風(fēng)光互補(bǔ)路燈控制器的改進(jìn)

鄭 亞

（廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510515）

0 前言

隨著科技的發(fā)展，我們的生活變好了，但是我們周圍的環(huán)境越來(lái)越差，而且自然界中一次性能源也越來(lái)越少，這樣就被迫我們要去尋找新的能源。智能路燈控制系統(tǒng)和風(fēng)能在資源條件和技術(shù)應(yīng)用上都有很好的互補(bǔ)特性。由于風(fēng)能和太陽(yáng)能的隨機(jī)性、間歇性，為滿足穩(wěn)定、持續(xù)的給路燈供電的需要，而新的智能路燈控制系統(tǒng)單一化的使用卻不能解決我們所面臨的問(wèn)題，能源的合理利用也越來(lái)越成為世界各國(guó)研究的主題。

1 概述

風(fēng)光互補(bǔ)路燈控制器是集風(fēng)能、太陽(yáng)能控制于一體的智能控制器，專門為高端的小型風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，特別適用于風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)和風(fēng)光互補(bǔ)監(jiān)控系統(tǒng)。能同時(shí)控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池板對(duì)蓄電池進(jìn)行安全高效的智能充電。風(fēng)光互補(bǔ)路燈智能控制器還提供了太陽(yáng)能電池防反沖、太陽(yáng)能電池接反、蓄電池過(guò)充電、蓄電池過(guò)放電、蓄電池接反、蓄電池開(kāi)路、風(fēng)機(jī)自動(dòng)剎車和手動(dòng)剎車等多種保護(hù)。

2 工作原理

風(fēng)光互補(bǔ)型智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，此系統(tǒng)可將風(fēng)能與太陽(yáng)能合理的結(jié)合互補(bǔ)，智能路燈控制系統(tǒng)是利用太陽(yáng)能組件的光生伏特效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)換為電能，以及風(fēng)力發(fā)電將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，并儲(chǔ)存在蓄電池中供負(fù)載使用，它是集太陽(yáng)能光伏技術(shù)、風(fēng)能發(fā)電技術(shù)、蓄電池技術(shù)、照明光源技術(shù)于一體的新興技術(shù)。

風(fēng)光互補(bǔ)路燈控制器包含風(fēng)電控制單元、光電控制單元和蓄電池充放電控制單元三部分，可根據(jù)日照強(qiáng)度、風(fēng)力大小及負(fù)載的變化、蓄電池的充電情況控制發(fā)電組、太陽(yáng)電池陣列的運(yùn)行方式和開(kāi)斷情況，不斷對(duì)蓄電池的工作狀態(tài)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，一方面把調(diào)整后的能量送往直流負(fù)載或交流負(fù)載，另一方面把多余的能量按蓄電池的特性曲線對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電，當(dāng)所發(fā)的電不能滿足負(fù)載需要時(shí)，控制器又把蓄電池的電能送往負(fù)載。蓄電池充滿電后，控制器要控制蓄電池不被過(guò)充。當(dāng)蓄電池所儲(chǔ)存的電能放完時(shí)，控制器要控制蓄電池不被過(guò)放電，保護(hù)蓄電池。從而保證負(fù)載的正常供電及系統(tǒng)各個(gè)部分的安全運(yùn)行和整個(gè)系統(tǒng)工作的連續(xù)性與穩(wěn)定性。

下面為風(fēng)光互補(bǔ)控制器結(jié)構(gòu)：

3 性能及特點(diǎn)

3.1 風(fēng)機(jī)智能升降壓

當(dāng)風(fēng)機(jī)電壓低于蓄電池電壓時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)升壓模塊，將風(fēng)機(jī)電壓升到能充電電壓。

當(dāng)風(fēng)機(jī)電壓高于蓄電池電壓時(shí)，為了獲取最大功率，自動(dòng)啟動(dòng)降壓模塊。

3.2 風(fēng)機(jī)最大電流跟蹤（MCT)和最大功率跟蹤(MPPT)

當(dāng)風(fēng)機(jī)處于微風(fēng)情況下，負(fù)載將會(huì)使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，從而降低風(fēng)機(jī)功率輸出。通過(guò)最大電流跟蹤和最大功率跟蹤控制，吧風(fēng)機(jī)輸出穩(wěn)定在風(fēng)能利用的最大平衡點(diǎn)，與升降壓電路相結(jié)合，進(jìn)而提高風(fēng)能利用率。

3.3 風(fēng)機(jī)，負(fù)載阻抗匹配自適應(yīng)

由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)，蓄電池，負(fù)載都存在內(nèi)阻，根據(jù)組抗匹配原理，只有輸入阻抗等于輸出阻抗，功率利用最大。通過(guò)采用阻抗匹配自適應(yīng)，最大限度提升能源利用率。

3.4 風(fēng)機(jī)開(kāi)路與卸荷結(jié)合控制方式，過(guò)轉(zhuǎn)速，過(guò)電壓，過(guò)電流限制

當(dāng)風(fēng)機(jī)和太陽(yáng)能電流大限流點(diǎn)，蓄電池電量較高時(shí)，減小充電回路的PWM 占空比直至完成蓄電池充電。當(dāng)完成充電后，斷開(kāi)充電回路，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)空載，為了防止風(fēng)力發(fā)電機(jī)飛車，通過(guò)提供過(guò)轉(zhuǎn)速限制和過(guò)壓限制，一旦風(fēng)機(jī)超過(guò)設(shè)定轉(zhuǎn)速或設(shè)定電壓，控制器自動(dòng)啟動(dòng)PWM 智能卸載。從而避免了風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期工作在卸荷轉(zhuǎn)臺(tái)，延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)和控制器壽命。

3.5 蓄電池最大電流智能限流

可根據(jù)實(shí)際情況，客戶可以設(shè)置當(dāng)前使用蓄電池容量，本控制器可根據(jù)客戶所設(shè)置的參數(shù)，智能計(jì)算充電最大電流，從而延長(zhǎng)蓄電池壽命。

3.6 風(fēng)機(jī)，太陽(yáng)能智能互補(bǔ)，獨(dú)立發(fā)電

采用雙路獨(dú)立充電，智能互補(bǔ)，當(dāng)完成充電后，光法電池采用開(kāi)路保護(hù)，風(fēng)機(jī)此阿勇開(kāi)路過(guò)壓保護(hù)，過(guò)轉(zhuǎn)速，過(guò)流保護(hù)。

3.7 可手動(dòng)剎車

3.8 可風(fēng)機(jī)充電手動(dòng)使用

3.9 可光伏充電手動(dòng)使用

3.10 可負(fù)載充電手動(dòng)使用

3.11 RS232/RS485 實(shí)時(shí)通訊

可通過(guò)串口通信，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析。

3.12 可支持串口升級(jí)程序

3.13 脈寬調(diào)制（PWM）無(wú)級(jí)卸載

可以分千個(gè)階段進(jìn)行卸載，邊對(duì)蓄電池充電，邊把多余的能量卸除，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。

3.14 上位機(jī)，下位機(jī)雙向設(shè)置

3.15 LFCD 多級(jí)菜單顯示，智能按鍵設(shè)置

支持多級(jí)菜單查看，可自行設(shè)置多個(gè)參數(shù)，并伴有按鍵音，人性化設(shè)計(jì)。

4 總結(jié)

通過(guò)改進(jìn)可以看出，風(fēng)光互補(bǔ)路燈控制器實(shí)現(xiàn)了智能化，模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，功能強(qiáng)大，顯示直觀，具有完善的保護(hù)功能。具有充電效率高，空載損耗低，系統(tǒng)運(yùn)行安全、穩(wěn)定、可靠，使用壽命長(zhǎng)，具有較高性價(jià)比等優(yōu)點(diǎn)。

［1］楊金煥，于化叢，葛亮.太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2009，1（1）.

［2］鄭軍.光伏組件加工與檢測(cè)技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2010，9（1）.

［3］王志新.風(fēng)光互補(bǔ)技術(shù)及應(yīng)用[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2009，2.

［4］肖貴賢，汪有源.風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].中國(guó)科技信息，2009，22.