，风机卸荷电路的第二输入端连接单片机的第二输出端，风机卸荷电路的输出端连接转换开关电路的第二输入端，在所述风机卸荷电路与控制器连接线路之间设置有第四电流互感器和第四电压互感器，转换开关电路的第三输入端连接断路器驱动电路的输出端，转换开关电路的输入输出端连接蓄电池组充放电控制电路的第一输入输出端，蓄电池组充放电控制电路的第二输入输出端连接蓄电池组，蓄电池组充放电控制电路的输入端连接PWM驱动电路的输出端，转换开关电路的第一输出端连接直流负载的输入端，转换开关电路的第二输出端连接直流/交流逆变器电路的第一输入端，直流/交流逆变器电路的第二输入端连接DSP的输出端，直流/交流逆变器电路的第一输出端连接交流负载，在所述直流/交流逆变器电路与控制电路的连接线路上还设置有第五电流互感器和第五电压互感器，直流/交流逆变器电路的第二输出端连接电网，在所述电网与控制电路的连接线路上还设置有第六电流互感器和第六电压互感器；在所述蓄电池组与控制电路之间的连接线路上还设置有第七电流传感器和第七电压互感器；
所述的控制电路，连接关系如下：单片机的第三输出端连接第一锁存器的输入端，第一锁存器的输出端连接第一数/模转换芯片的输入端，第一数/模转换芯片的输出端连接数据选择器的第一输入端，DSP的另一输出端连接第二锁存器的输入端，第二锁存器的输出端连接第二数/模转换芯片的输入端，第二数/模转换芯片的输出端连接数据选择器的第二输入端，数据选择器的输出端连接模/数转换芯片的输入端，模/数转换芯片的输出端连接译码器的输入端，译码器的输出端连接断路器驱动电路的输入端，断路器驱动电路的输出端连接转换开关电路的输入端，串口通讯模块的第一输出端连接单片机的输入端，串口通讯模块的第二输出端连接DSP的输入端。
2.对权利要求1所述的风光互补发电系统并网控制器的转换开关进行投切的投切方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：初始化风光互补发电系统并网控制器，风力发电机组的输出功率PW和光伏阵列所在支路中经过最大功率追踪电路后的输出功率PPV通过转换开关电路同时供应给直流/交流逆变器电路，直流/交流逆变器电路的输出用于提供交流负载电能需求和电网需求；
风力发电机组的输出功率PW和光伏阵列所在支路中经过最大功率追踪电路后的输出功率PPV通过转换开关电路同时连接直流负载，提供直流负载电能需求；
步骤2：判断风力发电机组的输出功率PW和光伏阵列所在支路中经过最大功率追踪电路后的输出功率PPV的总量是否大于直流负载电能需求Ld和直流/交流逆变器电路电能需求Lc之和，若大于即PW+PPV>Ld+Lc则执行步骤3，否则，若PW+PPV步骤3：多余的电能通过转换开关电路连接到蓄电池组，根据检测所得的蓄电池电流和电压信号，调节PWM波占空比，控制蓄电池组充放电控制电路使蓄电池以分阶段恒流方式进行充电，将电能储存到蓄电池组中；
所述的分阶段恒流方式充电，方法为：
在第k个恒流充电时段，采用恒定的电流值充电，公式为：
Ik=0.368Ik-1
式中，Ik表示第k时段的恒定充电电流值，Ik-1表示第k-1个时段的恒定充电电流值；
本时段恒流充电时间公式为：
式中，αk为第k个恒流充电时段充电电流接受率，且：
αk=Ik/Ck
式中，Ik为第k个时段的恒流充电电流值，Ck为第k个时段蓄电池总电荷量；
步骤4：分别计算各个恒流充电阶段的充电电量，并求得前n（n=1,2,3…）个时段的充电电量的累加和，公式为：
式中，当k=1时Ik-1=I0，为蓄电池充电时设定的初始时刻充电电流值；
根据蓄电池自身的特性，换算蓄电池的电荷总量为0.95C时所对应的蓄电池组电压值Vmax，其中C表示蓄电池总的电荷量；
通过系统检测蓄电池组电压值并与Vmax对比，当蓄电池组电压值超过Vmax时，蓄电池组将处于过压状态，通过控制单片机减小其所产生的PWM波占空比，进而控制蓄电池组充放电控制电路，使蓄电池组转入浮充状态，多余的电量通过风机卸荷电路卸载，执行步骤2；
步骤5：将蓄电池组投入，通过转换开关电路后，与风力发电机组所在支路的输出PW和光伏阵列所在支路的输出PPV一起给直流负载和直流/交流逆变器电路提供电能,若蓄电池组投入后，仍然不能满足电网及负载要求，则执行步骤7；
步骤6：当蓄电池电荷总量下降到低于0.5C时，即设定此时的蓄电池对应电压Vmin为蓄电池组欠压临界电压值，系统检测所得蓄电池电压小于Vmin时，即蓄电池组处于欠压状态时，转换开关电路切除蓄电池组充放电控制电路，蓄电池组处于等待状态，执行步骤2；
步骤7：根据系统设置或负载的重要程度，断开直流负载、交流负载、直流/交流逆变器电路、并网连接装置中的一个或者几个；
步骤8：结束，转入步骤2。

一种风光互补发电系统并网控制器及其转换开关投切方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于风力和太阳能并网发电技术领域，特别涉及一种风光互补发电系统并网控制器及其转换开关投切方法。\n背景技术\n[0002] 目前，风光互补发电系统的发电及其并网过程在结构上大多是首先通过风光互补控制器获得风光能和太阳能所发直流电，然后在并网控制器的控制作用下，使用逆变器，将直流电转换为交流电，连接到电网上。这种方式在结构上需要独立的风光互补控制器、逆变器和并网控制器，系统的连接与控制复杂，总体成本高昂；在响应速度方面，结构上复杂的连接与控制，使得系统的响应速度也受此影响；在功能上，光伏阵列的最大功率追踪问题、风机大电量时的卸荷问题、蓄电池组的充放电控制问题、负载的连接与切除问题以及防孤岛效应问题都不能得到全面的协调与解决。目前，市售的风光互补发电系统并网控制装置主要集中在风光互补控制器、并网控制器、逆变器等各个独立分装置的研究方面，针对多功能、一体式、结构集中的并网控制器还处在研究阶段。\n发明内容\n[0003] 针对现有装置的不足，本发明提出一种风光互补发电系统并网控制器及其转换开关投切方法，将并网控制器和逆变器在结构上融合，采用单片机和数字处理器相结合的“双核处理器”方式，以达到控制器的简易、高效、快速、实时性好等目的。\n[0004] 本发明的技术方案是这样实现的：一种风光互补发电系统并网控制器，包括：光伏阵列、风力发电机组、最大功率追踪电路、风机卸荷电路、蓄电池组充放电控制电路、直流负载、直流/交流逆变器电路、蓄电池组、交流负载和控制电路，所述的控制电路包括单片机、数据处理器（DSP）、PWM驱动电路、SPWM驱动电路、电流采样模块、电流互感器组、电压采样模块、电压互感器组、辅助电源模块、串口通信模块、上位机、键盘模块及液晶显示模块，所述的并网控制器还包括转换开关电路，所述的控制电路还包括锁存器、数/模转换芯片、数据选择器、模/数转换芯片、译码器和断路器驱动电路，其连接关系如下：\n[0005] 光伏阵列的输出端连接最大功率追踪电路的第一输入端，在所述光伏阵列与控制电路的连接线路上还设置有第一电流互感器和第一电压互感器，最大功率追踪电路的输出端连接转换开关电路的第一输入端，在所述最大功率追踪电路与控制电路的连接线路上还设置有第二电流互感器和第二电压互感器，最大功率追踪电路的第二输入端连接单片机的第一输出端，风力发电机组的输出端连接风机卸荷电路的第一输入端，在所述风力发电机组与控制电路的连接线路上设置有第三电流互感器和第三电压互感器，风机卸荷电路的第二输入端连接单片机的第二输出端，风机卸荷电路的输出端连接转换开关电路的第二输入端，在所述风机卸荷电路与控制器连接线路之间设置有第四电流互感器和第四电压互感器，转换开关电路的第三输入端连接断路器驱动电路的输出端，转换开关电路的输入输出端连接蓄电池组充放电控制电路的第一输入输出端，蓄电池组充放电控制电路的第二输入输出端连接蓄电池组，蓄电池组充放电控制电路的输入端连接PWM驱动电路的输出端，转换开关电路的第一输出端连接直流负载的输入端，转换开关电路的第二输出端连接直流/交流逆变电路的第一输入端，直流/交流逆变器电路的第二输入端连接DSP的输出端，直流/交流逆变器电路的第一输出端连接交流负载，在所述直流/交流逆变器电路与控制电路的连接线路上还设置有第五电流互感器和第五电压互感器，直流/交流逆变器电路的第二输出端连接电网，在所述电网与控制电路的连接线路上还设置有第六电流互感器和第六电压互感器；在所述蓄电池组与控制电路之间的连接线路上还设置有第七电流传感器和第七电压互感器；\n[0006] 所述的控制电路，连接关系如下：单片机的第三输出端连接第一锁存器的输入端，第一锁存器的输出端连接第一数/模转换芯片的输入端，第一数/模转换芯片的输出端连接数据选择器的第一输入端，DSP的另一输出端连接第二锁存器的输入端，第二锁存器的输出端连接第二数/模转换芯片的输入端，第二数/模转换芯片的输出端连接数据选择器的第二输入端，数据选择器的输出端连接模/数转换芯片的输入端，模/数转换芯片的输出端连接译码器的输入端，译码器的输出端连接断路器驱动电路的输入端，断路器驱动电路的输出端连接转换开关电路的输入端，串口通讯模块的第一输出端连接单片机的输入端，串口通讯模块的第二输出端连接DSP的输入端；\n[0007] 本发明风光互补发电系统并网控制器转换开关投切方法，包括以下步骤：\n[0008] 步骤1：初始化风光互补发电系统并网控制器，风力发电机组的输出功率PW和光伏阵列所在支路中经过最大功率追踪电路后的输出功率PPV通过转换开关电路同时供应给直流/交流逆变支路，直流/交流逆变电路的输出用于提供交流负载电能需求和电网需求；\n风力发电机组的输出功率PW和光伏阵列所在支路中经过最大功率追踪电路后的输出功率PPV通过转换开关电路同时连接直流负载，提供直流负载电能需求；\n[0009] 步骤2：判断风力发电机组的输出功率PW和光伏阵列所在支路中经过最大功率追踪电路后的输出功率PPV的总量是否大于直流负载电能需求Ld和直流/交流逆变电路电能需求Lc之和，若大于即PW+PPV>Ld+Lc则执行步骤3，否则，若PW+PPVLd+Lc则执行步骤3，否则，若PW+PPV