隨著社會發展對能量需求的不斷增加，以及傳統能源消耗帶來的環境污染問題，可再生能源越來越受到人們的關注，風能和太陽能作為兩種應用廣泛的可再生能源，在資源條件和技術應用上都具互補性，成為了最具開發前景的兩種可再生能源。與單一的風能發電系統或光伏發電系統相比，在滿足相同負載要求的前提下，經過合理設計的風光互補發電系統具有供電質量穩定、發電效率高、綜合發電成本低等優點。由于風速和太陽輻照強度處于時刻變化中，新能源發電設備在固定參數下難以實現高效發電，甚至有時發電效率極其低下，因此，有必要有針對性地設計一種新能源發電控制器，在發電過程中實時根據風速、風向、日照強度等變化動態調整系統參數，實現新能源發電設備和蓄電池充放電的有效管理，以提高新能源發電工程的供電質量和經濟效益。本文介紹一種風光互補新能源發電系統的設計與實現方法，該控制器采集風電機組、光伏電池的充電電流和蓄電池電壓以及負荷情況，經過計算和處理后產生控制信號，控制主功率回路電路上的功率開關器件，實時對風能和太陽能的充電情況進行調節，從而達到有效利用兩種能源的目的。
風光互補新能源發電系統總體方案設計
風光互補發電系統是由風電機組、光伏電池陣列、風光互補控制器、蓄電池組、逆變器和用電負荷等組成，其結構圖如圖1所示。
系統控制原理如下：太陽能經過光伏陣列的轉換得到直流電，直流電經功率開關器件對蓄電池充電，同時風電機組所發的電通過三相橋式整流后變為直流電通過功率開關器件對蓄電池進行充電。風電機組和太陽能電池陣列的電量可由單片機發出的PWM波觸發相應的功率開關器件的導通與關斷來控制。蓄電池的充電電壓及電流由相關傳感器檢測并經過A/D轉換后送給單片機，由單片機依據控制流程和相關參數對蓄電池的充放電進行控制。當蓄電池電壓充滿或風電機組電壓過高時通過開關管進行卸荷，以免造成蓄電池過充和危害其他設備安全。
硬件控制電路設計
該控制系統采用芯片PIC16F877A作為控制核心，配以電源模塊、驅動模塊、卸荷模塊等組成。該系統具有結構緊湊、配置靈活、可擴展性好、可移植性強、抗干擾性強等特點，系統硬件電路圖如圖2所示。
本系統采用風光互補的形式給蓄電池充電，即利用風能和太陽能同時給蓄電池充電，太陽能電池的正負極分別接于圖示中的SP和SN，給蓄電池充電：風電機組三相輸出接U、V、W，經整流后給蓄電池充電，通過對開關管的PWM斬波控制，實現對太陽能電池充電的控制。系統的控制單位包括以下主要模塊：
(1)主控模塊
主控模塊是整個通用型新能源智能控制系統的大腦，其主要完成對系統各子模塊狀態的信息采集、監測(如風電機組、光伏輸入電壓、電流信號，蓄電池端電壓、充放電電流信號，IGBT溫度信號等)，并根據軟件控制算法，發出執行指令以保證系統在各工況下正常工作。本系統開發的控制模塊運行頻率為4MHz，可實現對8路信號的實時監測，并同時輸出3路PWM驅動信號，5路開關量信號(可擴展到20路)，具有RS232串口通訊接口，可實現采集數據對PC端的實時傳輸。
(2)電源模塊
通用型新能源智能控制系統的電源模塊主要完成對系統其它子模塊硬件電路供電的功能，考慮到新能源如風電、太陽能的能量具有波動性，所以電源模塊在保證供電穩定的前提下，必須具有較寬的輸入電壓范圍，以適應新能源的特性。本系統研制的電源模塊可適應電壓范圍：輸入交流85V-265V、直流70V-360V;輸出直流電壓：+5V、+15V、±12V。電源模塊經測試工作穩定，可實現對控制板、驅動板、各傳感器等的可靠供電。本系統設計將電壓檢測部分功能集成在電源模塊上。
(3)驅動模塊
驅動模塊主要功能是驅動IGBT并對IGBT具有保護功能，當發生故障時及時關閉IGBT，并輸出故障信號。本驅動模塊采用DC+15V供電，可同時驅動兩個300A/1700V以下的IGBT，驅動頻率最大60kHz;還具有輸入電源極性保護、IGBT過流保護功能，同時保護報警輸出與其它部分是電隔離的，每路均有故障指示燈。
(4)卸載模塊
卸載電路是當風力很大，但沒有到過速保護限定值，風電機組仍需要對蓄電池或負載進行供電時使用，這是由于風電機組輸出功率比較大，會對控制器造成很大的沖擊，可以利用卸載電路，卸載一部分功率，從而減小由于風大對控制器造成的沖擊。卸荷控制采用PWM無級卸荷與完全接通卸荷相結合的方式，可以避免過度卸荷，通過這兩種卸荷方式的結合，既可以有效保護風電機組、防止風車，又保證了盡可能多的利用電能，提高了系統效率。
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