本實(shí)用新型涉及的是一種獨(dú)立微電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

由于獨(dú)立微電網(wǎng)內(nèi)部各電源不能快速跟蹤外界環(huán)境和負(fù)載變化，難以維持電力供需的動(dòng)態(tài)平衡和系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，所以需要設(shè)計(jì)出合適的儲(chǔ)能系統(tǒng)來保證微電源輸出電能的質(zhì)量。同時(shí)，傳統(tǒng)的獨(dú)立微電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)中蓄電池儲(chǔ)能的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度過慢，系統(tǒng)的抗干擾能力弱，穩(wěn)定效果差，隨著人們對(duì)電能的多樣化需求的增長，這種儲(chǔ)能方式已經(jīng)越來越不能滿足獨(dú)立微電網(wǎng)的發(fā)展需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型采用蓄電池與超級(jí)電容相結(jié)合的復(fù)合儲(chǔ)能手段來實(shí)現(xiàn)對(duì)獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)輸出功率的補(bǔ)償和控制。它既可以彌補(bǔ)單一儲(chǔ)能技術(shù)的不足，又可以優(yōu)化微電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能量管理，使能量得到充分利用，提高能源的利用率。

該獨(dú)立微電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)，主要包括蓄電池，超級(jí)電容，光伏電池，最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，超級(jí)電容充放電控制器，蓄電池充放電控制器，DSP控制芯片，芯片電源，電流電壓采集電路，信號(hào)調(diào)理電路，邏輯分配電路和驅(qū)動(dòng)電路，其中，光伏電池、蓄電池和超級(jí)電容分別通過最大功率點(diǎn)跟蹤控制器、蓄電池充放電控制器和超級(jí)電容充放電控制器連接至母線，電流電壓采集電路采集母線電壓和電流，光伏電池的輸出電壓和電流，超級(jí)電容的輸出電壓和電流以及蓄電池的輸出電壓和電流，并經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路輸入至DSP控制芯片，由DSP控制芯片對(duì)輸入的信息進(jìn)行加工處理，向邏輯分配電路輸出PWM控制信號(hào)，由邏輯分配電路經(jīng)過處理后輸出至驅(qū)動(dòng)電路，由驅(qū)動(dòng)電路控制最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，超級(jí)電容充放電控制器和蓄電池充放電控制器中開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本專利作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為根據(jù)本實(shí)用新型的一種獨(dú)立微電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的一種獨(dú)立微電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)電路的電路圖。

具體實(shí)施方式

為了更好的理解本實(shí)用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型提供的實(shí)施例。

系統(tǒng)主電路如圖1所示，主要由蓄電池、超級(jí)電容、光伏電池、最大功率點(diǎn)跟蹤控制器PVB，超級(jí)電容充放電控制器CBDC，蓄電池充放電控制器BBDC等模塊組成。其中光伏電池為系統(tǒng)主電源，主要向母線負(fù)載提供電能；儲(chǔ)能系統(tǒng)由蓄電池和超級(jí)電容組成，用于維持母線電壓穩(wěn)定和負(fù)載正常穩(wěn)定運(yùn)行；市電為備用電源，在外界光照較弱且儲(chǔ)能系統(tǒng)容量不足時(shí)使用；用于實(shí)現(xiàn)光伏電池功能；和用于實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電控制。

在獨(dú)立微電網(wǎng)中，儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)維持系統(tǒng)長期穩(wěn)定輸出極其重要。光伏電池發(fā)電輸出具有隨機(jī)性、間歇性和季節(jié)性，每月每天的發(fā)電量都有差異。當(dāng)P_PV<P_R，主要由蓄電池放電補(bǔ)充不足功率；當(dāng)P_PV>P_R時(shí)，剩余的電能主要由蓄電池存儲(chǔ)起來。在連續(xù)陰雨天與夜晚，光伏電池?zé)o輸出時(shí)，蓄電池需維持系統(tǒng)長時(shí)間正常工作?？紤]到系統(tǒng)所需蓄電池的容量、成本和維護(hù)等因素，本實(shí)用新型采用閥控密封鉛酸蓄電池（VRLA，value-regulated lead-acid battery）。它具有技術(shù)成熟、容量大、價(jià)格低、自放電少、維護(hù)方便、無“記憶效應(yīng)”和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

由于外界因素如光照和溫度和內(nèi)部因素如負(fù)載的突變都會(huì)引起母線電壓和功率的波動(dòng)，從而降低光伏發(fā)電輸出電能的質(zhì)量。因此，超級(jí)電容主要用于維持母線動(dòng)態(tài)平衡：當(dāng)光伏電池輸出波動(dòng)較大時(shí)，超級(jí)電容瞬間放電以補(bǔ)充不足功率或?qū)⒍嘤嗟碾娔芸焖俅鎯?chǔ)起來；在外部光照驟降且蓄電池還未響應(yīng)時(shí)，作為短時(shí)電源獨(dú)立為負(fù)載供電。在本實(shí)用新型中，實(shí)際選取的超級(jí)電容為30F/160V的法拉電容組。

如圖1所示，系統(tǒng)主控電路和外圍電路主要由主控芯片、芯片電源、采樣電路、開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路和邏輯電路等組成。

TI選型公司摒棄了傳統(tǒng)的馮諾依曼結(jié)構(gòu)，采用先進(jìn)的哈佛總線結(jié)構(gòu)，大大提升了DSP 的工作效率。TMS320F2812芯片作為TI公司首推產(chǎn)品之一，其信號(hào)處理和控制能力極強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的算法.。

CPU內(nèi)核主要具有以下優(yōu)勢(shì)：

①采用高性能的CMOS技術(shù)，主頻高達(dá)150MHZ。

②功耗低，節(jié)能，支持JTAG在線仿真。

③數(shù)據(jù)處理速度快，中斷響應(yīng)和中斷處理速度快。

④可統(tǒng)一寄存器編程，兼容匯編語和語言。

存儲(chǔ)器的參數(shù)如下：

①片內(nèi)存儲(chǔ)器有：128k×16位的片內(nèi)FLASH程序存儲(chǔ)器，1k×16位的OTP ROM，4k×16位的boot ROM，1個(gè)8k×16位，2個(gè)4k×16位，2個(gè)1k×16位的片內(nèi)SARAM。

②外部存儲(chǔ)器接口具有1M×16位的存儲(chǔ)空間、可編程讀/寫時(shí)序、可編程的等待時(shí)間和3個(gè)獨(dú)立片選信號(hào)。

芯片外設(shè)包括：

①有看門狗定時(shí)模塊和片內(nèi)振蕩器，可動(dòng)態(tài)改變鎖相環(huán)的頻率。

②有3個(gè)外部中斷源和3個(gè)32位CPU定時(shí)器，支持外部中斷。

③可設(shè)置斷點(diǎn)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，可用硬件仿真。

④具有16通道12位ADC、事件管理器模塊EVA和EVB、多通道緩沖串行接口McBSP、串行外圍接口SPI、串行通信接口SCI和局域網(wǎng)通信控制器CAN。

根據(jù)上述芯片的性能可知，該芯片可以采樣16路信號(hào)，且運(yùn)算速度快，控制性能優(yōu)越，可以滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。因此，本系統(tǒng)選用此芯片為主控芯片。

在電流電壓采集電路中，采用霍爾電壓傳感器VSM025A進(jìn)行電壓采樣，采用HFB50P霍爾電流傳感器進(jìn)行電流采樣。同時(shí)，為了隔離控制系統(tǒng)和主電路，在采樣電路中加入電壓跟隨器以減少檢測(cè)電路對(duì)主電路和控制電路的影響。

在驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中，由于DSP的電壓較低，達(dá)不到驅(qū)動(dòng)所需電壓大小值，所以需要放大驅(qū)動(dòng)信號(hào)。本系統(tǒng)采用的驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示。該電路中的主要芯片為混合集成IGBT驅(qū)動(dòng)芯片QC841和光耦TLP521。其中QC841內(nèi)部集成有高共模抑制比與高隔離電壓的高速光耦，能實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件和控制電路之間的電氣隔離，同時(shí)具有短路保護(hù)和故障輸出功能，其管腳完全兼容EXB841，適用于頻率為0-20kHZ的IGBT開關(guān)管。

在系統(tǒng)工作時(shí)，需要對(duì)DSP生成的5路信號(hào)進(jìn)行邏輯處理可以實(shí)現(xiàn)關(guān)斷IGBT驅(qū)動(dòng)脈沖的功能。為簡化電路設(shè)計(jì)，本實(shí)用新型的邏輯電路選用2片74LS08芯片完成該功能。

該獨(dú)立微電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)為蓄電池和超級(jí)電容相結(jié)合的多元復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)中太陽能系統(tǒng)控制精度較高,跟蹤性能較為優(yōu)越。同時(shí),儲(chǔ)能系統(tǒng)可有效的維持母線穩(wěn)定。