[实用新型]基于蓄电池组轮换控制的风光互补发电电源装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及采用可再生能源发电的电源技术领域，具体地说是一种基于蓄电池组轮换控制的风光互补发电电源装置。

背景技术

太阳能和风能作为一种清洁的可再生能源，将是人类未来最重要的能量来源之一，太阳能光伏发电和风力发电对缓解当今的能源危机和改善生态环境具有非常重要的意义。

移动通信系统已经在世界各国大规模应用，数量庞大的移动通信基站分散分布于需要信号覆盖的地方。随着通信网络逐渐扩展到远离电网或供电不稳定的地区，大量的移动通信基站将要建设在山区、海岛、沙漠、高原等偏远地区，因而采用各种替代能源为移动通信基站提供电力也成为其必然的选择。

由于风力和阳光资源的天然互补性，风光互补发电系统在资源上弥补了风电和光电独立系统在资源上的缺陷。风光互补供电系统各发电单元可以独立控制也能协调工作，供电安全性和可靠性大大提高。移动通信基站一般建在较高的建筑物或者山坡上，接受太阳能辐射量和风能相对较高，风光互补发电系统将是今后通信基站离网型电源发展的主流方向。

一般风光互补发电系统主要由光伏阵列、风力发电机及AC/DC变换器、泄荷器件、储能装置、控制器组成，需要交流输出时还会有DC/AC逆变器。储能装置一般为可以充放电的蓄电池组。其中光伏阵列、风力发电机的AC/DC变换器、蓄电池组和负载一般都直接连接到公共直流母线，或通过控制开关连接到公共直流母线。由于蓄电池组的钳位作用，系统充电端和放电端的电压会平衡到同一电压值，导致负载的工作电压、储能装置的充放电范围、光伏阵列和风力发电机的发电能力相互影响。

首先，光伏发电和风力发电分别受日照强度和风速变化的影响，其发出的电力极不稳定，所以风光互补系统通常需要配备一定容量的蓄电池组进行补偿，以保持电能输出稳定。由于风光互补系统受自然环境的影响很大，发电功率具有间断性和不可预测性等特点，蓄电池组需要不断地吸收或者释放能量，可能经常反复进行深度充放电，导致蓄电池的使用寿命缩短，增加了系统的维护成本。

其次，负载在工作时的功率需求大多具有脉动性质，即瞬时功率高平均功率较低，为防止极端恶劣天气时，系统储备电力不足，一般需要配置远大于正常使用容量的蓄电池组，以保证系统的正常工作。这样不仅会提高系统的购置成本，还会在发电低谷期，造成全部蓄电池长时间处于亏电状态运行，导致蓄电池的使用寿命缩短，也增加了系统的维护成本。

再次，光伏阵列和风力发电机发电功率的大幅波动会造成公共直流母线电压的波动，为了保证系统的正常运行，光伏阵列和风力发电机可能会被频繁切出，光伏发电和风力发电的利用率大大降低.系统的发电能力低于设计预期，可能导致系统的运行状况进一步恶化.

因此，优化蓄电池的充放电过程，减少蓄电池的充放电循环次数，延长蓄电池的使用寿命，提高系统的发电能力，稳定系统的放电输出，是风光互补发电系统中亟待解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于蓄电池组轮换控制的风光互补发电电源装置。本实用新型可优化蓄电池的充放电过程、减少蓄电池的充放电循环次数、延长蓄电池的使用寿命、提高电源装置的发电能力、稳定电源装置的放电输出，并可以在极端恶劣天气或光伏和风力发电量不足等情况下提供更长时间的电力支撑，以保障系统的正常工作。

为了达到上述目的，本实用新型包括光伏阵列、风力发电机、AC/DC变换器、泄荷器件、储能装置、控制器，充电侧直流母线、放电侧直流母线、过充保护电路、蓄电池组切换电路；充电侧直流母线和放电侧直流母线，可以是正极相连且接地而负极相互隔离，也可以是负极相连且接地而正极相互隔离；储能装置含有多个蓄电池组；光伏阵列通过过充保护电路与充电侧直流母线连接，风力发电机通过AC/DC变换器与充电侧直流母线连接；蓄电池组切换电路的充电端连接到充电侧直流母线，蓄电池组切换电路的放电端连接到放电侧直流母线；每个蓄电池组独立的与蓄电池组切换电路的分配端连接。

本发明的原理是：储能装置划分成多个蓄电池组，各个蓄电池组通过蓄电池组切换电路，或与充电侧直流母线连接进入充电回路，或与放电侧直流母线连接进入放电回路，每个蓄电池组通过一定的方式依序轮换充电放电；光伏阵列、风力发电机连接到充电侧直流母线，为轮换到充电回路的蓄电池组充电，直至其充满为止，切换另一个蓄电池组充电；负载连接到放电侧直流母线，由轮换到放电回路的蓄电池组供电，直至其放电到指定的程度为止，切换另一个蓄电池组供电。