专利名称：风光互补发电逆变实验系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种电力教学设备技术领域的系统设备，具体是一种风光互补发
电逆变实验系统。
背景技术：
绿色能源和可持续发展问题是本世纪人类面临的重大课题，开发新能源，对现有
能源的充分合理利用已经得到各国政府的极大重视。太阳能和风能作为取之不尽，用之不
竭的清洁环保能源，可以利用它们在时间上的互补性，在技术上加以综合开发利用，使其在
资源上具有最佳的匹配性，成为应用广泛的独立电源系统，得到前所未有的发展。 风光互补发电以光伏电池板和风力发电模块将太阳能和风能这些自然资源转化
为蓄电池的电能，然后逆变成所需要的220V交流电压。这也是一种高效清洁的新型能源，
可以根据用户的用电负荷情况和资源条件对系统进行容量的合理配置，获得比较稳定的总
输出，供独立或者并网使用。风光互补发电系统利用两种资源的互补性，较好地避免蓄电池
过放电，大大减少储能蓄电池的容量，保证了系统供电的稳定性、可靠性、经济性，使得这种
独立电源可以广泛应用于部队的边防哨所、邮电通讯的中继站、公路和铁路的信号站、地质
勘探和野外考察的工作站、水文监测站等场合。 经对现有技术的公开文献检索发现，中国专利申请号200610091482. l，
公开日2006. 11. 22，该技术公开了一种太阳能风能热、电综合利用热水及采暖系统，利用风光互补发电装置给空气源热水器提供电源，保护环境，节约发电所用的煤、油资源，可以在宾馆、浴池、居民小区安装使用。但是该技术只设计了安装在室外的风光互补发电系统装置，并未提出对风光互补发电作为实验系统室内教学演示的系统设计方案。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种风光互补发电逆变实
验系统。本发明集实体演示、实验教学、研究开发于一体，可以满足理解风力发电、太阳能发
电和风光互补发电系统全部工作原理和过程的教学要求，以配合实现在当前学生中普及新
能源知识和保护环境意识的教育教学工作。 本发明是通过以下技术方案来实现的 本发明包括风力发电模块、光伏电池组件、蓄电池组、控制器、逆变器和人机交互模块，其中风力发电模块与控制器相连传输风机输出电压电流信息，光伏电池组件与控制器相连传输光伏发电输出电压电流信息，蓄电池组与控制器相连传输蓄电池组充放电状态信息，控制器与逆变器相连传输逆变器输出电压电流信息，人机交互模块与逆变器相连传输逆变器运行信息，逆变器的输出端与实验室交流负载相连传输逆变器输出电压电流信息。 所述的风力发电模块包括三相异步电动机和同步风力发电机，其中三相异步电动机与同步风力发电机相连传输电动机转速信息，三相异步电动机带动同步风力发电机
3转动以产生电能，同步风力发电机与控制器相连传输风机输出电压电流信息。
所述的光伏电池组件包括碘弧灯和光伏电池板，其中碘弧灯与光伏电池板相
连传输碘弧灯照度信息，光伏电池板与控制器相连传输光伏发电信息。 所述的逆变器包括前级boost (升压)型DC-DC(直流-直流)推挽变换器、后级DC-AC(直流-交流)逆变桥和逆变控制模块组成，其中前级boost型DC-DC推挽变换器与控制器相连传输逆变器输出电压电流信息，前级boost型DC-DC推挽变换器与后级DC-AC逆变桥相连传输DC-DC升压输出直流电压信息，逆变控制模块与前级boost型DC-DC推挽变换器相连传输DC-DC升压输出直流电压电流信息，后级DC-AC逆变桥与逆变控制模块相连传输后级DC-AC全桥逆变输出交流电压电流信息，后级DC-AC逆变桥与实验室交流负载相连传输逆变输出电压电流信息，逆变控制模块与人机交互模块相连传输逆变器运行信息。 所述的前级boost型DC-DC推挽变换器包括P丽(脉宽调制)控制电路、启动和能量回收电路、DC-DC升压型推挽变换电路、DC-DC P丽控制电路和9AM0S(9安培场效应管)驱动电路组成，其中P丽控制电路和启动和能量回收电路相连传输脉宽调制信号信息调节控制功率管的开合时间，启动和能量回收电路和DC-DC升压型推挽变换电路相连传输直流电压能量信息，DC-DC P丽控制电路与P丽控制电路相连传输控制信息，DC-DC P丽控制电路和9AM0S驱动电路相连传输脉宽调制信号控制信息，9AM0S驱动电路和DC-DC升压型推挽变换电路相连传输控制信号驱动放大信息，逆变控制模块与DC-DC升压型推挽变换电路相连传输DC-DC升压输出直流电压电流信息，控制器与DC-DC升压型推挽变换电路相连传输控制器输出电压电流信息，DC-DC升压型推挽变换电路与后级DC-AC逆变桥相连传输DC-DC升压输出直流电压信息。 所述的后级DC-AC逆变桥包括DC-AC全桥逆变电路、交流输出滤波电路、DC-ACSP丽(单极性倍频调制)控制电路和驱动电路组成，其中DC-AC全桥逆变电路和交流输出滤波电路相连传输方波电压信息，DC-AC SP丽控制电路和驱动电路相连传输脉宽调制信号控制信息，驱动电路和DC-AC全桥逆变电路相连传输控制信号驱动放大信息，DC-AC全桥逆变电路与前级boost型DC-DC推挽变换器相连传输DC-DC升压输出直流电压信息，DC-ACSP丽控制电路和逆变控制模块相连传输后级DC-AC全桥逆变输出交流电压电流信息，交流输出滤波电路与实验室交流负载相连传输逆变输出电压电流信息。 与现有技术相比，本发明的有益效果是针对当前能源紧张的形势和风光互补技术迅猛发展的情形，为学校开展教学科研提供演示实验平台，同时供能给实验室相关设备，使得这种高效、清洁能源供实验室负载日常使用。
图1是本发明系统结构示意 图2是本发明逆变器的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的系统作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例 如图l所示，本实施例包括风力发电模块、光伏电池组件、蓄电池组、控制器、逆 变器和人机交互模块，其中风力发电模块与控制器相连传输风机输出电压电流信息，光伏 电池组件与控制器相连传输光伏发电输出电压电流信息，蓄电池组与控制器相连传输蓄电 池组充放电状态信息，控制器与逆变器相连传输逆变器输出电压电流信息，人机交互模块 与逆变器相连传输逆变器运行信息，逆变器的输出端与实验室交流负载相连传输逆变输出 电压电流信息。 所述的风力发电模块包括800W三相异步电动机和300W同步风力发电机，其中 800W三相异步电动机与300W同步风力发电机相连传输电动机转速信息，800W三相异步电 动机带动300W同步风力发电机转动以产生电能，300W同步风力发电机与控制器相连传输 风机输出电压电流信息。 所述的300W同步风力发电机是离网型同步风力发电机，该发电机的一端设有3个 外圈有网状保护的长度为500mm的翼型叶片。 所述的光伏电池组件包括碘弧灯和光伏电池板，其中碘弧灯与光伏电池板相 连传输碘弧灯照度信息，光伏电池板与控制器相连传输光伏发电信息。改变碘弧灯照度来 模拟太阳光的强弱变化，光伏电池板接收碘弧灯光线，将光能转化为电能，使光伏电池发 电。 所述的控制器是YC-H24P4/6风光互补控制器。 所述的蓄电池组包括两节容量为50AH/12V蓄电池，其中这两节蓄电池串联，该 蓄电池组的容量为50AH/24V，能满足连续2. 5小时无光无风时实验室400W的照明需求，放 电深度为50%。 所述人机交互模块包括数据液晶显示模块和数字信号数码管显示模块，其中 数据液晶显示模块和控制器相连传输实时显示监测数据，数字信号数码管显示模块和逆变 器相连传输实时显示监测报警数据，该人机交互模块提供友好的人机界面，以按键设定风 光互补发电系统运行的参数，用蜂鸣器和警示灯进行声光异常报警，实时监测整个风光互 补发电逆变系统的运行状态，帮助操作人员更加直观地了解风光互补发电的实时工作情 况。 如图2所示，所述的逆变器包括前级boost型DC-DC推挽变换器、后级DC-AC逆 变桥和逆变控制模块组成，其中前级boost型DC-DC推挽变换器与控制器相连传输逆变器 输出电压电流信息，前级boost型DC-DC推挽变换器与后级DC-AC逆变桥相连传输DC-DC升 压输出直流电压信息，逆变控制模块与前级boost型DC-DC推挽变换器相连传输DC-DC升 压输出直流电压电流信息，后级DC-AC逆变桥与逆变控制模块相连传输后级DC-AC全桥逆 变输出交流电压电流信息，后级DC-AC逆变桥与实验室交流负载相连传输逆变输出电压电 流信息，逆变控制模块与人机交互模块相连传输逆变器运行信息。该逆变器依据蓄电池组 运行的实时状态，将蓄电池组输出的24V直流电压转换成功率为300W的标准220V交流电， 为实验室交流负载设备提供电能，该逆变器的满载效率为90% ;额定输入电压为直流24V
或者交流220V ;逆变器的波形是正弦波；波形失真度< 5% ;该逆变器具有欠压保护、过流
保护、过压保护、短路保护、输入极性反接保护、输出异常保护和故障告警功能。
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所述的逆变控制模块是ATMEGA64芯片。 所述的前级boost型DC-DC推挽变换器包括P丽控制电路、启动和能量回收电 路、DC-DC升压型推挽变换电路、DC-DC P丽控制电路和9AM0S驱动电路组成，其中P丽控 制电路和启动和能量回收电路相连传输脉宽调制信号信息调节控制功率管的开合时间，启 动和能量回收电路和DC-DC升压型推挽变换电路相连传输直流电压能量信息，DC-DC P丽 控制电路与P丽控制电路相连传输控制信息，DC-DC P丽控制电路和9AM0S驱动电路相连传 输脉宽调制信号控制信息，9AM0S驱动电路和DC-DC升压型推挽变换电路相连传输控制信 号驱动放大信息，逆变控制模块与DC-DC P丽控制电路相连传输DC-DC升压输出直流电压 电流信息，控制器与DC-DC升压型推挽变换电路相连传输控制器输出电压电流信息，DC-DC 升压型推挽变换电路与后级DC-AC逆变桥相连传输DC-DC升压输出直流电压信息。
所述的P丽控制电路是UC3842电流控制型脉宽调制器。
所述的DC-DC P丽控制电路是AK7500电压控制型脉宽调制器。
所述的后级DC-AC逆变桥包括DC-AC全桥逆变电路、交流输出滤波电路、DC-AC SP丽控制电路和驱动电路组成，其中DC-AC全桥逆变电路和交流输出滤波电路相连传输 方波电压信息，DC-AC SP丽控制电路和驱动电路相连传输脉宽调制信号控制信息，驱动电 路和DC-AC全桥逆变电路相连传输控制信号驱动放大信息，DC-AC全桥逆变电路与前级 boost型DC-DC推挽变换器相连传输DC-DC升压输出直流电压信息，DC-AC SP丽控制电路 和逆变控制模块相连传输后级DC-AC全桥逆变输出交流电压电流信息，交流输出滤波电路 与实验室交流负载相连传输逆变输出电压电流信息。 本实施例的工作过程风力发电模块将风力转换为电能存储在蓄电池组中；光伏 电池组件将太阳能转换为电能也存储在蓄电池组中；控制器根据光照的强弱、风力的大小 和负载的变化，不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节，使蓄电池组在充电、放电或浮 充电下交替进行，实现自动均衡充电，防止蓄电池组过充电和过放电；逆变器将直流电转换 为交流电供给交流负载使用；人机交互模块进行数据监控和声光报警显示，帮助操作人员 更加直观的了解整个系统的运行情况。 本实施例的优点针对当前能源紧张的形势和风光互补技术迅猛发展的情形，将 室外实际工程的风力发电模块和光伏电池组件得到的能量转化成可以供实验室直接使用 的能源，直观形象地展示了太阳能和风能这两种清洁能源的产生全过程和应用前景，为在 实验室研究风力发电，太阳能发电，风光互补发电技术的控制，蓄电池的智能管理，能源的 变换和利用以及可再生能源的推广应用等方面课题提供了教学实验和开发研究平台，同时 供能给实验室相关设备，使得这种高效、清洁能源供实验室负载日常使用。
权利要求
一种风光互补发电逆变实验系统，其特征在于，包括风力发电模块、光伏电池组件、蓄电池组、控制器、逆变器和人机交互模块，其中风力发电模块与控制器相连传输风机输出电压电流信息，光伏电池组件与控制器相连传输光伏发电输出电压电流信息，蓄电池组与控制器相连传输蓄电池组充放电状态信息，控制器与逆变器相连传输控制器输出电压电流信息，人机交互模块与逆变器相连传输逆变器运行信息，逆变器的输出端与实验室交流负载相连传输逆变输出电压电流信息。
2. 根据权利要求1所述的风光互补发电逆变实验系统，其特征是，所述的风力发电模 块包括三相异步电动机和同步风力发电机，其中三相异步电动机与同步风力发电机相 连传输电动机转速信息，三相异步电动机带动同步风力发电机转动以产生电能，同步风力 发电机与控制器相连传输风机输出电压电流信息。
3. 根据权利要求1所述的风光互补发电逆变实验系统，其特征是，所述的光伏电池组 件包括碘弧灯和光伏电池板，其中碘弧灯与光伏电池板相连传输碘弧灯照度信息，光伏 电池板与控制器相连传输光伏发电信息。
4. 根据权利要求1所述的风光互补发电逆变实验系统，其特征是，所述的逆变器包括前级boost型DC-DC推挽变换器、后级DC-AC逆变桥和逆变控制模块组成，其中前级boost 型DC-DC推挽变换器与控制器相连传输控制器输出电压电流信息，前级boost型DC-DC推 挽变换器与后级DC-AC逆变桥相连传输DC-DC升压输出直流电压信息，逆变控制模块与前 级boost型DC-DC推挽变换器相连传输DC-DC升压输出直流电压电流信息，后级DC-AC逆 变桥与逆变控制模块相连传输后级DC-AC全桥逆变输出交流电压电流信息，后级DC-AC逆 变桥与实验室交流负载相连传输逆变输出电压电流信息，逆变控制模块与人机交互模块相 连传输逆变器运行信息。
5. 根据权利要求4的风光互补发电逆变实验系统，其特征是，所述的前级boost型 DC-DC推挽变换器包括P丽控制电路、启动和能量回收电路、DC-DC升压型推挽变换电路、 DC-DC P丽控制电路和9AM0S驱动电路组成，其中P丽控制电路和启动和能量回收电路 相连传输脉宽调制信号信息调节控制功率管的开合时间，启动和能量回收电路和DC-DC升 压型推挽变换电路相连传输直流电压能量信息，DC-DC P丽控制电路与P丽控制电路相连 传输控制信息，DC-DC P丽控制电路和9AM0S驱动电路相连传输脉宽调制信号控制信息， 9AM0S驱动电路和DC-DC升压型推挽变换电路相连传输控制信号驱动放大信息，逆变控制 模块与DC-DC P丽控制电路相连传输DC-DC升压输出直流电压电流信息，控制器与DC-DC 升压型推挽变换电路相连传输控制器输出电压电流信息，DC-DC升压型推挽变换电路与后 级DC-AC逆变桥相连传输DC-DC升压输出直流电压信息。
6. 根据权利要求4所述的风光互补发电逆变实验系统，其特征是，所述的后级DC-AC 逆变桥包括DC-AC全桥逆变电路、交流输出滤波电路、DC-AC SP丽控制电路和驱动电路组 成，其中DC-AC全桥逆变电路和交流输出滤波电路相连传输方波电压信息，DC-AC SP丽控 制电路和驱动电路相连传输脉宽调制信号控制信息，驱动电路和DC-AC全桥逆变电路相连 传输控制信号驱动放大信息，DC-AC全桥逆变电路与前级boost型DC-DC推挽变换器相连 传输DC-DC升压输出直流电压信息，DC-AC SP丽控制电路和逆变控制模块相连传输后级 DC-AC全桥逆变输出交流电压电流信息，交流输出滤波电路与实验室交流负载相连传输逆 变输出电压电流信息。
全文摘要
一种节能环保技术领域的风光互补发电逆变实验系统，包括风力发电模块、光伏电池组件、蓄电池组、控制器、逆变器和人机交互模块，其中风力发电模块与控制器相连传输风机输出电压电流信息，光伏电池组件与控制器相连传输光伏发电输出电压电流信息，蓄电池组与控制器相连传输蓄电池组充放电状态信息，控制器与逆变器相连传输控制器输出电压电流信息，人机交互模块与逆变器相连传输逆变器运行信息，逆变器的输出端与实验室交流负载相连传输逆变输出电压电流信息。本发明针对当前能源紧张的形势和风光互补技术迅猛发展的情形，为学校开展教学科研提供演示实验平台，同时供能给实验室相关设备，使得这种高效、清洁能源供实验室负载日常使用。
文档编号H02M7/44GK101719684SQ20091031248
公开日2010年6月2日 申请日期2009年12月29日 优先权日2009年12月29日
发明者冯祖莹, 李荣先, 王红雨, 田作华, 陈丹 申请人:上海交通大学;无锡华清清洁能源与新材料科技有限公司