[发明专利]一种基于MPPT的风光互补路灯控制器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种路灯控制器，尤其涉及一种基于MPPT的风光互补路灯控制器及其控制方法。

背景技术

大力发展低碳经济是人类实现可持续发展的必然选择，实现低碳经济的重要途径就是可再生能源的利用，在众多可再生能源中，由于碳的零排放，风能和太阳能是21世纪最被看好的可再生能源。我国的风力资源非常丰富，其中陆地可开发的装机容量居世界首位，我国同样也是太阳能资源大国，在风力资源和太阳能资源都比较一般的广大地区，混合利用这两种能源的风光互补发电技术能够发挥太阳能和风能资源互补的优势，从一定程度降低了对资源要求的门槛，使得新能源的应用更加广泛。路灯是城市中的基础设施，路灯耗电的情况非常严重，低压输电线路也存在很大损耗，故采用风光互补路灯可以达到节能减排的目的。传统的风光互补路灯控制器存在一些缺陷：对蓄电池的充电方式为单一的直充方式，如果外界环境为风力很小的阴雨天气，则电池处于亏点状态，如果外界风力大且光照充足，则会容易卸掉能量，充电效率低下；监控性差，无法对路灯进行实时监控，一旦出现故障，维护的工作量大；没有通讯接口，无法构成网络，更不能进行统一的集中管理；电池和负载具有时变特性，安全性稳定性不佳。

发明内容

本发明的首要目的在于克服传统的风光互补路灯控制器充电效率低下，监控性差，无法进行统一集中管理，安全性稳定性不佳等问题，提供一种基于MPPT的风光互补路灯控制器，该控制器能方便对路灯设备和控制设备进行网络化监控管理。

本发明的另一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于MPPT的风光互补路灯控制器的控制方法，该控制方法采用分时段控制方式和一种MPPT控制方法解决电池和负载的时变性问题，同时提高光伏发电的效率。

本发明的首要目的可以由下述的技术方案实现：一种基于MPPT的风光互补路灯控制器，包括处理器模块、电压电流检测模块、辅助电源模块、工作状态指示模块、RS232串口通信模块、Zigbee无线通信模块、均衡充电电路、保护电路、卸荷电路、PWM驱动电路和LED驱动电路。所述处理器模块与RS232串口通信模块、Zigbee无线通信模块连接；所述电压电流检测模块、辅助电源模块、工作状态指示模块、均衡充电电路、保护电路、卸荷电路、PWM驱动电路、LED驱动电路分别与处理器模块连接。电压电流检测模块包括对光伏电池板的输出电压、风力发电机整流后的输出电压、直流母线电压、蓄电池充电电压、蓄电池电流、光伏充电电流和风力发电充电电流进行实时检测，再经过单片机进行AD转换后将模拟量转换成数字量。辅助电源模块采用蓄电池组供电方式，通过DC/DC变换为系统各模块和控制电路提供稳定的供电电源。工作状态指示模块将电压电流检测模块采样处理后的电压电流量经过单片机处理后通过数码管显示。均衡充电电路与处理器模块连接，同时与风光互补路灯蓄电池组连接，由电感、MOSFET和二极管构成，蓄电池组出现电压不均衡会触发MOSFET，电能存储在电感中，当MOSFET关断时，电感、二极管、能量较低的电池构成新的回路，电感中存储的能量就转移到能量较低的电池中，实现了均衡充电。保护电路由开关管和继电器组成，包括蓄电池过充过放保护、蓄电池反接保护、太阳能电池组反接保护。卸荷电路采用PWM卸荷电路，单片机发出PWM控制信号，经过推挽电路放大后，驱动MOS管，大功率电阻与MOS管串联，起到消耗能量的作用，主控电路通过电压检测电路检测风力发电机经整流后的电压，当风力发电机的电压达到设定点时，主控电路发出PWM信号，控制MOS管的通断，从而实现控制大功率电阻接入风机电路的时间，大功率电阻本身具有卸荷的功能，可以使风力发电机多余的电量转化为热能消耗掉。PWM驱动电路采用单片机产生PWM信号控制BUCK电路的开关管和卸荷电路。LED驱动电路通过恒流驱动芯片驱动LED路灯。与此同时，Zigbee无线通信模块将所有路灯及充放电设备连成网络，将设备的状态信息传送至远端服务器，便于统一监控集中管理。单片机通过RS232串口通信模块与上位机通信，将数据上传至上位机从而记录电压电流的采样值和蓄电池的运行状态。

所述的一种基于MPPT的风光互补路灯控制器，所述的处理器模块包括单片机、时钟电路、复位电路和电源电路，单片机采用ATmega48单片机。

所述的一种基于MPPT的风光互补路灯控制器，所述的电压电流检测模块包括对光伏电池板的输出电压、风力发电机整流后的输出电压、直流母线电压、蓄电池充电电压、光伏充电电流和风力发电充电电流进行实时检测。