基于MCU的风光互补独立电源系统

2.2 逆变器原理与实现

DC／DC变换由48V铅酸蓄电池输出通过Boost电路升压至360V，采用UC3825PWM控制芯片，其产牛PWM频率高，且造价低。DC／AC逆变器主电路由H桥式ICBT构成，还包括熔断器、抗干扰的滤波器、保护二极管等。控制电路由控制环节和保护环节两部分构成智能管理核心作为控制环节对主电路的输入电压、输出电压、输出频率和输出波形进行校正控制。保护环节分为硬件保护部分和软件保护部分，完成对系统的短路、过载、失压、过压、缺相等的保护。逆变后的单项交流电通过电压、电流传感器，把状态返回智能管理中心，以便对波形实行校正。逆变器的电路构成如图4所示。



2.3 系统控制保护原理与实现

风光互补电源系统根据性能可分为充电状态、负载状态(放电状态)、保护状态。系统同时监测光伏发电单元、风力发电单元、负载和两组蓄电池的状况，在相应条件下，进入对应的状态。在每一状态中，系统不仅完成自身阶段的工作，还可根据用户需要给出相应的系统参数显示、多系统之间的通讯及系统与E位机之问的通讯，系统状态流程如图5所示。



系统在初始化中，完成参数的设定，如光伏发电单元电压、电流、负载、过压、过流保护参数；风力发电机的磁电保护参数；铅酸蓄电池双标三阶段充电的充电系数。同时也完成系统人机通讯(键盘、液晶模块、LED等)的初始化和系统通用串行通信模块的设定。

系统通过实时采样模块、上位机触发信号和用户控制信号联合判断系统所处的状态。首先，通过实时采样模块采集系统的实时电压、电流，判断光伏发电单元、风力发电单元、储能蓄电池和负载的状况，从而决定系统应处的状态。其次，上位机触发信号和用户控制信号也联合控制系统状态，可强行控制系统从一种状态转入其他状态。

系统在充电状态中以双标二阶段充电法对铅酸蓄电池进行合理允电，通过在线对系统中光伏发电单元、风力发电单元、蓄电池和负载的状态采集，合理完成灌充和过电压恒充，并以浮充状态维持铅酸蓄电池的电压。

在负载状态(放电状态)中，按负载需要，进行直流或单项交流供电。同时监测蓄电池组的状态，在到达设定条件时，与备用蓄电池组实现轮流充放电，提高系统对能源的利用。另外，在负载状态时，铅酸蓄电池的状态也需实时监测，以免过放对蓄电池造成损害。

当风光互补系统巾的光伏发电单元、风力发电单元、铅酸蓄电池、负载以及系统内部的状态参数到达所设的保护值时，系统进人保护状态，避免了短路、过压、过流等对系统的危害，保障系统的正常运行。如对风力发电机的磁电限速保护，铅酸蓄电池的过放保护，以及对负载的过压保护等。

同时，系统提供了方便的人机接口，可在线获取系统中充、放电的电流、电压参数及系统的状态参数。通用串行通信模块提供了系统之间、系统与上位机之间的通信，方便的输入控制，多种的显示输出以及灵活的通信不仅保障了系统的安全运行，也大大便利r系统的维护、检修和管理。

3 实际应用

风光互补独立电源系统已实际应用于中小功率用电系统，如路灯、家用照明等。由于太阳能、风能供电的独特互补优点(如图6所示)，近年来风光互补独立电源系统得到迅速发展。



如需满足4对55W低压钠灯的供电，每盏灯光通亮7800lm，按实地情况采用l000W太阳能电池板，300W的小型风力发电机，两组．400A·h左右的铅酸蓄电池，可满足所需照明．若需加长在无风、阴天持续状态下的供电天数，可适当加大铅酸蓄电池的容量。这里所选的具体参数是结合了当地天气状况、负载需求状况而选取的。

本系统结合具体路灯的实际应用，接人感光器件，判断白天与黑夜，实现了无人管理。如图7流程图所示，把系统分为3个状态：状态l——蓄电池电压过低，不能再放电，否则影响蓄电池寿命；状态2——蓄电池电压正常，可进行充放电；状态3——蓄电池电压过高，对负载有伤害，需进行放电后，方可接入负载。


4 结语

风光互补电源系统实现了对自然资源的合理利用，而风光互补的技术方案保证了系统的高可靠性。基于MCU的风光互补独立电源系统不仅在理论上有保证，而且在实际应用中也得到了检验。