1.1簡介：

    新能源不間斷供電系統(tǒng)是集太陽能、風(fēng)能、市電、電池儲能、柴油發(fā)電為一體的多元化不間斷供電系統(tǒng)。

2.1應(yīng)用領(lǐng)域：光電屋頂節(jié)能建筑、錯峰用電較頻繁的地區(qū)、酒店、寫字樓、別墅、居民小區(qū)、醫(yī)院、通訊基站等。

3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1.1新能源不間斷供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖

圖3.1

3.1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖主要部件及功能

太陽能：由太陽能電池串聯(lián)組成，將太陽能轉(zhuǎn)換為直流電能

風(fēng)能：由風(fēng)機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能

并網(wǎng)逆變器：由DC-DC穩(wěn)壓和DC-AC轉(zhuǎn)換成230Vac與多臺并網(wǎng)逆變器并機(jī)使用

雙向逆變器：由電池充電器和逆變器組成

柴油發(fā)電機(jī)：由永磁發(fā)電機(jī)與雙向逆變器組成

4.1系統(tǒng)工作原理

    太陽能、風(fēng)能、市電、蓄電池、分別通過各自的并網(wǎng)逆變器產(chǎn)生同頻同相的交流電并聯(lián)組成一個小型不間斷電網(wǎng)，在市電停電的情況下不影響小型電網(wǎng)的供電。它們輸出的電壓分別為：太陽能并網(wǎng)逆變器230VAC、風(fēng)能并網(wǎng)逆變器230VAC、市電輸入的并網(wǎng)逆變器225VAC、蓄電池雙向逆變器220VAC、柴油發(fā)電機(jī)225VAC。當(dāng)風(fēng)能、太陽能電量充足時小型不間斷電網(wǎng)首選太陽能、風(fēng)能并網(wǎng)逆變器供電，并將過剩的能量通過雙向逆變器向蓄電池儲能。當(dāng)太陽能、風(fēng)能電量不足時，小型不間斷電網(wǎng)選擇市電輸入的并網(wǎng)逆變器供電。當(dāng)市電停電時，小型不間斷電網(wǎng)只能選擇雙向逆變器供電，因為柴油發(fā)電機(jī)平時不工作。此時蓄電池將以往存儲的太陽能、風(fēng)能的能量通過雙向逆變器向小型不間斷電網(wǎng)釋放，保證供電系統(tǒng)不間斷。當(dāng)蓄電池電量不足時，雙向逆變器產(chǎn)生報警觸發(fā)信號給柴油發(fā)電機(jī)啟動，以保證供電系統(tǒng)長期可靠的運行。

5.1新能源不間斷供電系統(tǒng)的優(yōu)勢

新能源不間斷供電系統(tǒng)有以下優(yōu)勢：

1、為用戶提供穩(wěn)定不間斷的供電系統(tǒng)，解決停電帶來的不便。

2、通過太陽能、風(fēng)能發(fā)電，節(jié)能環(huán)保為用戶創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。

3、覆蓋范圍廣，可面向?qū)懽謽恰e墅、居民小區(qū)、醫(yī)院、通訊基站等。

5、模塊化架構(gòu)，根據(jù)不同的用電需求配制，安裝維護(hù)方便。

6、冗余輸出實現(xiàn)多臺并聯(lián)，穩(wěn)定可靠，單一模塊出故障時不影響系統(tǒng)工作。

7、節(jié)能環(huán)保符合國家提昌的節(jié)能減排要求

6.1新能源不間斷供電系統(tǒng)設(shè)計

6.2.1并網(wǎng)逆變器設(shè)計

并網(wǎng)逆變器不但是新能源不間斷供電系統(tǒng)的主要部件，而且還是系統(tǒng)的核心，是系統(tǒng)設(shè)計的重中之重。

6.2.2并網(wǎng)逆變器的參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)

1、          最大輸入電壓450VDC

2、          最小輸入電壓150VDC

3、          輸入啟動電壓 170VDC

4、          MPPT電壓范圍150～380VDC

5、          最大輸入電流20A

6、  額定輸出功率：3KW

7、  最大輸出電流：13A

8、  額定電網(wǎng)電壓：230Vac

9、  額定電網(wǎng)頻率：50HZ

10、 允許電網(wǎng)電壓：180～260Vac

11、 允許電網(wǎng)頻率：47～51.5HZ

12、 電流THD:      <5%

13、 直流電流份量：<0.5%

14、 功率因數(shù)：    ≧0.99

15、 平均效率：    94%

16、孤島保護(hù)：     有

.17、通訊方式：     RS485

6.2.4并網(wǎng)逆變器電路拓?fù)?/span>

6.2.5并網(wǎng)逆變器工作原理

   太陽能、風(fēng)能等DC電壓通過防反接電路分兩路給主電路供電，一路供給Boost升壓電路，另一路給輔助電源，輔助電源產(chǎn)生各種電壓給各個電路工作。當(dāng)DSP上電后首先檢測輸入電壓是否達(dá)到啟動電壓的要求，其次檢測電網(wǎng)電壓、頻率是否正常，在這兩個條件滿足的情況下啟動Boost升壓電路使母線電壓穩(wěn)定在385VDC。在升壓母線電壓穩(wěn)定的情況下DSP驅(qū)動DC-AC逆變橋跟蹤電網(wǎng)頻率與相位，在20秒內(nèi)電網(wǎng)無異常側(cè)閉合繼電器與電網(wǎng)并聯(lián)。與電網(wǎng)并聯(lián)后，逆變器開始向電網(wǎng)供電，輸出功率由小逐漸變大執(zhí)行MPPT最大功率的跟蹤。當(dāng)電網(wǎng)停電時，DSP通過孤島檢測得知電網(wǎng)異常后將輸出關(guān)閉并且斷開繼電器，以保障電網(wǎng)檢修人員的安全。（MPPT算法參見6.2. 6；頻率與相位控制參見6.2.7；孤島檢測參見6.2.8）

6.2.6 MPPT控制算法

   MPPT最大功率點跟蹤的目的是將光伏電池組件產(chǎn)生的最大直流電能及時的盡可能多的提供給負(fù)載，提高太陽能電池的利用率。MPPT最大功率點跟蹤我們采用的是電導(dǎo)增量法公式如下：

由光伏陣列的P-U曲線可知:

1、 當(dāng)工作點在最大功率點處有dI/dU=-I/U;

2、 當(dāng)工作點在最大功率點左邊有dI/dU<-I/U;

3、 當(dāng)工作點在最大功率點右邊有dI/dU>-I/U;

式中dI為輸入電流的變化量，dU為輸入電壓的變化量，I為輸入電流，U為輸入電壓.

MPPT的實現(xiàn)：當(dāng)dI/dU=-I/U時說明MPPT處于最佳功率點，DSP控制現(xiàn)有的輸出電流不變。當(dāng)dI/dU<-I/U時，DSP加大現(xiàn)有的輸出電流以獲得最佳功率點。當(dāng)dI/dU>-I/U時，DSP減小現(xiàn)有的輸出電流以獲得最佳功率點。

6.2.7頻率與相位

  電網(wǎng)電壓通過差分放大器和比較器后產(chǎn)生與電網(wǎng)同頻同相的方波信號送往DSP檢測。DSP通過調(diào)節(jié)SPWM載波頻率以跟蹤電網(wǎng)頻率，通過零點復(fù)位正弦表來保持逆變輸出與電網(wǎng)相位一致。

6.2.8孤島檢測

  根據(jù)國外目前的研究情況，被動檢測法是孤島檢測最簡易而有效的方法。被動檢測法是指當(dāng)電網(wǎng)停電時逆變器無法帶起電網(wǎng)這個龐大的負(fù)載，輸出電壓與頻率會隨著電網(wǎng)的中斷而發(fā)生變化，通過檢測輸出電壓與頻率判斷孤島是否發(fā)生。

6.3.1雙向逆變器的設(shè)計

  雙向逆變器是新能源不間斷供電系統(tǒng)的主要部件之一，是由電池充電器與并網(wǎng)逆變器組成。并網(wǎng)逆變器的設(shè)計參見6.2.1

6.3.2雙向逆變器的參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)

電池充電器：

1、          輸入電壓180～260Vac

2、          輸入功率因數(shù) >0.98

3、          恒流充電20A

4、          恒壓充電58V

5、          浮充電壓55V

6、          通訊方式: RS485

并網(wǎng)逆變器參數(shù)：

1、             輸入電壓42～62VDC

2、             最大輸入電流65A

3、             低壓報警觸發(fā)電壓 44VDC

4、             低壓保護(hù) 44VDC

5、             過壓保護(hù)62VDC

6、             額定輸出功率：3KW

7、             最大輸出電流：13A

8、             額定電網(wǎng)電壓：230Vac

9、             額定電網(wǎng)頻率：50HZ

10、        允許電網(wǎng)電壓：180～260Vac

11、        允許電網(wǎng)頻率：47～51.5HZ

12、        電流THD:      <5%

13、        直流電流份量：<0.5%

14、        功率因數(shù)：    ≧0.99

15、        平均效率：    94%

16、        通訊方式：     RS485

6.3.3雙向逆變器技術(shù)指標(biāo)評估

  雙向逆變器中的并網(wǎng)逆變器無需孤島保護(hù)與MPPT相對來說比較容易實現(xiàn)。

6.3.4雙向逆變器電路拓?fù)?/span>

6.3.5雙向逆變器工作原理

  電池充電器工作原理：當(dāng)充電壓收到雙向逆變器的開機(jī)指令時啟動，230Vac經(jīng)過輸入整流與PFC功率因數(shù)校正后形成穩(wěn)定的385VDC，經(jīng)變壓器隔離輸出再經(jīng)過整流濾波得到58VDC電壓給48V 200AH蓄電池充電。充電過程分為三個階段。第一階段恒流20A充電,當(dāng)電池電壓慢慢升到57.6VDC時進(jìn)入58V恒壓充電階段。在恒壓充電階段檢測充電電流小于2A時進(jìn)入第三階段浮充，是將58V充電電壓降到55V給電池充電1小時后關(guān)閉充電。

 并網(wǎng)逆變器工作原理：當(dāng)收到失壓脫扣器停電觸發(fā)信號后啟動，輸出230Vac向用戶提供不間斷電源，當(dāng)蓄電池電壓低于44V時發(fā)出欠壓報警信號觸發(fā)柴油發(fā)電機(jī)工作來補(bǔ)充能量并且保證用戶供電的穩(wěn)定。

6.4.1柴油發(fā)電機(jī)設(shè)計

  柴油發(fā)電機(jī)由永磁電機(jī)、柴油機(jī)、電啟動裝置、48V蓄電池、雙向逆變器組成。

6.4.2柴油發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)方框圖

6.4.3柴油發(fā)電機(jī)工作原理簡述

  當(dāng)電啟動裝置收到雙向逆變器發(fā)出的欠壓報警信號時，啟動柴油機(jī)帶動永磁發(fā)電機(jī)發(fā)電經(jīng)雙向逆變器后得到穩(wěn)定的230Vac輸出，與此同時給蓄電池充電。雙向逆變器工作原理參見6.3.5