【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及控制系统，尤其涉及一种小型离网风光互补控制器及其控制方法。
技术介绍
1、在一些偏远地带，由于电网不完善或供电系统无法到达的地区，利用小型风力或光伏共同发电的系统。
2、而现有技术针对风力发电和光伏发电不稳定的问题，因此很难远程进行控制，且无法保证储蓄和发电。
3、因此需要设计出一种小型离网风光互补控制器及其控制方法解决以上问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是，提供一种小型离网风光互补控制器及其控制方法，以克服目前现有技术存在的上述不足。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
3、一种小型离网风光互补控制器及其控制方法，其包括风力发电机输入及刹车制动单元、能量管理单元、输出电压控制单元、蓄电池充放电管理单元、光伏板测控单元、负载输出测控单元、以及控制所有单元的控制单元。
4、优选的，所述风力发电机输入及刹车制动单元包括ptw、hrw、整流及阻抗匹配单元、滤波电容ew、若干电子开关，所述ptw和hrw分别为电压互感器和电流霍尔互感器，用来测量风力发电机的交流电压uw和直流电流iw；所述整流及阻抗匹配单元，是将发电机的三相交流电压整流为直流电压，并进行阻抗匹配保证最的输出电压，滤波电容ew作用是消除直流电压的脉动电压，电子开关szd和大功率电阻rzd构成了刹车制动，当发电机电压过高或转速过快，mcu控制电子开关szd闭合，使电阻rzd接入以消耗过量的能量，电子开关sw为发电机电能输入控制开
5、优选的，所述能量管理单元包括能量储存单元和能量泄放单元；
6、所述能量储存单元包括多串连接的电容、为充电限流电阻的电阻rc、电子开关sc、为充电充电控制开关的sd、反向供电开关以及反向抑制二极管的二极管dc；所述能量泄放单元包括由4个电阻为r与3组上下臂电子开关组成了可控电阻阵列组件、为控制泄放输出电压的大小的pwm单元脉宽调制控制单元、以及测量超级电容储能电压uc的电压互感器ptc。
7、优选的，所述输出电压控制单元包括用来对输出电压进行调整的boost升压模块和buck降压模块、采集内部直流母线电压的电压互感器、以及若干控制开关；boost升压和buck降压分别为保证直流电压ud在偏低或偏高时都可以满足对输出电压进行调整。
8、优选的，所述蓄电池充放电管理单元包括用于控制对蓄电池充电电压大小的pwm、若干电子开关、采集蓄电池工作电流ib的电流霍尔传感器hrb、采集蓄电池电压ub的电压互感器ptb。
9、优选的，所述光伏板测控单元包括滤波电容ev，电压互感器ptv、电流霍尔传感器hrv，电子开关sv，以及方向抑制二极管dzv。其中ptv测量光伏板电压uv，hrv测量光伏板输出电流iv。
10、优选的，所述负载输出测控单元包括用于调节对负载输出电压的控制的pwm、测量负载电压ul的电压互感器ptl和测量电流il的电流霍尔传感器hr。
11、优选的，所述控制单元1包含mcu及外围处理电路、模数转换单元adc、lcd显示屏、key按键输入、rs485通讯接口、wifi通讯接口电路以及为控制单元供电的dc/dc电路。其中adc转换电路负责将风力发电机的电流iw，电压uw；光伏板的电流iv，电压uv；蓄电池充放电电流ib，电压ub；对负载输出的电流il，电压ul；超级电容储能电压uc；内部直流电压ud等信号进行模数转换数字量化，转换后由mcu进行运算，计算出对应值的大小。lcd显示屏、key按键输入负责人机交互，显示测量信息、控制状态与参数设定输入。rs485通讯接口与wifi通讯接口电路，提供两种通讯模式，一种采用双绞线与监控软件通讯，一种是可以通过wifi信号与控制进行数据连接通讯。dc/dc电路负责对整个控制单元提供供电电源。
12、优选的，其包括电压控制、能量控制、泄能电阻控制以及风力发电机机过压或超速能量泄放控制；
13、所述电压控制方法包括以下处理方法：
14、当直流电压的ud1<ud<ud2时，s0需要闭合、s1需要断开、s2需要断开，则不需要升降压；
15、当直流电压的ud<ud1时，s0断开、s1闭合、s2断开，则需要升压；
16、当直流电压的ud>ud2时，s0断开、s1断开、s2闭合，则需要降压；
17、所述能量控制在
18、uwmin<uw<uwmax/nwmin<nw<nwmax/uvmin<uv<uvmax/sw闭合/sv闭合下进行：
19、当能量水平处于pin>＝pb+pl+1/2pc，需要将sc闭合超级电容吸收储能，pw1工作，sr1～sr3,sr1’～sr3’,控制电阻对能量匹配泄放，同时蓄电池的s4闭合，pw2工作，对蓄电池充电；
20、当能量水平处于pin>＝pb+pl，需要将sc，sd动态调整，吸收或释放能量，pw1停止工作，同时蓄电池的s4闭合，pw2工作，对蓄电池充电；
21、当能量水平处于pin>pl，需要将sc断开，sd动态调整释放电能，pw1停止工作，同时蓄电池的s4断开，pwm2停止工作；
22、当能量水平处于pin<pl，需要将sc断开，sd动态调整释放电能，pw1停止工作，同时蓄电池的s3闭合，蓄电池放电；
23、所述泄能电阻控制对不同的能量泄放速度控制，先进行等效电阻的选择，选择等效电阻后控制pw1的占空比来调节泄放电压，进而控制泄放功率，具体包括以下几种控制方法：
24、当等效电阻req为1/4r，限制耗散功率为4wr，电子开关sr[1...3]全部闭合，sr’[1...3]全部闭合；
25、当等效电阻req为1/3r+r，限制耗散功率为wr，电子开关sr[1...3]全部闭合，sr’[1...3]第一组断开，其他两组闭合；
26、当等效电阻req为1/2r+2r，限制耗散功率为wr，电子开关sr[1...3]前两组闭合、另一组断开，sr’[1...3]中间的断开，两外两组闭合；
27、当等效电阻req为1/2r+1/2r，限制耗散功率为2wr，电子开关sr[1...3全部闭合]，sr’[1...3]中间的断开，两外两组闭合；
28、当等效电阻req为4r，限制耗散功率为wr，电子开关sr[1...3]中间的断开，两外两组闭合，sr’[1...3]中间的闭合、另外两组断开。
29、本专利技术的有益效果是：本技术方案通过设置独立的能量管理单元，通过超级电容充放电和泄放等效电阻的控制实现对了动态能量管理。同时对风力发电机的过压和超速能量制动，采用了三种控制策略，充分利用了输入能效。
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1.一种小型离网风光互补控制器，其包括风力发电机输入及刹车制动单元、能量管理单元、输出电压控制单元、蓄电池充放电管理单元、光伏板测控单元、负载输出测控单元、以及控制所有单元的控制单元。
2.根据权利要求1所述的一种小型离网风光互补控制器及其控制方法，其特征在于：所述风力发电机输入及刹车制动单元包括PTw、HRw、整流及阻抗匹配单元、滤波电容Ew、若干电子开关，所述PTw和HRw分别为电压互感器和电流霍尔互感器，用来测量风力发电机的交流电压Uw和直流电流Iw；所述整流及阻抗匹配单元，是将发电机的三相交流电压整流为直流电压，并进行阻抗匹配保证最的输出电压，滤波电容Ew作用是消除直流电压的脉动电压，电子开关Szd和大功率电阻Rzd构成了刹车制动，当发电机电压过高或转速过快，MCU控制电子开关Szd闭合，使电阻Rzd接入以消耗过量的能量，电子开关Sw为发电机电能输入控制开关，DZw为反相截止二极管。
3.根据权利要求1所述的一种小型离网风光互补控制器及其控制方法，其特征在于：所述能量管理单元包括能量储存单元和能量泄放单元；所述能量储存单元包括多串连接的电容、为充电
4.根据权利要求1所述的一种小型离网风光互补控制器及其控制方法，其特征在于：所述输出电压控制单元包括用来对输出电压进行调整的BOOST升压模块和BUCK降压模块、采集内部直流母线电压的电压互感器、以及若干控制开关；BOOST升压和BUCK降压分别为保证直流电压Ud在偏低或偏高时都可以满足对输出电压进行调整。
5.根据权利要求1所述的一种小型离网风光互补控制器及其控制方法，其特征在于：所述蓄电池充放电管理单元包括用于控制对蓄电池充电电压大小的PWM、若干电子开关、采集蓄电池工作电流Ib的电流霍尔传感器HRb、采集蓄电池电压Ub的电压互感器PTb。
6.根据权利要求1所述的一种小型离网风光互补控制器及其控制方法，其特征在于：所述光伏板测控单元包括滤波电容Ev，电压互感器PTv、电流霍尔传感器HRv，电子开关Sv，以及方向抑制二极管DZv，其中PTv测量光伏板电压Uv，HRv测量光伏板输出电流Iv。
7.根据权利要求1所述的一种小型离网风光互补控制器及其控制方法，其特征在于：所述负载输出测控单元包括用于调节对负载输出电压的控制的PWM、测量负载电压UL的电压互感器PTL和测量电流IL的电流霍尔传感器HR。
8.根据权利要求1所述的一种小型离网风光互补控制器及其控制方法，其特征在于：所述控制单元1包含MCU及外围处理电路、模数转换单元ADC、LCD显示屏、KEY按键输入、RS485通讯接口、WIFI通讯接口电路以及为控制单元供电的DC/DC电路，其中ADC转换电路负责将风力发电机的电流Iw，电压Uw；光伏板的电流Iv，电压Uv；蓄电池充放电电流Ib，电压Ub；对负载输出的电流IL，电压UL；超级电容储能电压Uc；内部直流电压Ud等信号进行模数转换数字量化，转换后由MCU进行运算，计算出对应值的大小；
9.根据权利要求1所述的一种小型离网风光互补控制器及其控制方法，其特征在于：其包括电压控制、能量控制、泄能电阻控制以及风力发电机机过压或超速能量泄放控制；
...【技术特征摘要】
1.一种小型离网风光互补控制器，其包括风力发电机输入及刹车制动单元、能量管理单元、输出电压控制单元、蓄电池充放电管理单元、光伏板测控单元、负载输出测控单元、以及控制所有单元的控制单元。
2.根据权利要求1所述的一种小型离网风光互补控制器及其控制方法，其特征在于：所述风力发电机输入及刹车制动单元包括ptw、hrw、整流及阻抗匹配单元、滤波电容ew、若干电子开关，所述ptw和hrw分别为电压互感器和电流霍尔互感器，用来测量风力发电机的交流电压uw和直流电流iw；所述整流及阻抗匹配单元，是将发电机的三相交流电压整流为直流电压，并进行阻抗匹配保证最的输出电压，滤波电容ew作用是消除直流电压的脉动电压，电子开关szd和大功率电阻rzd构成了刹车制动，当发电机电压过高或转速过快，mcu控制电子开关szd闭合，使电阻rzd接入以消耗过量的能量，电子开关sw为发电机电能输入控制开关，dzw为反相截止二极管。
3.根据权利要求1所述的一种小型离网风光互补控制器及其控制方法，其特征在于：所述能量管理单元包括能量储存单元和能量泄放单元；所述能量储存单元包括多串连接的电容、为充电限流电阻的电阻rc、电子开关sc、为充电充电控制开关的sd、反向供电开关以及反向抑制二极管的二极管dc；所述能量泄放单元包括由4个电阻为r与3组上下臂电子开关组成了可控电阻阵列组件、为控制泄放输出电压的大小的pwm单元脉宽调制控制单元、以及测量超级电容储能电压uc的电压互感器ptc。
4.根据权利要求1所述的一种小型离网风光互补控制器及其控制方法，其特征在于：所述输出电压控制单元包括用来对输出电压进行调整的boost升压模块和buck降压模块、采集内部直流母线电压的电压互感器、以及若干控制开关；boo...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜万东，樊越骁，李转丽，敖国辉，朱小芳，
申请(专利权)人：江苏国网自控科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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