基于模块化的风光互补发电系统控制器的设计

滕志飞+陈翔宇+范子豪+贾宝垒+肖博瀚

摘要：近年来风光互补发电广泛应用于分布式发电系统。针对风光互补发电系统存在的发电效率低、系统成本高的缺点，设计并研制一种系统控制器。该控制器基于模块化设计，能够灵活调整发电系统容量，提高能源利用率，实现对风光互补发电系统的智能化控制。

关键词：发电系统；风光互补；控制器；模块化

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2017）08-0039-03

随着我国经济不断发展，对能源的需求也在不断增加，而传统的矿物能源存量有限且不能再生，因此研究和开发新能源技术是趋势所在。风光互补发电系统是利用风能和太阳能互补性强的特点，由风力发电机、太阳能电池、控制器、蓄电池组、逆变器等组成的一个发电系统，可将电力供给负载使用。但该系统实际应用中存在受气象条件影响较大、能源转换效率低、系统容量调节不方便等问题。为此，本研究设计一种基于模块化的风光互补发电系统控制器，以实现对该发电系统的智能化控制。

1 风光互补发电系统控制策略

风光互补发电系统控制器是整个发电系统的关键部件，起到连接发电单元（包括风力发电机与太阳能电池）、蓄电池和负载的作用。该控制器可以根据不同的环境情况，通过最大功率跟踪技术提高能源利用率，并对整个发电系统的输入输出情况进行全面控制。

风光互补发电系统控制架构如图1所示。太阳能电池的输出电压采用最大功率跟踪技术，通过DC/DC转换器将该电压稳定在太阳能电池的最大功率点，实现对太阳能的最大功率输出，然后通过控制电路、检测电路、蓄电池充电电路等将电能输送给蓄电池和负载。

1.1 系统控制器的模块化结构设计

该控制器采用模块化结构设计，可以更加灵活地调整系统容量。控制器模块化结构框图如图2所示。 该控制器由一个主控模块和多个功率模块组成，主控模块和功率模块之间通过RS485通讯协议，并以单片机控制数据的传输。太阳能电池通过最大功率跟踪技术和DC/DC转换器、风力发电机通过调压整流电路后分别接入到各自的功率模块中。主控模块可以实时检测功率模块的工作状态，并通过改变系统参数对发电单元和储能单元的工作状态进行调配，从而配置出合理的系统容量。工作人员可以在显示屏中查看系统工作状态。

1.2 太阳能最大功率跟踪功能

根据太阳能组件的输出特性而提出的最大功率跟踪方法有很多，目前工程产品中多数采用恒定电压法。恒定电压法具有控制思想简单、控制电路容易实现、对输出电压具有很好稳定性等优点。考虑到其控制策略具有很高的实用性和成熟性，本研究采用恒定电压法，并使用DC/DC变换器来实现太阳能的最大功率跟踪功能。DC/DC变换器的整体系统结构框图如图3所示。该变换器采用PWM控制开关的开通与关断，调整太阳能电池的输出电压为预先测得的最大功率点的输出电压，即可实现太阳能最大功率跟踪功能。

2 风光互补发电系统控制器的硬件设计

该控制器的硬件结构框图如图4所示。控制芯片采用具有强劲运算能力的PIC18系列单片机为设计核心，此外还包括液晶显示模块、按键输入模块、通讯模块电源电路及检测电路等部分。

3 风光互补发电系统控制器的软件设计

该控制器软件部分主程序主要包括系统初始化设置、系统通讯子程序、蓄电池充放电控制子程序和液晶屏及键盘输入子程序。系统主程序流程如图5所示。该程序对系统内各寄存器进行初始化设置，采集发电部分及蓄电池的电压、电流参数，并将各参数与系统预设值进行比较，了解系统运行状态；根据外界不同情况，调用各子程序对整个系统进行管理和控制。

4 结语

基于模块化的风光互补发电系统控制器包括软、硬件两部分設计。该控制器可对整个发电系统进行智能化控制，并采用太阳能最大功率跟踪技术，以提高能源利用率。同时，实现发电系统灵活配置容量，以起到方便安装、减小售后难度、降低成本的目的。利用该控制器可以实现风光互补发电系统的模块化高效智能控制。

参考文献

[1] 施全富.独立运行风光互补发电系统的研究与设计[D].沈阳：沈阳工业大学，2008.

[2] 王宇.风光互补发电控制系统的研究与开发[D].天津：天津大学，2004.

[3] 孟克，贾大江，王利平，等.风光互补控制器的智能化设计[J].太阳能学报，2005，26（2）：192-195.endprint