民用风光互补发电系统的设计与应用

时间：2024-09-03

甘肃机电职业技术学院郑伟

随着环境污染的越发严重，人们开始广泛应用清洁能源，在普通用户当中应用风光互补发电技术已经得到社会各界的广泛关注。民用风光互补发电系统具有较多优势特点，主要表现在较高的能源利用率，较小的初期投资等，具有巨大的市场发展潜力。本文主要是针对民用风光互补发电系统的设计应用展开讨论，在此基础之上提出最大功率控制策略，希望能够全面优化系统设计。

1 硬件设计

在民用风光互补发电系统硬件主要包括主电路和控制电路。

1.1 主电路设计

图1为系统主电路原理图，民用风光互补发电系统的供电主要包括普通市场供电和风光互补发电系统等。以上两个系统之间主要是利用全控型开关器件实行切换，主要为风光互补发电系统供电，其次为市场供电。主电路是风光互补发电系统的核心，包括五种工作模式，对应五种电路连接，尤其体现在风力发电机独立供电模式，该发电机能够产生三相交流电，之后借助整流器转化为单相直流电，之后利用电路1给予蓄电池组电能，利用逆变点电路输出的交流电，其次就是太阳能电池组供电模式，由电池组产生直流电，利用电路2给予蓄电池组电能，之后借助逆变电路输出交流电。再者就是风力发电模式，该发电模式需要借助太阳能发电模式，将K1开关器件于连接BC，将K2开关器件连接于bc，太阳能电池组的直流电通过电路2能够与整流器一起输出直流电压；此外就是以太阳能电池组为主，辅助风力发电，将K1开关器件于连接BD，将K2开关器件连接于bd，张在经过整流器之后的风力发电机输出直流电压；最后就是太阳能电池组和风力发电机的发电模式，将将K1开关器件于连接BC，将K2开关器件连接于bd，这样就能够形成风光互补发电系统。在整个电路设计当中需要将电路1和电路2共同通过斩波电路实行，在对电路进行保护时需要应用三个电路二极管。

图1 民用风光互补发电系统原理图

1.2 控制电路

控制电路图，核心为单片机，使用芯片的PWM资源能够控制斩波电路和逆变电路，使用输入输出接口能够控制蓄电池三段式充放电开关切换，还能够展现出键盘功能，显示功能以及报警功能等。利用转换接口能够检测电路控制当中的参数，在系统当中的控制电路的驱动电路主要是应用集成驱动芯片实现设计，由市场供电，太阳能电池组以及风力发电机等能够给予电源电能。

2 最大功率跟踪控制策略

在研究系统最大功率跟踪控制策略能够有效处理风光互补发电系统效率低下问题，此系统从硬件设计角度出发，并且应用软件系统的五种工作模式使用不同的最大功率跟踪控制策略，表1为张详细方案。如果光照强度较弱时，太阳能电池组的发电电路就会中断工作，只能应用风力发电模式，系统工作如果设置在1工作模式上，电路1就会对风力发电机组的工作状态进行控制，将其确定在最佳叶速比；如果风力较弱或者没有风时，风力发电电路就会中断，只有太阳能电池组提供电能，系统处于2工作模式，电路2需要对太阳能电池组的最大功率点进行匹配；如果光照一般而风力比较强时，可以同时应用太阳能发电电路和风力发电电路等，但是主要是以风力发电为主，此时系统处于3工作模式，为了提升功率输出最大值，需要对风力发电机的最大功率实行跟踪控制；如果风力一般而光照较强时，可以同时应用太阳能发电电路和风力发电电路等，但是主要是以太阳能发电为主，此时系统处于4工作模式，为了提升功率输出最大值，需要对太阳能发电机的最大功率实行跟踪控制；如果风力和光照都比较强时，系统处于5工作模式，此时输出功率都较大，因此无需对太阳能发电和风力发电进行最大功率跟踪控制。

表1 不同工作模式的MPPT控制策略

3 软件设计

单片机软件能够采集电流电压，判断工作模式，设置输入参数以及对太阳能发电机和风力发电机实现MPPT控制。下图为张控制系统的主程序流程图，采样部分主要是负责采集市场用电电压，太阳能电池组输出电压以及风力发电机电池组输出电压等，参数Flag1为风力发电机输出电压标志位，参数Flag2为太阳能发电机输出电压标志位，选取0,1,2值。其次，0工作模式主要是系统处于市场供电模式，可利用中断方式设置参数，如果没有特殊设置则需要应用默认值。

图2 主程序流程图