MCU控制風(fēng)光互補獨立電源系統

引 言

綜合利用了風(fēng)能、光能的風(fēng)光互補獨立電源系統是一種合理的電源系統。不僅能為電網(wǎng)供電不便的地區，如邊防哨所，通訊的中繼站，交通的信號站，勘探考察的工作站以及農牧區提供低成本、高可靠性的電源，而且也為解決當前的能源危機和環(huán)境污染開(kāi)辟了一條新路。

單獨的太陽(yáng)能或風(fēng)能系統，由于受時(shí)間和地域的約束，很難全天候利用太陽(yáng)能和風(fēng)能資源。而太陽(yáng)能與風(fēng)能在時(shí)間上和地域上都有很強的互補性，白天光照強時(shí)風(fēng)小，夜間光照弱時(shí)，風(fēng)能由于地表溫差變化大而增強，太陽(yáng)能和風(fēng)能在時(shí)間上的互補性是風(fēng)光互補發(fā)電系統在資源利用上的最佳匹配。

1 硬件構成

風(fēng)光互補獨立電源系統由光伏發(fā)電單元、風(fēng)力發(fā)電單元、系統智能管理核心、逆變器、儲能元件等構成，如圖l所示。

系統的具體構成參數由使用時(shí)最大用電負荷與日平均用電量決定。最大用電負荷是選擇系統逆變器容量的依據，而平均日發(fā)電量則是選擇風(fēng)機及光電板容量和蓄電池組容量的依據。同時(shí)系統安裝地點(diǎn)的風(fēng)光資源狀況也是確定光電板和風(fēng)機容量的另一個(gè)依據。

光伏發(fā)電單元與風(fēng)力發(fā)電單元光伏發(fā)電單元采用所需規模的光電板，轉換太陽(yáng)光能，并通過(guò)智能管理核心對蓄電池充電、放電、逆變進(jìn)行統一管理。風(fēng)力發(fā)電單元利用小型風(fēng)力發(fā)電機，轉換風(fēng)能，同時(shí)通過(guò)智能管理核心控制整個(gè)系統的允放電。兩個(gè)單元在能源的采集上互相補充，同時(shí)又各具特色：光伏發(fā)電單元供電可靠，運行維護成本低，但造價(jià)高；風(fēng)力發(fā)電單元發(fā)電量高，造價(jià)和運行維護成本低，但可靠性低。

儲能元件鉛酸蓄電池足風(fēng)光互補獨立電源系統常用的儲能元件，其成本低、容量大、免維護的特性使其成為風(fēng)光互補獨立電源的首選。由于風(fēng)電和光電單元必須通過(guò)蓄電池儲能才能穩定供電，蓄電池合理的容量和科學(xué)的充放電是系統壽命的保證，本系統采用雙標三階段充電，實(shí)現對鉛酸蓄電池的科學(xué)充電。風(fēng)光互補獨立電源采用雙儲能系統，包括二套鉛酸蓄電池組，使得充放電能同時(shí)進(jìn)行，通過(guò)智能核心控制既可以對負載放電，同時(shí)叉可以在充電條件到達時(shí)對備用儲能電池組充電，兩組蓄電池之間的切換由系統實(shí)時(shí)監測其電壓狀態(tài)決定。

MOSFET充放模塊由智能管理核心驅動(dòng)的MOSFET充電模塊，可根據系統的不同，選取不同電壓等級的MOSFET，來(lái)實(shí)現系統對蓄電池的充放電。MOSFET可選用International Rectifier公司的第三代HEXFETs產(chǎn)品，IR系列產(chǎn)品具有開(kāi)關(guān)迅速、開(kāi)通阻抗低、性?xún)r(jià)比高等特色?？刂颇K根據不同的MOSFET門(mén)級電壓設計，由智能管理核心控制MOSFET模塊的輸出狀態(tài)。逆變器系統不僅可以提供穩定的直流供電，帶動(dòng)直流負載，而且可以通過(guò)逆變呂提供單相交流電。

智能管理核心由LCM液晶顯示模塊、鍵盤(pán)、MCU組成，是系統控制、管理的核心，驅動(dòng)MOSFET充電模塊實(shí)現對蓄電池的雙標三階段充電，驅動(dòng)JCBT實(shí)現DC／AC逆變、以及系統的實(shí)時(shí)保護和數據再現與傳輸等，同時(shí)提供風(fēng)機的磁電限速保護，在風(fēng)力過(guò)功率時(shí)，給風(fēng)機反向磁阻力矩，降低風(fēng)機轉速。系統核心MCU選用TI公司的MSP430單片機，其豐富的片上資源使得系統的控制和管理都極為方便。

2 系統工作原理及軟件實(shí)現

2.1 雙標三階段充電原理及實(shí)現

鉛酸蓄電池是系統的儲能元件，電是影響風(fēng)光互補系統壽命的關(guān)鍵因素，對鉛酸蓄電池充放電的控制直接影響蓄電池的壽命，不合理的充放電將直接導致蓄電池的崩潰。系統智能管理核心拄制蓄電池的充放電過(guò)程。本系統采用雙標三階段充電來(lái)優(yōu)化充電過(guò)程。雙標三階段充電過(guò)程符合鉛酸蓄電池的特性，能很好地維護蓄電池。三階段充電過(guò)程如圖2所示。