……太阳能风能及市电一体电源的供电系统设计.pdfVIP

利用太阳能、风能，加上市电构成三能一体的供电系统，对节能型的LED供电，是一种具有较高性价

比的新型供电系统。风能和太阳能具有自然的互补优势，白天太阳光强，夜晚风大;夏天日照好，风弱;冬

天季节风大，日照少。在自然风能和光能都很弱的状况下，启动市电作为备用供电电源，保证负载在长效

牢靠的状态下稳定的了工作。

1照明系统的组成

本系统主要由供电电源系统、限制系统、蓄电池、LED负载、逆变器等组成，如图1所示。

1.1电源部分

电源部分主要由一台或多台风力发电机(内含风力机限制器)、太阳能光伏电池板(内含光电板限制器)、

220V市电组成。

1)风力发电机利用风力机将电能转化为机械能，然后通过风力发电机将机械能转化为电能。通过限制

器的限制，一是将电能干脆供应直流负载LED灯或经DC/AC逆变器供应沟通负载，二是将多余的电能对蓄

电池组进行充电。风力发电机输出功率为

式中：R为风轮叶片半径;V为风速;CP为风能利用系数，最大值为0.593。

风轮叶片有定浆距和变浆距之分。定浆距风力机在额定风速以下的风速范围，CP达不到最佳值，输出

功率低;超出额定风速后，CP也会偏离最佳值，输出功率降低;只有在额定风速时CP有最佳值，使输出功

率最大。变浆距风力机，启动时通过调整浆距角可以使CP最大，输出功率较大;超出额定风速后，通过调

整浆距角使CP保持在最佳，输出功率保持在额定值。

2)光伏发电利用太阳能电池板的光伏效应，将光能转化为电能，经过限制中心的限制，一是对蓄电池

组充电，二是将电能干脆供应直流负载LED灯或经DC/AC逆变器供应沟通负载。志向的PN结太阳光伏电池I-V

方程为：

式中：IS、VS为光伏电池的输出电流和输出电压;IN、I0为光伏电池的短路电流和PN结反向饱和电流;K

为波尔常数，K=1.38x10-23J/K;T为温度;q为电子电荷量，q=1.6x10-19C。

在肯定温度、日照条件下，光伏电池的输出功率具有最大值。发电过程中，电池的内阻不仅受到日照

强度的影响，还受到环境温度及负载的影响。要想在光伏发电时得到最大功率，必需不断变更自身阻抗的

大小，从而达到光伏阵列与负载的最佳匹配，实现大电流、高电压的输出，提高系统发电的效率。

3)市电220V市电220V的引入是为了更牢靠、更稳定地对负载进行供电。在太阳能光伏电池和风力

发电机供电不足的状况下，通过限制器的限制，启动市电作为最终保证负载供电的电源。

1.2限制部分

1)限制电路的作用

限制部分是本电路的核心内容，通过限制器，完成电源系统各部分的连接、组合以及对蓄电池组充电

的自动限制。该装置能依据日照的强弱、风力的大小及负载的变更，不断地对蓄电池组的工作状态进行切

换和调整，一方面把调整后的电能干脆送往直流负载或经逆变器送什沟通负载;另一方面把多余的电能送往

蓄电池组存贮起来。当光伏发电量和风力机发电量不能满意负载功率时，限制器将蓄电池组中的电能调送

往负载;当蓄电池组中电能也不足的状况下，限制器最终肩动220V市电作为供电电源。这样使供电系统在

充电、放电或浮电等多种工况下交替运行，从而保证以风、光、市电互补作为电源供电系统对负载供电的

连续性和稳定性。

2)限制电路的限制过程

风、光、市电互补供电系统的限制过程比较困难，工业上采纳过程限制技术对该系统的运行工况进行

监测和智能化管理。依据系统的特点，现场限制层实现对各类传感器、变送器和执行器及对现场数据采集

过程的限制。智能监控系统分为两层：底层是基于微处理器芯片的监控层，负责实现对单台设备的运行进

行优化限制和参数设定。同时具备有与上层通迅的实力;上层是基于微机的协调管理层，主要用于现场

数据处理，同时处理多台供电电源并列运行时协调限制及并网供电问题。

①监控层的主要功能：主要对系统状态进行捡测，如风速强弱、太阳辐射强度，蓄电池电压状况、负

荷要求等运行参数。能量管理层负责系统和供电模式切换及负荷限制问题，通迅限制实现与上层管理系统

通信，供应系统所需的运行及设备参数，同时依据指令变更系统的运行工况。

②协调管理层的主要功能：实现通信，包括与底层监控层通信，获得运行参数和向监控层发送限制指

令，调整系统的运行工况状态。数据系统是上层协调管理层运行的基础，通过与底层监控层的通信来获得

供电系统的运行参数和设备状态;协调限制层通过对系统的运行参数进行监控，敏捷地政变各设备的运行工

况，以求达到最佳。

1.3蓄电池组

蓄电池