一种双卸荷及电压钳位功能的风光互补发电控制器

本发明属于风力和太阳能发电及储能领域，涉及了一种双卸荷及电压钳位功能的风光互补发电控制器。

背景技术：

1、随着全球对清洁能源需求的不断增长，风力发电和太阳能发电作为两种主要的可再生能源形式，得到了广泛应用。然而风力和光伏发电系统本身存在一些不可忽视的问题，如发电不稳定、波动性强，还有两者在一起时，一边电压高一边电压低，产生的电压钳位效应，以及现在蓄电池的在面对此问题时多是增加蓄电池组，增大了成本及系统维护等工作。这些问题不仅影响了电力输出的稳定性，还可能对电力系统和储能设备造成损害。因此如何有效控制风光互补发电系统，成为当前研究和应用的热点之一。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明目的是提出了一种双卸荷及电压钳位功能的风光互补发电控制器，其通过引入双卸荷和电压钳位功能，风光互补发电系统能够有效消除风电和光电的钳位效应。双卸荷功能通过负载分担和电压稳定，显著提高了系统的稳定性、可靠性和效率；电压钳位功能通过防止过压保护系统和设备，提升了系统的安全性和耐用性。整体而言，这些改进不仅优化了能源利用，提升了系统的性能和用户体验，还节约蓄电池成本及维护成本，为风光互补发电系统的广泛应用提供了坚实保障。

2、本发明的技术方案是：本发明所述的一种双卸荷及电压钳位功能的风光互补发电控制器，包括：风机整流及卸荷模块、光电及卸荷模块、最大功率追踪模块、dc/dc变换器模块、pwm驱动模块、电压电流采样模块、处理器模块、辅助电源模块、隔离型485通讯模块、电压钳位及卸荷保护模块、tvs尖峰吸收模块工作状态检测模块、蓄电池充放电检测模块、蓄电池及直流负载模块。

3、进一步的，所述处理器模块负责整个风光互补发电控制器系统的控制与协调，实时处理来自各个模块的数据，进行必要的计算和分析，然后向其他模块发送控制指令，确保各模块按照预定逻辑和策略运行；分析风机、太阳能等第一级卸荷以及蓄电池电压钳位的第二级卸荷的电压电流，通过控制mos管的开通与关断，保证系统平稳安全的运行，在双卸荷及电压钳位功能的风光互补发电控制器中发挥了至关重要的作用。

4、进一步的，所述电压电流采样模块为系统提供了实时的电压和电流数据，使处理器模块能够实时了解系统的工作状态和电力流动情况，当电压电流采样模块把精确的电压和电流数据，送到处理器模块，处理器模块执行控制算法，优化系统运行，确保最大功率追踪和能量管理的准确性；电压电流采样模块提供的实时数据有助于双卸荷开关的导通与关断，触发保护机制，提高能量转换效率和整体性能，减少能源损失和不必要的消耗。

5、进一步的，对于所述的风机整流及卸荷模块，本发明提供了一种风力发电卸荷电路，也是第一级卸荷电路，包括主控模块、相互电连接的整流模块、卸荷模块及蓄电池，所述卸荷模块包括至少一个用于在卸荷时将风力发电机三相输出端子电连接的卸荷开关管，所述主控模块控制所述卸荷开关管在卸荷时间断性导通，以将多余电能转化为系统热能消耗，且当风力发电机输出电流超过设定的阈值时，所述主控模块控制所述卸荷开关管在预设时间内持续导通；

6、其还包括转速检测电路，所述转速检测电路为光耦合器，所述光耦合器的输入端连接所述风力发电机三相输出端子中的任一相端子，输出端连接所述主控模块。当达到第一级卸荷条件时，控制所述卸荷开关管在卸荷时间断性导通多余电能，同时为蓄电池充电，提高了风能利用率，若风力发电机输出电流超出设定的阈值时，则在第一设定时间内保持风力发电机完全卸荷状态，有效保护风力发电机及其它电气设备，并且避免了因频繁切换卸荷开关管状态造成卸荷开关管发热严重的问题。

7、进一步的，所述dc/dc变换器模块和最大功率追踪模块(mppt)的结合模块，在电压电流动态波动时，相结合模块可以做到电压转换和最大功率点追踪，实现高效的能量管理，在双卸荷及电压钳位功能的风光互补发电控制器中，dc/dc变换器模块与最大功率追踪模块的结合，优化能量转换和发电效率，实现了系统的高效、稳定和可靠运行；这种结合不仅提高了能源利用效率，还增强了系统的动态响应能力和保护功能。

8、进一步的，所述电压钳位及卸荷保护模块的设计目的是与第一级卸荷模块相配合，确保系统实现更平稳的能量输入和输出；通过钳位电压，该模块能够同时处理风力发电和光伏发电的电能，防止电压波动带来的不稳定性，并最大限度地利用风电和光电的能量；电压钳位功能有效避免了其中一方的能量浪费，确保两种发电方式在系统中的协同作用。卸荷保护功能则在电能过剩时分担负载，进一步提升系统的稳定性和效率；这一模块通过电压钳位和卸荷保护的双重机制，确保风光互补发电控制器在各种环境条件下都能稳定运行，既降低蓄电池及维修成本，又能实现最佳的能源利用和系统保护。

9、进一步的，所述pwm驱动模块在风光互补发电控制器中，负责精准控制卸荷开关和dc/dc变换器模块的mosfet等功率器件；通过精确的脉宽调制信号，pwm驱动模块能够有效调节卸荷开关的开关频率和占空比，确保双卸荷功能的完美配合，优化系统的能量管理；对dc/dc变换器模块的控制则确保电压转换过程的高效性和稳定性；精准的驱动使得单通道电压钳位能够更平稳地进行，避免了电压波动对系统的影响，确保风电和光电能量的平稳输入和输出，从而实现系统的高效运行和最大化能源利用；所述pwm驱动模块通过对卸荷和电压钳位的精确控制，提升了系统的整体性能和可靠性。

10、所述隔离型485通讯模块在风光互补发电控制器，由rs-485收发器(max45芯片)、隔离器、电源隔离模块、终端电阻、保护电路和滤波电路的协同工作，确保了可靠的数据传输和系统的安全性与稳定性；有效防止了电气干扰和高电压冲击，实现了可靠的数据传输和高系统安全性，适用于风光储一体控制器。

11、进一步的，所述辅助电源模块对于整个系统稳定的可靠运行至关重要，此模块与双卸荷和电压钳位功能密切相关；作为双卸荷功能，辅助电源模块可以实时处理风电和光电产生的电能，及时分流和调整负载，保持系统在不同风速和光照条件下的稳定性；同时电压钳位的作用使得辅助电源模块能够更精确地控制电压输出，确保系统各个模块获得稳定的电源供应，从而使得蓄电池的能量储存更加平稳。

12、进一步的，所述蓄电池充放电检测模块的主要功能是监测蓄电池的充电和放电状态，为系统提供充足的电能储备和合理的能量分配；该模块考虑了卸荷和电压钳位的功能，因为它们提供了对蓄电池状态的有力判据；通过监测蓄电池的电压、电流和温度等参数，蓄电池充放电检测模块能够准确判断蓄电池的充电状态和放电状态，以及蓄电池的剩余电量；在卸荷方面，蓄电池充放电检测模块可以根据蓄电池的剩余电量和系统的能量需求，合理分配电能，避免蓄电池过度放电或过度充电，延长蓄电池的使用寿命。

13、进一步的，蓄电池充放电检测模块在电压钳位方面，蓄电池充放电检测模块可以根据电压的变化情况，及时调整系统的工作状态，确保系统始终工作在稳定的电压范围内，所以蓄电池充放电检测模块在风光互补发电控制器中具有重要作用，通过与卸荷和电压钳位功能的结合，能够为系统提供可靠的电能储备和稳定的电压输出，保障系统的安全稳定运行。

14、本发明的有益效果是：本发明通过在系统的关键位置设置两个卸荷模块，分别用于处理输入和输出端的电能，以确保系统的稳定性和安全性；其中一路卸荷模块主要负责处理输入端的电能，保护dc/dc变换器免受过载和过压的影响；另一路卸荷模块则负责处理输出端的电能，以及解决风电与光电的电压钳制问题，保护蓄电池免受过充和过压的威胁。这种双卸荷设计不仅可以提高控制器本身运行的稳定性，还可以提高单通道充电的效率与安全，既节约了成本，又为风力发电和太阳能发电系统的安全运行提供了可靠保障。