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友爱型风/光/储LED路灯电源协同办理战略研讨

周习祥(益阳职业技术学院 湖南,益阳 413049)摘 要:传统风/光/储LED路灯多以孤网独立运行为主,对蓄电池寿命及路灯工作可靠性有很大影响,针对这一缺陷,提出了一种友好型风/光/储LED

  周习祥(益阳作业技能学院 湖南,益阳 413049)

  摘 要:传统风/光/储LED路灯多以孤网独立运转为主,对蓄电池寿数及路灯作业可靠性有很大影响,针对这一缺点,提出了一种友爱型风/光/储LED路灯电源协同办理战略,该体系在路灯电量足够或风机、光伏电压过大时,能将电能馈送给电网,在路灯电量缺乏时,从市电获取电能,能时刻确保路灯电量足够,延伸蓄电池运用寿数,进步路灯作业可靠性,充沛运用体系剩下电能。经过对操控体系电路规划与仿真,验证了该操控办法的科学性与可操作性,对城市与社会主义新农村建造具有非常大的运用价值。

  基金项目:湖南省自然科学基金(项目编号:2017JJ5048)

  0 导言

  现在,我国动力结构仍然表现为高碳特性,近10多年,国家大力发展清洁动力,如天然气、核电站、水电站。一起,大力发展风能、太阳能、地热能、生物质能等可再生动力,首要意图是为了削减煤炭在动力运用中的比重,使动力运用表现为低碳性 [1] 。跟着国家对风力发电、光伏发电等分布式间歇性电源的强力推动,在沿海区域,北方平原区域等地,风能和太阳能足够的当地,建造了许多大型风电场和光电场,在华中区域的山顶上建立了许多风力发电机组。一起,在城市路途和村庄路途,设备了许多风/储、光/储、风/光/储LED太阳能路灯。可是,风/光/储LED太阳能路灯往往以孤网的方式独立运转 [2] ,尽管路灯智能操控器为了取得最大功率充电,对风机和光伏发电都进行了MPPT操控,但一旦在继续阴雨无风气候的晚上,形成路灯电量缺乏,路灯将无法作业,影响人们的日子,一起对蓄电池的寿数产生影响 [3] ;一起在劲风太阳气候,发电量足够,智能操控器为了避免过电压对电路的危害,又只能堵截充电电路,这样极大地导致了动力糟蹋 [4] 。因而,在电量缺乏状况下,怎么确保路灯正常作业,在电量足够状况下,怎么充沛运用动力,成为风/光/储LED路灯亟待解决的问题,学术界在路灯操控体系范畴还没有报导。

  1 传统LED路灯电源操控体系

  如图1所示,为传统LED路灯操控体系结构图,它们的作业原理根本相似,关于风/储LED路灯操控体系,风力发电机输出的三相沟通电经过三相整流后,在经过操控器内DC/DC电压改换与MPPT操控后以最大功率给蓄电池充电 [5] ,经过传感器检测光照强度,夜晚时,蓄电池经过供电DC/DC改换器给LED光源供电,当电路中呈现过压时,电路主动卸荷,并对风机刹车;关于光/储LED路灯操控体系,光伏电池输出电压经过DC/DC改换器变压与MPPT操控后,以最大功率给蓄电池充电。夜晚时,蓄电池经过供电DC/DC改换器给LED光源供电;近年来设备特别多的风/光/储LED路灯操控体系,与前两种路灯操控体系的差异在于,该体系选用智能风景互补智能操控器,该操控器具有多个功用,经过无线上位机进行无线传输,能够完成路灯各数据的长途监控,当路灯体系呈现毛病时,能读取毛病,精确定位毛病机,进步维护人员的作业效率。

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  2 友爱型风/光/储LED路灯电源协同办理操控体系

  如图2所示,为友爱型风/光/储LED路灯电源协同办理操控体系结构图。

  以24 V直流LED路灯操控体系为例,操控体系中设有4个电压检测电路,4个继电器及其驱动电路,路灯地下铺设1组直流母线,1组沟通母线,1条马路装备1个储能设备与逆变器并网设备,友爱型风/光/储LED路灯电源协同办理体系规划意图:

  1)当电路检测到风机过电压、光伏电池过电压时,为了避免过电压损坏电路,将风电和光电经过宽输入DCDC改换器改换成同一电压传递给储能设备,并经过逆变器运送给电网;

  2)当蓄电池过电压时,阐明体系电能足够,相同将风电和光电电能运送至电网;

  3)当蓄电池欠电压时,阐明体系电量缺乏,运用市电供电,完成友爱型LED路灯电源协同办理;

  4)当风机电压、光伏电池电压、蓄电池电压均处于正常状况时,按传统操控体系操控形式进行操控,此文不进行剖析。

  友爱型风/光/储LED路灯电源协同办理体系操控联系如表1所示。

  3 电压检测电路及继电器驱动电路规划

  友爱型风/光/储LED路灯电源协同办理体系操控电路如图3所示。

  3.1 电压检测电路规划

  4个电压检测电路均选用串联电阻分压法进行采样,电压检测电路中心元件选用4路电压比较器LM339N,电压比较器及驱动电路电源挑选直流12 V电源供电,电压比较器上拉电阻取4.7 kΩ。对风机三相整流器输出端电压 U OF 、光伏电池输出端电压 U J 、蓄电池电压U E 别离进行采样,采样电压运送给LM339NU 1A 、 U 1B 、 U 1C 电压比较器的“+”端,基准电压提供给“-”端;对蓄电池电压U E 采样,此信号作为欠电压信号运送给 U 1D 电压比较器的“-”端,基准电压提供给“+”端。

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  3.1.1 基准电压设定

  基准电压 U ref 设定为5 V,供电电压为12 V,基准电压分压电阻选定为:R3=R10=R17=R24=80kΩ  R4=R11=R18=R25=57.2kΩ。

  3.1.1 取样电路规划

  取样电路电阻为R1、R2、R8、R15、R16、R22、R23为了减小取样电路对主电路的影响,选取取样电阻R1=R8=R15=R22=100kΩ,以风机电压取样电路为例,依据串联分压原理,电压比较器 U 1A “+”端输入电压 U + 与风机三相整流器输出电压 U OF 的联系为:

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  当风机三相整流输出电压 U OF ≥30V时, J 1 作业,要求:

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  得 R 2 ≥20kΩ ,因而风机输出电压取样电阻取R 2 = Ω 20k;同理,当光伏电池输出端电压 U J ≥28.8V时, J 2 作业,光伏电池输出电压取样电阻取 R 9= Ω 21k;当蓄电池端电压 U E ≥28V 时, J 3 作业,蓄电池过电压取样电阻取 R 16 =Ω 21.7k;当蓄电池端电压 U E ≤21.6V时, J 4 作业,蓄电池欠电压取样电阻取 R 23= Ω 30k。

  3.2 继电器驱动电路规划

  继电器驱动电路均选用两级三极管驱动,当电压比较器输出端为高电平时,对应的两个三极管均导通,相应的继电器作业,一起,对应的LED指示灯指示电源状况。

  4 电源办理体系操控电路仿真剖析

  由于风机、光伏电源、蓄电池过电压检测电路与驱动电路作业原理相似,现只对风机电源办理及蓄电池欠电压电源办理电路进行仿真。

  4.1 风机电源办理体系操控电路仿真

  用1个30 V直流电叠加5 V正弦低频沟通电信号替代风机三相整流器输出电压动摇信号,信号电压参数规划如图4所示,对电路进行仿真,得到如图5所示仿真波形,由图可知,继电器动作前后,在249.123 s时,风机三相整流器输出电压(通道A) U OF =30.078 V,电压比较器输出电压(通道B) U O =10.799 V,为高电平,继电器常闭触点输出(通道C)为0 V,常开触点输出(通道D)为30.078 V,此刻风机电能运送给电网;在250.877 s时,风机三相整流器输出电压U OF =29.922 V,电压比较器输出电压U O =1.201 V,为低电平,继电器常闭触点输出为29.922 V,常开触点输出为0 V,此刻风机给蓄电池充电,仿真成果验证了此电路能精确完成友爱型电源协同办理体系规划意图:当 U OF < 30 V时,继电器常闭触点输出电压=风机输出电压,给蓄电池正常充; U OF ≥30 V时,继电器常开触点输出电压=风机输出电压,这样既维护了主电路,又将风机过电压时的电能运送送给电网,有用运用了动力。

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  一起,为了验证风机电源操控电路处理速度和精度,仿真得到风机电源办理体系仿真数值报表,如表2所示,其时段坐落250.128 s~251.046 s时,风机输出电压UOF由29.989 V下降到29.907 V,继电器动作时刻为250.698 s~250.528 s=0.17 s,响应速度较快。

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  4.2 蓄电池欠电压电源办理体系操控电路仿真

  众所周知,不管是铅酸蓄电池仍是锂电池,长时刻亏电会导致电池活性物质很难复原,影响电池容量和寿数,因而,无论是何种气候,都要确保电池电量足够,为了完成这一功用,在继续欠好的气候,只能经过市电弥补电能。电路用一个21.6 V直流电叠加4 V正弦低频沟通电信号替代蓄电池电压信号,信号电压设置如图6所示。对蓄电池欠电压电源办理电路进行仿真,仿真波形如图7所示,由图可知,在83.333 s时,蓄电池电压U E =21.6 V,继电器J 4 常开触点输出为267.014 V瞬时值,此刻市电给蓄电池充电,在167.045 s时,继电器常开触点输出为0 V,断开与市电的衔接,仿真成果验证了电路能精确完成友爱型电源协同办理体系规划意图:当 U E > 21.6 V时,体系自主供电,当 U E ≤21.6 V时,蓄电池从市电获取电能,完成了友爱型蓄电池电源协同办理。

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  为了验证操控电路处理速度和精度,仿真得到蓄电池欠电压电源办理体系数值报表,如表3所示,其时段坐落83.230 s~83.234 s,蓄电池电压由21.622 V下降到21.621 V,继电器常开触点电压由0 V变为-304.19 V,继电器动作时刻为0.001 s,处理速度较快。

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  5 定论

  传统LED路灯操控体系一般均以孤网独立式操控为主,当遇到接连阴雨无风气候,会导致路灯不能正常作业,但劲风晴天又会导致动力糟蹋,动力运用率低,根据这种状况,本文提出了一种友爱型风/光/储LED路灯电源协同办理操控战略,在电能足够时,将剩下电能馈送给电网,在电池电能缺乏时,从市电获取电能,确保路灯在任何气候下都能够正常作业,经过对操控体系电路规划与仿真,充沛证明了该办法的正确性与可操作性,在城市与社会主义新农村建造中具有非常大的运用价值。

  参考文献

  [1] 刘龙飞等.低功耗风景互补电源操控体系[J].电子技能运用,2014,40(2):59-61.

  [2] 乔蕾等.独立微网体系优化规划规划办法总述[J].电力体系及其主动化学报,2013,25(2):115-121.

  [3] 王超等.太阳能路灯储能体系出力规则研讨及优化战略[J].电源技能,2016,40(5):1065-1086.

  [4] 张永明等.根据直流配电与直流微网的电气节能研讨[J].电工技能学报,2015,,30(1):389-395.

  [5] 兰国军等.根据混合储能的风/光/储微电网操控战略[J].电源技能,2015,39(11):2503-2506.

  作者简介:

  周习祥(1979—),男,湖南安化人,副教授,硕士,研讨方向:DC/ DC电源、逆变电源、分布式发电体系。

  本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第11期第37页,欢迎您写论文时引证,并注明出处。

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