专利名称：使用超级电容的风光互补发电系统的制作方法
技术领域：
本发明属于风力太阳能发电技术领域，具体涉及一种使用超级电容的风光互补发电系统。
背景技术：
风光互补系统是近年来发展较快的一种新能源发电系统。我国有着丰富的风能资源和 太阳能资源，而且风能和太阳能有着较好的互补性，因此风光互补系统有着很好的发展潜 力。
但是由于自然界的原因，风能和太阳能属于非理想性的可再生能源，具有较大的不确 定性，大部分时候风力和太阳能达不到理想的强度。很多时候风速过低或太阳能较弱，风 力发电机或太阳能板产生的电压不足以给蓄电池充电，只能白白的浪费掉。风速过高或者 日照强度过高时，系统产生的电压过大会损坏蓄电池，目前对风力发电机过风速下一般都 是采取泄放电阻的方式将这部分能量消耗掉，造成了很大的浪费；对日照强度过高的情况 并没有较好的解决方案，只能给蓄电池留以一定的裕量以防止过压。
超级电容(ultracapacitor)是指近年研究开发出来的一种新型电容，它的能量密度 比常规电容高10倍以上，可达到法拉级甚至数千法拉；和蓄电池相比，超级电容具有功 率密度大、寿命长等特点。超级电容允许快速充电，通常可在l-2分钟内完成充放电，非 常适合应用于瞬时功率大、充放电频繁的场合。随着科技的发展，超级电容的价格将进一 步降低，性能将进一步提高，在风力发电领域也将会有更广泛的应用。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种风光互补发电系统，该 系统能对风力大小、日照强弱不同情况下产生的不同电压给予互补调节。
本发明提出的风光互补发电系统，是在现有风光互补发电系统的基础上增加一个辅助 电源缓冲装置，即超级电容模组及调压器。风速过高或者日照强度过大时，系统产生的输
入电压加在超级电容上，经过调压器调节再向蓄电池充电；风速过低或日照较弱时，系统 产生的输入电压较低，给超级电容充电，然后一定时间后超级电容快速放电，产生高电压 给蓄电池充电。
本发明是一种使用超级电容的风光互补发电系统，其构成如下1) 在原有风光互补发电系统上设置有一个超级电容模组，该超级电容模组用于吸收 大风速下或日照过于强烈时风机和太阳能板组合系统产生的过高电压；
2) 设置有一调压器，该调压器分别与超级电容模组和原有风光互补发电系统的充放 电控制器以及蓄电池组相连接；将超级电容中存储的能量以适当的电压释放出来，给蓄电 池组充电；
3) 设置有一超级电容电压和电流传感器， 一蓄电池组电压和电流传感器，检测结果 输入到充放电控制器，使控制器能同时控制原系统的主电源和超级电容的充放电。
充放电控制器控制芯片采用单片机、DSP等器件，通过采集电压、电流信号，输出PWM 信号控制DC/DC变换器的动作。
系统的主电源由一组200AH铅酸蓄电池串联组成；也可以采用锂离子电池或镍氢蓄电池。
图l是本发明系统结构图。 图2是本发明电路框图。
图中标号1为风力发电机,2为风机过载泄放电阻旁路开关，3为风机整流器，4太
阳能电池组，5为DC-DC变换器，6为超级电容器组，7为调压器，8为充放电控制器，9
为蓄电池组，IO为逆变电路，ll为用户负载。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细描述。
参见附图，本方案实施的技术路线是在原风光互补发电系统基础上，增设一个超级 电容辅助电路系统，该系统由超级电容模组和调压器组成，超级电容模组由若干个超级电 容单体串联成组，各组再并联而组成。这样，所述发电系统包括:风力发电机、太阳能电 池组、超级电容模组、调压器、DC-DC变换器、AC-DC变换器、充放电控制器、蓄电池 组、逆变电路以及负载等。所述充放电控制器为脉冲控制器或多阶控制器或旁路控制器， 可采用单片机、DSP等器件。
充放电控制器包括控制电路以及全桥可控变换电路。控制电路与风机、太阳能板电压 检测电路、蓄电池电流、电压检测电路、超级电容电流电压检测电路相连接；全桥可控变 换电路采用双向升、降压变换器电路，如图2所示。
控制电路的控制芯片釆用单片机或DSP，采集电压、电流信号，输出P丽信号控制全 桥可控变换电路的动作；控制器所需各种电平由蓄电池提供。所述全桥可控变换电路的功率器件采用场效应晶体管M0SFET或IGBT管。
开关管T1、 T2、 T3、 T4和二级管D1、 D2、 D3、 D4组成双向升、降压变换器电路，调 压器控制电路板根据采集到的超级电容模组电压、主电源电压，以及风机和太阳能电池产 生的电压，控制芯片输出P丽控制开关管的动作使电路分别工作在以下四个状态之一驱 动降压变换，驱动升压变换，制动升压变换，制动降压变换。将风力发电机和太阳能电池 板产生的电压直接给蓄电池充电，或者在产生电压过高或过低时输入超级电容，然后给蓄 电池充电；
本发明的具体工作原理是 ,风速过大或日照强度过大时，T4导通，T2、 T3关断，T1工作于P丽斩波调制，全 桥电路工作在的驱动降压变换状态，系统产生的电压输入超级电容模组。
风速、日照都较弱时，Tl、 T2关断，T3、 T4导通，系统产生的微弱电压输入超级电 容模组。
风速、日照正常，且超级电容模组电压高于120v时，Tl、 T3关断，T2导通，T4工作 于PWM斩波调制，超级电容中的电能通过调压给蓄电池组充电。
风速、日照正常时，T2导通，T3、 T4关断，T1工作于P丽斩波调制，系统产生的电 压直接给蓄电池充电。
权利要求
1.一种使用超级电容的风光互补发电系统，其特征在于具体构成如下1)在原有风光互补发电系统上设置有一个超级电容模组，该超级电容模组用于吸收大风速下或日照过于强烈时风机和太阳能板组合系统产生的过高电压；2)设置有一调压器，该调压器分别与超级电容模组和原有风光互补发电系统的充放电控制器以及蓄电池组相连接，将超级电容中存储的能量以适当的电压释放出来，给蓄电池组充电；3)设置有一超级电容电压和电流传感器，一蓄电池组电压和电流传感器，检测结果输入到充放电控制器，使控制器能同时控制原系统的主电源和超级电容的充放电。
2. 根据权利要求1所述的使用超级电容的风光互补发电系统，其特征在于所述超级 电容模组由若干个超级电容单体串联成组，各组再并联而组成。
3. 根据权利要求1所述的使用超级电容的风光互补发电系统，其特征在于所述充放电 控制器包括控制电路以及全桥可控变换电路；控制电路与风机、太阳能板电压检测电路、 蓄电池电流、电压检测电路、超级电容电流电压检测电路相连接；全桥可控变换电路采用 双向升、降压变换器电路。
全文摘要
本发明属于风力太阳能发电技术领域，具体涉及一种使用超级电容的风光互补发电系统。该发电系统是在原有风光互补发电系统的基础上增加一个超级电容辅助电路，用于缓冲系统产生的过高或过低电压，调压后以合适的电压向蓄电池组供电。辅助电路由超级电容模组和调压器组成。该系统不但可以使风光互补系统的效率得到较大的提升，而且由于超级电容功率密度较大，可以承受大电流高电压快速充电，使风光互补系统过压保护性能进一步提高。本系统可以很方便的实现，可以用于各种功率的风光互补系统中，具有较大的商业价值和社会效益。
文档编号F03D9/00GK101685986SQ200910051670
公开日2010年3月31日 申请日期2009年5月21日 优先权日2009年5月21日
发明者吴春泽, 昶 周, 孙耀杰 申请人:复旦大学