太阳能风能及市电一体电源的供电系统设计.docx

 HYPERLINK / 东营变频器维修  HYPERLINK   HYPERLINK /dybpwx /dybpwx 　　利用太阳能、风能，加上市电构成三能一体的供电系统，对节能型的LED供电，是一种具有较高性价比的新型供电系统。风能和太阳能具有天然的互补优势，白天太阳光强，夜晚风大;夏天日照好，风弱;冬天季节风大，日照少。在自然风能和光能都很弱的情况下，启动市电作为备用供电电源，保证负载在长效可靠的状态下稳定的了工作。 　　1 照明系统的组成 　　本系统主要由供电电源系统、控制系统、蓄电池、LED负载、逆变器等组成，如图1所示。 　　 　　1.1 电源部分 　　电源部分主要由一台或多台风力发电机(内含风力机控制器)、太阳能光伏电池板(内含光电板控制器)、220 V市电组成。 　　1)风力发电机利用风力机将电能转化为机械能，然后通过风力发电机将机械能转化为电能。通过控制器的控制，一是将电能直接供给直流负载LED灯或经DC/AC逆变器供给交流负载，二是将多余的电能对蓄电池组进行充电。风力发电机输出功率为 　　式中：R为风轮叶片半径;V为风速;CP为风能利用系数，最大值为0.593。 　　风轮叶片有定浆距和变浆距之分。定浆距风力机在额定风速以下的风速范围，CP达不到最佳值，输出功率低;超出额定风速后，CP也会偏离最佳值，输出功率降低;只有在额定风速时CP有最佳值，使输出功率最大。变浆距风力机，启动时通过调节浆距角可以使CP最大，输出功率较大;超出额定风速后，通过调节浆距角使CP保持在最佳，输出功率保持在额定值。 　　2)光伏发电 利用太阳能电池板的光伏效应，将光能转化为电能，经过控制中心的控制，一是对蓄电池组充电，二是将电能直接供给直流负载LED灯或经DC/AC逆变器供给交流负载。理想的PN结太阳光伏电池I-V方程为： 　　 　　式中：IS、VS为光伏电池的输出电流和输出电压;IN、I0为光伏电池的短路电流和PN结反向饱和电流;K为波尔常数，K=1.38x10-23J/K;T为温度;q为电子电荷量，q=1.6x10-19C。 　　在一定温度、日照条件下，光伏电池的输出功率具有最大值。发电过程中，电池的内阻不仅受到日照强度的影响，还受到环境温度及负载的影响。要想在光伏发电时得到最大功率，必须不断改变自身阻抗的大小，从而达到光伏阵列与负载的最佳匹配，实现大电流、高电压的输出，提高系统发电的效率。 　　3)市电220 V 市电220 V的引入是为了更可靠、更稳定地对负载进行供电。在太阳能光伏电池和风力发电机供电不足的情况下，通过控制器的控制，启动市电作为最后保证负载供电的电源。 　　1.2 控制部分 　　1)控制电路的作用 　　控制部分是本电路的核心内容，通过控制器，完成电源系统各部分的连接、组合以及对蓄电池组充电的自动控制。该装置能根据日照的强弱、风力的大小及负载的变化，不断地对蓄电池组的工作状态进行切换和调节，一方面把调整后的电能直接送往直流负载或经逆变器送什交流负载;另一方面把多余的电能送往蓄电池组存贮起来。当光伏发电量和风力机发电量不能满足负载功率时，控制器将蓄电池组中的电能调送往负载;当蓄电池组中电能也不足的情况下，控制器最后肩动220 V市电作为供电电源。这样使供电系统在充电、放电或浮电等多种工况下交替运行，从而保证以风、光、市电互补作为电源供电系统对负载供电的连续性和稳定性。 　　2)控制电路的控制过程 　　风、光、市电互补供电系统的控制过程比较复杂，工业上采用过程控制技术对该系统的运行工况进行监测和智能化管理。根据系统的特点，现场控制层实现对各类传感器、变送器和执行器及对现场数据采集过程的控制。智能监控系统分为两层：底层是基于微处理器芯片的监控层，负责实现对单台设备的运行进行优化控制和参数设定。同时具备有与上层通迅的能力;上层是基于微机的协调管理层，主要用于现场 　　数据处理，同时处理多台供电电源并列运行时协调控制及并网供电问题。 　　①监控层的主要功能：主要对系统状态进行捡测，如风速强弱、太阳辐射强度，蓄电池电压情况、负荷要求等运行参数。能量管理层负责系统和供电模式切换及负荷控制问题，通迅控制实现与上层管理系统通信，提供系统所需的运行及设备参数，同时根据指令改变系统的运行工况。 　　②协调管理层的主要功能：实现通信，包括与底层监控层通信，获得运行参数和向监控层发送控制指令，调整系统的运行工况状态。数据系统是上层协调管理层运行的基础，通过与底层监控层的通信来获得供电系统的运行参数和设备状态;协调控制层通过对系统的运行参数进行监控，灵活地政变各设备的运行工况，以求达到最佳。 　　1.3 蓄电池组 　　蓄电池组在本系统中起到能量调节和平衡负载的双重作用。它将风力发电机和太阳能电池输出的电能转化为化学