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[概述]：本文设计开发的一款基于风、光、油互补的充电控制器，可以实现风能和光能转化为蓄电池电能，在无风、无光照的条件下，且蓄电池的能量不足，可以启动油机进行发电，并对蓄电池进行充电。从而实现对可再生能源的充分利用，在保障设备供电的前提下，最大限度的节省燃油。
[关键词]：风力发电 光伏发电 风光油互补 充电控制器
中图分类号：TM315 文献标识码：TM 文章编号：1009-914X（2012）35- 0394-01
1、概述
本文设计控制器主要完成以下功能：光伏电池输出的电能转换为蓄電池的化学能并储存于蓄电池中；风力发电机输出的电能通过转换为蓄电池的化学能并储存于蓄电池中；根据蓄电池的能量储存情况控制燃油发电机的工作状态。
2、风光油互补控制器的系统框架
本文设计的控制器主要由以下几个部分组成：控制单元模块、燃油发电机电压处理及整流模块、光伏电压处理模块、风力发电机电压处理模块、泄荷控制部分。
3、系统各模块的作用及原理
3.1 控制单元
控制单元作为本控制器的核心部件，主要包括了单片机控制电路、IGBT驱动控制电路以及A/D数据转换电路等组成，单片机采用AT89C55单片机，它和MCS51系列单片机兼容，主要完成蓄电池组的状态监测、充电电流监测、温度监测、PWM波形的产生等功能；IGBT属于电压驱动型器件，工作时开关频率很高，本文选用了厚膜混合集成驱动电路EXB841，该模块最大工作频率可达40KHz，PWM信号经过内部光耦隔离后，送入放大器放大，在输出极用两个三极管推挽输出。A/D转换电路主要实现对蓄电池电压的监测功能以及充电电流的监测功能。
控制单元的工作原理如下：
油机启停部分：系统监测蓄电池的储能状态，当蓄电池电压低于设定值时，控制器发出控制信号给燃油发电机的ATS，启动油机工作，当蓄电池电压超过设定上限值时，发出油机停止工作出发信号，停止油机工作。
充电控制：根据单片机检测到的蓄电池电压和光伏和风力发电机的输出电压，通过调节控制IGBT1和IGBT2的PWM信号调节蓄电池的充电速度和充电电流。
泄荷控制：当单片机检测到蓄电池的电压处于满负荷状态，且光伏和风力发电机处于工作状态时，单片机发出PWM信号控制IGBT3，启动卸荷器工作，工作频率由检测到的风力发电机和光伏的输入电压的大小来决定。
温度控制：单片机监测机箱内部的温度，当内部温度较高时，启动电子风扇为主要器件进行散热，以防止内部温度过高损坏功率器件。
3.2 燃油发电机电压处理
本文设计的控制器中，燃油发电机采用交流220V的发电机，发电机输出电压通过降压处理后在进行全波整流，将电压调整到58V（最大不超过60V）给蓄电池进行充电。
3.3 光伏电压处理模块
一般光伏输入工作电压为74V（两块光伏电池串联），为了保障蓄电池不会因为过冲而造成寿命缩短，必须对太阳能输入电压进行处理将太阳能输入电压进行降压处理，将其调整到58V-60V之间后对蓄电池进行充电。
3.4 风力发电机电压处理
风力发电机的电压处理和燃油发电机电压处理过程基本相似，不同的是，由于风力发电机的输出非常不稳定，输出电压可能会高于正常值（本系统选用风机为交流60V输出），但是绝大部分时间起输出电压都是低于这个值的，所以必须考虑风机输出电压的升压问题，确保在低风速的情况下，风力发电机同样可以给蓄电池进行充电。
3.5 泄荷控制
泄荷装置主要是为了保证在蓄电池处于饱和状态时，不会因为系统的过度充电而造成蓄电池的使用寿命缩短。泄荷装置主要在两种情况下开始工作：一个是风力发电机在处于高速运转状态下，其产生的能量远远超过系统所能接收的程度，系统开始启动泄荷功能；另一种情况就是当蓄电池处于饱和状态，而当时的风、光资源又比较好，这时系统也会启动泄荷功能将当前风能和光能通过泄荷的方式进行消耗掉。在本文的方案中，泄荷装置的控制是通过单片机产生的PWM信号控制IGBT3来启动泄荷功能，泄荷的深度依据就是单片机采集到的风电、光电的电压以及负载耗电情况。
4、风光油互补控制器的运行策略分析
本文所设计的控制器主要实现风能和光能的互补供电的功能，燃油发电机作为一个备用能源，在绝大部分的时间内，系统仅靠风能和光能进行供电。
充电策略分析：控制器采用恒压限流的充电机制进行充电，在充电初期，由于蓄电池的电压较低，系统采用恒流充电方式给蓄电池进行充电，当蓄电池的电压超过给定的值时，系统转入恒压充电阶段，随着蓄电池电压的不断升高，充电电流不断减小，直至为零，此时蓄电池的电压等于给定电压。
监控系统运行则略分析：监控系统主要对风力发电机的输入电压、光伏输入电压、蓄电池电压以及充电电流进行监测。在蓄电池充电过程中，系统监测蓄电池电压，并和给定的电压值进行比较，并根据两者之间的差值大小，调节PWM的频率以控制风能或光能的功率输入。当蓄电池处于充满状态时，直至切断风能和光能输入，并转至泄荷工作状态。
5、实验结果
根据本文方案进行设计的产品，风机输入标称电压为交流70V（高频）（实验时采用高频交流电源代替），最大功率2KW，光伏输入标称电压DC68V，最大功率为1KW，油机采用3KW柴油发电机，输出电压交流220V（50Hz），配备ATS。蓄电池组采用48V500AH。蓄电池最大充电电压为58V，最大充电电流为：光伏 15A，风能40A。系统在蓄电池电压达到56V时，控制启动泄荷装置，蓄电池电压低于44V时（无光、无风）启动燃油发电机给蓄电池充电。
6、结论
根据上述控制思想研制的独立运行的风光油互补充电控制器，具有过充、过流等完善的保护功能，对每一个部件的工作状态都能进行实时的检测和控制，以保证整个系统始终工作在良好的状态。风光油互补发电系统作为合理的独立电源系统，有着广泛的应用前景。
参考文献：
[1]姜绍信 铅酸蓄电池快速充电 天津科学出版社
[2]丁祖军 郑建永 基于EXB841的IGBT驱动电路设计及优化
[3]吴亦锋 单片机原理与接口技术
[4]IGBT的工作原理及应用 网络下载
[5]电力电子技术
[6]康华光 电子技术基础模拟部分 高等教育出版社
[关键词]：风力发电 光伏发电 风光油互补 充电控制器
中图分类号：TM315 文献标识码：TM 文章编号：1009-914X（2012）35- 0394-01
1、概述
本文设计控制器主要完成以下功能：光伏电池输出的电能转换为蓄電池的化学能并储存于蓄电池中；风力发电机输出的电能通过转换为蓄电池的化学能并储存于蓄电池中；根据蓄电池的能量储存情况控制燃油发电机的工作状态。
2、风光油互补控制器的系统框架
本文设计的控制器主要由以下几个部分组成：控制单元模块、燃油发电机电压处理及整流模块、光伏电压处理模块、风力发电机电压处理模块、泄荷控制部分。
3、系统各模块的作用及原理
3.1 控制单元
控制单元作为本控制器的核心部件，主要包括了单片机控制电路、IGBT驱动控制电路以及A/D数据转换电路等组成，单片机采用AT89C55单片机，它和MCS51系列单片机兼容，主要完成蓄电池组的状态监测、充电电流监测、温度监测、PWM波形的产生等功能；IGBT属于电压驱动型器件，工作时开关频率很高，本文选用了厚膜混合集成驱动电路EXB841，该模块最大工作频率可达40KHz，PWM信号经过内部光耦隔离后，送入放大器放大，在输出极用两个三极管推挽输出。A/D转换电路主要实现对蓄电池电压的监测功能以及充电电流的监测功能。
控制单元的工作原理如下：
油机启停部分：系统监测蓄电池的储能状态，当蓄电池电压低于设定值时，控制器发出控制信号给燃油发电机的ATS，启动油机工作，当蓄电池电压超过设定上限值时，发出油机停止工作出发信号，停止油机工作。
充电控制：根据单片机检测到的蓄电池电压和光伏和风力发电机的输出电压，通过调节控制IGBT1和IGBT2的PWM信号调节蓄电池的充电速度和充电电流。
泄荷控制：当单片机检测到蓄电池的电压处于满负荷状态，且光伏和风力发电机处于工作状态时，单片机发出PWM信号控制IGBT3，启动卸荷器工作，工作频率由检测到的风力发电机和光伏的输入电压的大小来决定。
温度控制：单片机监测机箱内部的温度，当内部温度较高时，启动电子风扇为主要器件进行散热，以防止内部温度过高损坏功率器件。
3.2 燃油发电机电压处理
本文设计的控制器中，燃油发电机采用交流220V的发电机，发电机输出电压通过降压处理后在进行全波整流，将电压调整到58V（最大不超过60V）给蓄电池进行充电。
3.3 光伏电压处理模块
一般光伏输入工作电压为74V（两块光伏电池串联），为了保障蓄电池不会因为过冲而造成寿命缩短，必须对太阳能输入电压进行处理将太阳能输入电压进行降压处理，将其调整到58V-60V之间后对蓄电池进行充电。
3.4 风力发电机电压处理
风力发电机的电压处理和燃油发电机电压处理过程基本相似，不同的是，由于风力发电机的输出非常不稳定，输出电压可能会高于正常值（本系统选用风机为交流60V输出），但是绝大部分时间起输出电压都是低于这个值的，所以必须考虑风机输出电压的升压问题，确保在低风速的情况下，风力发电机同样可以给蓄电池进行充电。
3.5 泄荷控制
泄荷装置主要是为了保证在蓄电池处于饱和状态时，不会因为系统的过度充电而造成蓄电池的使用寿命缩短。泄荷装置主要在两种情况下开始工作：一个是风力发电机在处于高速运转状态下，其产生的能量远远超过系统所能接收的程度，系统开始启动泄荷功能；另一种情况就是当蓄电池处于饱和状态，而当时的风、光资源又比较好，这时系统也会启动泄荷功能将当前风能和光能通过泄荷的方式进行消耗掉。在本文的方案中，泄荷装置的控制是通过单片机产生的PWM信号控制IGBT3来启动泄荷功能，泄荷的深度依据就是单片机采集到的风电、光电的电压以及负载耗电情况。
4、风光油互补控制器的运行策略分析
本文所设计的控制器主要实现风能和光能的互补供电的功能，燃油发电机作为一个备用能源，在绝大部分的时间内，系统仅靠风能和光能进行供电。
充电策略分析：控制器采用恒压限流的充电机制进行充电，在充电初期，由于蓄电池的电压较低，系统采用恒流充电方式给蓄电池进行充电，当蓄电池的电压超过给定的值时，系统转入恒压充电阶段，随着蓄电池电压的不断升高，充电电流不断减小，直至为零，此时蓄电池的电压等于给定电压。
监控系统运行则略分析：监控系统主要对风力发电机的输入电压、光伏输入电压、蓄电池电压以及充电电流进行监测。在蓄电池充电过程中，系统监测蓄电池电压，并和给定的电压值进行比较，并根据两者之间的差值大小，调节PWM的频率以控制风能或光能的功率输入。当蓄电池处于充满状态时，直至切断风能和光能输入，并转至泄荷工作状态。
5、实验结果
根据本文方案进行设计的产品，风机输入标称电压为交流70V（高频）（实验时采用高频交流电源代替），最大功率2KW，光伏输入标称电压DC68V，最大功率为1KW，油机采用3KW柴油发电机，输出电压交流220V（50Hz），配备ATS。蓄电池组采用48V500AH。蓄电池最大充电电压为58V，最大充电电流为：光伏 15A，风能40A。系统在蓄电池电压达到56V时，控制启动泄荷装置，蓄电池电压低于44V时（无光、无风）启动燃油发电机给蓄电池充电。
6、结论
根据上述控制思想研制的独立运行的风光油互补充电控制器，具有过充、过流等完善的保护功能，对每一个部件的工作状态都能进行实时的检测和控制，以保证整个系统始终工作在良好的状态。风光油互补发电系统作为合理的独立电源系统，有着广泛的应用前景。
参考文献：
[1]姜绍信 铅酸蓄电池快速充电 天津科学出版社
[2]丁祖军 郑建永 基于EXB841的IGBT驱动电路设计及优化
[3]吴亦锋 单片机原理与接口技术
[4]IGBT的工作原理及应用 网络下载
[5]电力电子技术
[6]康华光 电子技术基础模拟部分 高等教育出版社