一种风能光伏发电储能逆变综合控制一体化装置的制作方法

本发明涉及可再生能源发电技术领域，特别涉及一种风能光伏发电储能逆变综合控制一体化装置。

背景技术：

相关技术中，风光发电系统无论是离网型还是并网型的设计，发电系统的核心都是控制器和逆变器，特别是一些独立运行的中小型风光发电系统，都是采用控制器与逆变器来满足对电能输入输出需求的。目前，对于风光互补控制逆变一体机的研究主要集中在一体机控制策略和蓄电池管理上。市场上大部分控制逆变一体机只采用一个控制单元来完成风力发电和光伏发电对蓄电池的充电管理，这样虽然可以降低成本，控制器控制方法也容易，但是这种风机和光伏组件共用控制器单元的方法会降低风能和太阳能的利用率，而且当控制器发生故障时，整个发电系统都会瘫痪。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服背景技术中的不足，提供一种风能光伏发电储能逆变综合控制一体化装置，其稳定性和可靠性高。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案：一种风能光伏发电储能逆变综合控制一体化装置，包括：

直流母线系统；

风能控制单元系统，风力发电机组通过所述风能控制单元系统与所述直流母线系统相连；

光伏控制单元系统，太阳能光伏电池组通过所述光伏控制单元系统与所述直流母线系统相连；

超级电容电池组，所述超级电容电池组与所述直流母线系统相连；

逆变输出功率单元，所述逆变输出功率单元与所述直流母线系统相连；

逆变指令处理系统，所述风能控制单元系统、光伏控制单元系统、超级电容电池组和逆变输出功率单元分别与所述逆变指令处理系统相连，所述逆变指令处理系统采集从所述风能控制单元系统、光伏控制单元系统和超级电容电池组反馈的信号并且根据采集到的反馈信号以及外界输入的指令控制所述超级电容电池组和逆变输出功率单元的工作。

于本发明的一个或多个实施例当中，还包括有：

信息交换通讯系统，所述信息交换通讯系统与所述逆变指令处理系统相连。

于本发明的一个或多个实施例当中，所述风能控制单元系统包括依次相连的整流单元、卸荷吸收保护单元和降压式变换单元。

于本发明的一个或多个实施例当中，所述光伏控制单元系统包括依次相连的FET反接保护单元、降压式变换单元和FET反接保护单元。

于本发明的一个或多个实施例当中，所述逆变输出功率单元主要包括依次相连的半桥推挽升压单元、全桥整流电路、高压直流输出电路、输出检测电路、MCU处理器、PWM信号输出电路，其中半桥推挽升压单元的输入端与所述直流母线系统相连，PWM信号输出电路的输出端与所述半桥推挽升压单元相连；还包括有：

电压检测电路和驱动与保护电路，所述电压检测电路的输入端与所述直流母线系统相连，输出端与所述MCU处理器相连；所述PWM信号输出电路的输出端与所述驱动与保护电路的输入端相连，所述驱动与保护电路的输出端分别与所述全桥整流电路和MCU处理器相连。

本发明同背景技术相比所产生的有益效果：

本发明设计的风能光伏发电储能逆变综合控制一体化装置，风力发电机组、太阳能光伏电池组分别具有自己的控制单元系统，各自独立工作，并且通过直流母线系统、逆变指令处理系统共同完成对超级电容电池组的充放电管理，增加了系统的稳定性和可靠性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

图1为实施例中综合控制一体化装置的方框图；

图2为实施例中风能控制单元系统的方框图；

图3为实施例中光伏控制单元系统的方框图；

图4为实施例中逆变输出功率单元的方框图；

图5为实施例中逆变输出功率单元的拓扑结构图；

图6为实施例中超级电容电池组的模式流程图；

图7为实施例中超级电容电池组的拓扑结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述的实施例示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向” 、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“至少”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。

在发明中，除非另有规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅是表示第一特征水平高度高于第二特征的高度。第一特征在第二特征 “之下”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

下面结合说明书的附图，通过对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参看图1所示的，本实施例提供一种风能光伏发电储能逆变综合控制一体化装置，包括：

直流母线系统；

风能控制单元系统，风力发电机组通过所述风能控制单元系统与所述直流母线系统相连；

光伏控制单元系统，太阳能光伏电池组通过所述光伏控制单元系统与所述直流母线系统相连；

超级电容电池组，所述超级电容电池组与所述直流母线系统相连；

逆变输出功率单元，所述逆变输出功率单元与所述直流母线系统相连；

逆变指令处理系统，所述风能控制单元系统、光伏控制单元系统、超级电容电池组和逆变输出功率单元分别与所述逆变指令处理系统相连，所述逆变指令处理系统采集从所述风能控制单元系统、光伏控制单元系统和超级电容电池组反馈的信号并且根据采集到的反馈信号以及外界输入的指令控制所述超级电容电池组和逆变输出功率单元的工作。

本实施例设计的风能光伏发电储能逆变综合控制一体化装置，风力发电机组、太阳能光伏电池组分别具有自己的控制单元系统，各自独立工作，并且通过直流母线系统、逆变指令处理系统共同完成对超级电容电池组的充放电管理，增加了系统的稳定性和可靠性。

优选地，还包括有信息交换通讯系统，所述信息交换通讯系统与所述逆变指令处理系统相连，以此便于与外界建立通讯，进而可使本实施例的风能光伏发电储能逆变综合控制一体化装置成为一种有效的中小型可再生能源发电站用技术系统集成装置。

本实施例设计涉及的综合控制一体化装置由于采用风能控制单元系统、光伏控制单元系统、超级电容电池组和逆变输出功率单元等多个独立的功能单元，各独立的功能单元需要独立处理对应的发电和逆变功能，还需要相互协调各功能单元的长期运行、相对稳定有效，所以实际设计时，设立逆变输出功率单元的同时还建立逆变指令处理系统。逆变指令处理系统在装置运行各功能时需要协调监控超级电容电池组的放电能力状况、确定放电逆变时机，并结合当前运行采样的数据来判断风能控制单元系统、光伏控制单元系统是否处于良好运行状态，以给出合适的逆变指令、充电状况指示等。运行时，本装置还能结合本机采集到的数据情况，按照外界输入的指令适时调整逆变输出功率单元的输出功率。

本实施例基于直流母线系统下的一种风能光伏发电储能逆变综合控制一体化装置。该装置被用来对风力发电机组与太阳能光伏电池组相结合的发电装置在超级电容电池组能量不足时进行储能运行，能量充足且外界有指令输入时将运行逆变输出功率单元输出超级电容电池组的能量并同时维持风力发电机组、太阳能光伏电池组对直流母线系统的正常充电。而当超级电容电池组能量不足或无能量输出能力时，无论有主动或非主动逆变指令，逆变指令处理系统都能主动关闭逆变输出功率单元，仅仅运行风力发电机组、太阳能光伏电池组对超级电容电池组的充电功能。特别地，为保证三个不同用途的功能单元电路的稳定运行，本装置内部设置了直流母线系统，直流母线系统被证明是获得更稳定的运行状态算法简单、易于扩展的成本低结构，这样也更有益于本装置结合本体实时样本数据判断超级电容电池组的运行与否、稳定维持输入能量的有效接收，进而实现输入输出能量的最大化利用。

本实施例的风能光伏发电储能逆变综合控制一体化装置最大限度的利用了风电、光伏电源，使得任何时候两者都能对超级电容电池组输入能源，或者是按照需要输出能量。由于是基于直流母线系统结构与优选电路，装置整体的长期运行变得更为稳定可靠、独立有效和有益于管控。本装置采用超级电容电池组作为风电和光伏发电的能量储存单元，储能电源的能量外送视电池组能量状况和外界指令控制情况自动提供，且这种自动运行状态中并没有采用常规的物理投切开关实现功能控制。

优选地，直流母线系统的电压为24VDC。

优选地，如图2所示，所述风能控制单元系统包括依次相连的整流单元、卸荷吸收保护单元和降压式变换单元。风能控制单元系统主要处理风力发电机组的发电输入、输出逆变指令处理系统并提供采样数据，即反馈信号，因为存在风机会由于外部风力过大时可能存在的多余功率冲击逆变指令处理系统，所以设计了卸荷吸收保护单元，降压式变换单元处理完成功率跟踪处理后通过放反冲击二极管对直流母线系统提供电能。

优选地，如图3所示，所述光伏控制单元系统包括依次相连的FET反接保护单元、降压式变换单元和FET反接保护单元。光伏控制单元系统主要处理太阳能光伏电池组输入能量的管控输出与采样数据的输出，特别地，电路在降压式变换单元输入输出侧采用两级负极FET反接保护单元而不是二极管类保护电路，这样处理的主要作用是提高光伏输入的能量转换效率降低控制器功率消耗。

优选地，如图4所示，所述逆变输出功率单元主要包括依次相连的半桥推挽升压单元、全桥整流电路、高压直流输出电路、输出检测电路、MCU处理器、PWM信号输出电路，其中半桥推挽升压单元的输入端与所述直流母线系统相连，PWM信号输出电路的输出端与所述半桥推挽升压单元相连；还包括有：

电压检测电路和驱动与保护电路，所述电压检测电路的输入端与所述直流母线系统相连，输出端与所述MCU处理器相连；所述PWM信号输出电路的输出端与所述驱动与保护电路的输入端相连，所述驱动与保护电路的输出端分别与所述全桥整流电路和MCU处理器相连。

逆变输出功率单元采用的是直流高压方式直接输出而不是逆变成正弦波交流，这有利于效率转换的提高和后继能量电路的有效搭载联结。特别地，由于直流母线系统的电压设定为24VDC，所以采用半桥推挽升压单元作为超级电容电池组能量输出的通道电路，逆变输出功率单元的拓扑方框图如图5所示，因这种电路结构的设计降低了电路损耗和元器件的耐压能力，确保系统的长期稳定运行，同时也基于小功率、高转换效率及较低成本的考虑。

如图6和图7所示，本超级电容电池组还能在放电条件满足时接收外部放电指令执行放电模式，放电过程中不干涉风力发电机组与太阳能光伏电池组的持续跟踪处理与输入。直流母线系统上各功能单元同时接收外部指令控制并实时监控功能单元的工作状态，并给出智能化灯光提醒与警示。选择超级电容电池组作为装置系统的储能单元能确保装置系统的长期稳定和短时大功率运行，也延长因多次充放电影响能量密度问题带来的储能器件更换周期。为保证能量输出和储能效果，本装置选用的超级电容电池组为四套16V500F成品模组两串一并式接入电路。超级电容电池组设计有其自己的充放电管理模块和信息通讯接口，其电路拓扑结构如图7所示。超级电容电池组的充放电模式由其端电压的值与管理控制模式确定，端电压临近设定的最高或放电终了限制电压时，通过电流电压监控环节采样交由MCU功能电路进行对应管理控制。其内部接收处理工作模式控制流程如图6所示。

在说明书的描述中，参考术语“合一个实施例”、“优选地”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点，包含于本发明的至少一个实施例或示例中，在本说明书中对于上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或者示例中以合适方式结合。

通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，应由各权利要求限定之。