專利名稱：市電交互型風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)控制器技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種市電交互型風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)控制器。
背景技術(shù)：
目前我國(guó)現(xiàn)有的城市或農(nóng)村等公共照明路燈系統(tǒng)大都采用市電電網(wǎng)供電，耗電量較大，在當(dāng)今世界都處于能源短缺的情況下，尋找新能源，解決公共照明系統(tǒng)耗電量大問題，也是ー項(xiàng)具有十分重要意義的工作。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)作為ー種理想的清潔新能源供 電技木，已經(jīng)成為新能源產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向，以風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)為基礎(chǔ)的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)主要由風(fēng)カ發(fā)電機(jī)、光伏組件、控制器、蓄電池和負(fù)載等部分組成，其工作原理是，利用風(fēng)能和太陽(yáng)能的雙重優(yōu)點(diǎn)，通過風(fēng)カ發(fā)電機(jī)和光伏組件發(fā)出電能，通過蓄電池儲(chǔ)存電能，通過控制器控制對(duì)蓄電池的充電、放電和對(duì)負(fù)載的輸出。如果能將風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用于采用市電供電的路燈照明系統(tǒng)，可以有效解決市電供電的路燈照明系統(tǒng)耗電量大的問題，達(dá)到節(jié)能減排，綠色環(huán)保的目的。

實(shí)用新型內(nèi)容根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型提供一種市電交互型風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)控制器，能將風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)與市電電網(wǎng)相結(jié)合，首先充分利用風(fēng)光這兩種新能源為負(fù)載(路燈)供電，當(dāng)風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)的供電量不能滿足負(fù)載(路燈)正常工作的需要吋，自動(dòng)切換到市電電網(wǎng)，對(duì)負(fù)載(路燈)進(jìn)行供電，既節(jié)省了市電電量又保證了負(fù)載(路燈)エ作的連續(xù)性和穩(wěn)定性。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種市電交互型風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)控制器，其特征在于，包括主控制芯片、連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能DC/DC變換器、連接光伏組件的光能DC/DC變換器、連接路燈的負(fù)載DC/DC變換器以及能連接市電電網(wǎng)的AC/DC變換器，所述風(fēng)能DC/DC變換器、光能DC/DC變換器、AC/DC變換器與蓄電池電池組并聯(lián)連接后通過負(fù)載DC/DC變換器與路燈連接；所述主控制芯片分別與光能DC/DC變換器、風(fēng)能DC/DC變換器、負(fù)載DC/DC變換器以及AC/DC變換器雙向連接，用于控制風(fēng)能DC/DC變換器、光能DC/DC變換器、負(fù)載DC/DC變換器、市電AC/DC變換器，首先將風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏組件發(fā)出的電能為路燈供電，當(dāng)風(fēng)カ發(fā)電機(jī)和光伏組件發(fā)出的電能不能滿足路燈正常工作時(shí)，啟動(dòng)AC/DC變換器，通過市電電網(wǎng)為路燈供電。所述AC/DC變換器包括由4個(gè)ニ極管組成的整流橋D，整流橋D與電感L、功率開關(guān)管Q1、ニ極管D1、電容Cl組成功率因數(shù)校正電路；整流橋D用于對(duì)輸入的交流電壓進(jìn)行整流，整流橋D的輸出端通過電感L連接第一功率開關(guān)管Q1，第一功率開關(guān)管Ql的ー個(gè)輸出極連接ニ極管Dl的正極，ニ極管Dl的負(fù)極和第一功率開關(guān)管Ql的另ー個(gè)輸出極之間并聯(lián)電容Cl，用于對(duì)整流后的輸出電壓進(jìn)行功率因數(shù)調(diào)節(jié)，同時(shí)對(duì)整流后的輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓及濾波；功率因數(shù)校正電路的輸出端通過第二功率開關(guān)管Q2連接變壓器的原邊線圈，變壓器的副邊線圈的兩端連接直流電壓輸出電路；所述第一功率開關(guān)管Ql和第二功率開關(guān)管Q2的控制極分別連接主控制芯片。所述直流電壓輸出電路包括第一整流二級(jí)管D2和第二整流二級(jí)管D3，第一整流二級(jí)管D2和第二整流二級(jí)管D3的正極端分別連接變壓器副邊線圈的兩端，第一整流二級(jí)管Dl的負(fù)極端與第二整流二級(jí)管D2的負(fù)極端相連后與輸出電容C2的一端連接，變壓器副邊線圈的中心抽頭與輸出電容C2的另一端連接。所述變壓器為高頻變 壓器。所述功率開關(guān)管為高頻功率開關(guān)管，所述高頻功率開關(guān)管為MOSFET管、IGBT管或SiC 管。所述功率因數(shù)校正電路中的二極管Dl和第一整流二級(jí)管D2和第二整流二級(jí)管D3均為快速恢復(fù)二極管。所述連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能DC/DC變換器、連接光伏組件的光能DC/DC變換器均為通過主控制芯片的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤控制的DC/DC變換電路。所述控制器還包括接口與通訊單元，所述接口與通訊單元與主控制芯片雙向連接。所述主控制芯片為數(shù)字信號(hào)處理器芯片。本實(shí)用新型的技術(shù)效果本實(shí)用新型提供一種市電交互型風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)控制器，相比于現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)控制器，增加了能與市電電網(wǎng)連接的AC/DC變換器，將風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)與市電電網(wǎng)相結(jié)合，對(duì)風(fēng)能、光能、市電綜合控制，首先對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏組件所發(fā)的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，充分利用風(fēng)光這兩種新能源為負(fù)載(路燈)供電，在不亮燈或亮燈時(shí)都將所發(fā)的電除去亮燈需要外存儲(chǔ)在蓄電池組內(nèi)，當(dāng)風(fēng)光發(fā)電量和蓄電池組中的電能總和不能滿足負(fù)載(路燈)正常工作的需要時(shí)，自動(dòng)切換到市電電網(wǎng)，用市電電網(wǎng)的電對(duì)負(fù)載(路燈)進(jìn)行供電，既節(jié)省了市電電量又保證了負(fù)載(路燈)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性；同時(shí)本實(shí)用新型的控制器本身具備更強(qiáng)的自動(dòng)化和智能化控制功能，如光控、時(shí)控、人工控制等方式；特別是將本實(shí)用新型應(yīng)用于老舊照明系統(tǒng)的改造中，工程實(shí)施簡(jiǎn)單，改造工程量小。本實(shí)用新型增加的AC/DC變換器，采用了有源功率因素校正(PFC)技術(shù)，在交流電轉(zhuǎn)換為直流電的過程中，提高了電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，也即提高了對(duì)市電的利用率，減少了轉(zhuǎn)換過程中的電能損耗，減少了對(duì)電網(wǎng)的諧波污染；同時(shí)在DC-DC變換中，采用了高頻功率開關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電壓等級(jí)的變換，通過高頻功率開關(guān)器件的控制，實(shí)現(xiàn)能量由變壓器初級(jí)到次級(jí)的傳遞，因而能夠使本實(shí)用新型的控制器最終達(dá)到體積小重量輕的效果。并且本實(shí)用新型通過主控制芯片控制連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能DC/DC變換器、連接光伏組件的光能DC/DC變換器，實(shí)現(xiàn)了最大功率點(diǎn)跟蹤控制，提高了對(duì)新能源的利用效率。

圖I是本實(shí)用新型的控制器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型的控制器的AC/DC變換器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
[0019]
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作進(jìn)一步說明。如圖I所示，一種市電交互型風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)控制器，包括主控制芯片、連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能DC/DC變換器、連接光伏組件的光能DC/DC變換器、連接路燈的負(fù)載DC/DC變換器以及能連接市電電網(wǎng)的AC/DC變換器，風(fēng)能DC/DC變換器、光能DC/DC變換器、AC/DC變換器與蓄電池電池組并聯(lián)連接后通過負(fù)載DC/DC變換器與路燈連接；主控制芯片分別與光能DC/DC變換器、風(fēng)能DC/DC變換器、負(fù)載DC/DC變換器以及AC/DC變換器雙向連接，用于控制風(fēng)能DC/DC變換器、光能DC/DC變換器、負(fù)載DC/DC變換器、市電AC/DC變換器，首先控制風(fēng)能DC/DC變換器和光能DC/DC變換器，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏組件所發(fā)的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，一方面將風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏組件發(fā)出的電能為路燈供電，另一方面又將多余的能
量對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電，當(dāng)所發(fā)的電能不能滿足負(fù)載需要時(shí)，控制器又把蓄電池儲(chǔ)存的電能送往負(fù)載；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏組件發(fā)出的電能不能滿足路燈正常工作而蓄電池儲(chǔ)存的電能也不能對(duì)路燈正常供電時(shí)時(shí)，主控制芯片啟動(dòng)AC/DC變換器，通過市電電網(wǎng)為路燈供電，同時(shí)控制蓄電池不被過放電，保護(hù)蓄電池；并且本實(shí)用新型根據(jù)路燈亮度的需要，可通過負(fù)載DC/DC變換器進(jìn)行調(diào)光，使電能達(dá)到最佳利用狀態(tài)。本實(shí)用新型的控制器還包括接口與通訊單元，接口與通訊單元也與主控制芯片雙向連接，通過計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)行集中控制與管理。另外連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能DC/DC變換器、連接光伏組件的光能DC/DC變換器，均通過主控制芯片控制，實(shí)現(xiàn)了最大功率點(diǎn)跟蹤控制，以最大限度的利用風(fēng)能和太陽(yáng)能。如圖2所示，為本實(shí)用新型控制器的AC/DC變換器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。包括由4個(gè)二極管組成的整流橋D，整流橋D與電感L、功率開關(guān)管Ql、二極管D1、電容Cl組成功率因數(shù)校正電路；整流橋D用于對(duì)輸入的交流電壓進(jìn)行整流，整流橋D的輸出端通過電感L連接第一功率開關(guān)管Q1，第一功率開關(guān)管Ql的一個(gè)輸出極連接二極管Dl的正極，二極管Dl的負(fù)極和第一功率開關(guān)管Ql的另一個(gè)輸出極之間并聯(lián)電容Cl，第一功率開關(guān)管Ql的控制極連接主控制芯片，對(duì)整流后的輸出電壓進(jìn)行功率因數(shù)調(diào)節(jié)，通過主控制芯片控制開關(guān)管Ql不斷進(jìn)行開通與關(guān)斷的切換，調(diào)節(jié)通過電感L的電流和電壓之間的相位差，提高電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)，減少電流在轉(zhuǎn)換過程中的損失，提高電能的利用率，減少對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，同時(shí)對(duì)整流后的輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓及濾波；功率因數(shù)校正電路的輸出端通過第二功率開關(guān)管Q2連接變壓器的原邊線圈NI，第二功率開關(guān)管Q2的控制極也連接主控制芯片；經(jīng)過功率因數(shù)校正電路輸出的電壓，根據(jù)負(fù)載所需的直流電壓的要求，由主控制芯片控制加在第二功率開關(guān)管Q2控制極上的電壓，從而控制Q2的通斷時(shí)間，調(diào)節(jié)輸出至變壓器原邊線圈NI兩端的電壓；變壓器次級(jí)側(cè)的副邊線圈的兩端連接直流電壓輸出電路，用于將原邊線圈變換至副邊線圈的直流電壓輸出給負(fù)載，直流電壓輸出電路包括第一整流二級(jí)管D2和第二整流二級(jí)管D3，第一整流二級(jí)管D2和第二整流二級(jí)管D3的正極端分別連接變壓器副邊線圈的兩端，第一整流二級(jí)管D2的負(fù)極端與第二整流二級(jí)管D3的負(fù)極端相連后與輸出電容C2的一端連接，變壓器副邊線圈的中心抽頭與輸出電容C2的另一端連接；副邊線圈由中心抽頭形成串聯(lián)的兩個(gè)線圈N21和N22，線圈N21與二級(jí)管D2、電容C2組成一路輸出回路，線圈N22與二級(jí)管D3、電容C2組成另一路輸出回路，利用Q2的開通和關(guān)斷，分別通過這兩個(gè)輸出回路，將原邊線圈變換至副邊線圈的直流電壓經(jīng)整流、濾波，給負(fù)載提供穩(wěn)定的工作電壓。[0022]本實(shí)用新型中的主控制芯片為數(shù)字信號(hào)處理器芯片，變壓器為高頻變壓器，功率開關(guān)管為高頻功率開關(guān)管，可以是MOSFET管、IGBT管或SiC管；所有ニ級(jí)管均為快速恢復(fù) ニ極管，通過高頻開關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電壓等級(jí)的變換，并且使控制器的體積大大減小，重量大大減輕。
權(quán)利要求1.一種市電交互型風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)控制器，其特征在于，包括主控制芯片、連接風(fēng)カ發(fā)電機(jī)的風(fēng)能DC/DC變換器、連接光伏組件的光能DC/DC變換器、連接路燈的負(fù)載DC/DC變換器以及能連接市電電網(wǎng)的AC/DC變換器，所述風(fēng)能DC/DC變換器、光能DC/DC變換器、AC/DC變換器與蓄電池電池組并聯(lián)連接后通過負(fù)載DC/DC變換器與路燈連接；所述主控制芯片分別與光能DC/DC變換器、風(fēng)能DC/DC變換器、負(fù)載DC/DC變換器以及AC/DC變換器雙向連接，用于控制風(fēng)能DC/DC變換器、光能DC/DC變換器、負(fù)載DC/DC變換器、市電AC/DC變換器，首先將風(fēng)カ發(fā)電機(jī)和光伏組件發(fā)出的電能為路燈供電，當(dāng)風(fēng)カ發(fā)電機(jī)和光伏組件發(fā)出的電能不能滿足路燈正常工作時(shí)，啟動(dòng)AC/DC變換器，通過市電電網(wǎng)為路燈供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的市電交互型風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)控制器，其特征在于，所述AC/DC變換器包括由4個(gè)ニ極管組成的整流橋D，整流橋D與電感L、功率開關(guān)管Ql、ニ極管Dl、電容Cl組成功率因數(shù)校正電路；整流橋D用于對(duì)輸入的交流電壓進(jìn)行整流，整流橋D的輸出端通過電感L連接第一功率開關(guān)管Q1，第一功率開關(guān)管Ql的一個(gè)輸出極連接ニ極管Dl的正極，ニ極管Dl的負(fù)極和第一功率開關(guān)管Ql的另ー個(gè)輸出極之間并聯(lián)電容Cl，用于對(duì)整 流后的輸出電壓進(jìn)行功率因數(shù)調(diào)節(jié)，同時(shí)對(duì)整流后的輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓及濾波；功率因數(shù)校正電路的輸出端通過第二功率開關(guān)管Q2連接變壓器的原邊線圈，變壓器的副邊線圈的兩端連接直流電壓輸出電路；所述第一功率開關(guān)管Ql和第二功率開關(guān)管Q2的控制極分別連接主控制芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的市電交互型風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)控制器，其特征在干，所述直流電壓輸出電路包括第一整流ニ級(jí)管D2和第二整流ニ級(jí)管D3，第一整流ニ級(jí)管D2和第二整流ニ級(jí)管D3的正極端分別連接變壓器副邊線圈的兩端，第一整流ニ級(jí)管D2的負(fù)極端與第二整流ニ級(jí)管D3的負(fù)極端相連后與輸出電容C2的一端連接，變壓器副邊線圈的中心抽頭與輸出電容C2的另一端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的市電交互型風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)控制器，其特征在于，所述變壓器為高頻變壓器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的市電交互型風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)控制器，其特征在干，所述功率開關(guān)管為高頻功率開關(guān)管，所述高頻功率開關(guān)管為MOSFET管、IGBT管或SiC管。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的市電交互型風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)控制器，其特征在干，所述功率因數(shù)校正電路中的ニ極管Dl和第一整流ニ級(jí)管D2和第二整流ニ級(jí)管D3均為快速恢復(fù)ニ極管。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的市電交互型風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)控制器，其特征在于，所述連接風(fēng)カ發(fā)電機(jī)的風(fēng)能DC/DC變換器、連接光伏組件的光能DC/DC變換器均為通過主控制芯片的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤控制的DC/DC變換電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的市電交互型風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)控制器，其特征在于，所述控制器還包括接ロ與通訊單元，所述接ロ與通訊單元與主控制芯片雙向連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8之一所述的高頻鏈?zhǔn)斤L(fēng)光互補(bǔ)控逆一體裝置，其特征在于，所述主控制芯片為數(shù)字信號(hào)處理器芯片。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種市電交互型風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)控制器，將風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)與市電電網(wǎng)相結(jié)合，首先通過風(fēng)能光能為路燈供電，當(dāng)風(fēng)光的供電量不能滿足需要時(shí)，自動(dòng)切換到市電電網(wǎng)，節(jié)省市電電量又保證路燈工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性。包括主控制芯片、連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能DC/DC變換器、連接光伏組件的光能DC/DC變換器、連接路燈的負(fù)載DC/DC變換器以及連接市電電網(wǎng)的AC/DC變換器，風(fēng)能DC/DC變換器、光能DC/DC變換器、AC/DC變換器與蓄電池電池組并聯(lián)連接后通過負(fù)載DC/DC變換器與路燈連接；主控制芯片分別與光能DC/DC變換器、風(fēng)能DC/DC變換器、負(fù)載DC/DC變換器以及AC/DC變換器雙向連接。
文檔編號(hào)H02J9/02GK202425125SQ20112054991
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
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