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        人光互補(bǔ)便攜式電源的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

        2018-11-30 12:27:30袁銀春翁文波
        山東工業(yè)技術(shù) 2018年3期
        關(guān)鍵詞:驢友蓄電池控制策略

        袁銀春,翁文波

        (浙江水利水電學(xué)院,杭州 310018)

        1 研究背景

        如今世界能源短缺問題越來越突出,能源危機(jī)已經(jīng)引發(fā)了一系列全球問題。有效利用太陽能、風(fēng)能、水能等清潔、可再生能源能緩解能源危機(jī),保持可持續(xù)發(fā)展。

        環(huán)境污染日趨加劇,空氣污染(如霧霾)、水污染、土壤污染,嚴(yán)重威脅人類身體健康;同時(shí),人類環(huán)境意識(shí)不斷提高,環(huán)境保護(hù)已成為當(dāng)今社會(huì)的重大課題:第五屆世界環(huán)保大會(huì)在北京舉辦;十八大報(bào)告首次寫入“美麗中國(guó)”環(huán)保理念;硫酸工業(yè)污染物、硝酸工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高……同時(shí),在環(huán)境污染日趨加劇和“青山綠水就是金山銀山”的雙重背景下,太陽能互補(bǔ)技術(shù)項(xiàng)目越來越受到政府的扶持、市場(chǎng)的認(rèn)可,如農(nóng)光互補(bǔ)、風(fēng)光互補(bǔ)、漁光互補(bǔ)等。

        隨著人們生活水平的逐漸提高,野外活動(dòng)日益廣泛,露營(yíng)、驢友游玩、野外生存等團(tuán)隊(duì)越來越多地進(jìn)入人們的視線。如據(jù)新華網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),2015年驢友遇險(xiǎn)被困,四川省就有15起(其中5人死亡);2016年1月初,有驢友闖封閉景區(qū)被困,其原因之一為手機(jī)沒電,無法聯(lián)系。

        2 整體設(shè)計(jì)方案

        人光互補(bǔ)便攜式電源系統(tǒng)主要包括:人力發(fā)電裝置(搖柄)、光伏太陽能電板、穩(wěn)壓控制電路,保護(hù)電路,升壓電路和大容量鋰電池。該電源通過推挽升壓和單項(xiàng)全橋逆變隔離性兩極變換拓?fù)洌约癉C/DC轉(zhuǎn)換器,實(shí)現(xiàn)交流220V/110V、直流5V、9V、12V、24V輸出,滿足不同電器設(shè)備的供電需求。

        2.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        傳統(tǒng)的光伏發(fā)電裝置,一般采用單一的光伏陣列電池給蓄電池供電,但這種方式不能兼顧良好的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能,不能很好抑制非線性負(fù)載和死區(qū)效應(yīng)帶來的干擾,且負(fù)載突變時(shí),輸出畸變量較大。本項(xiàng)目研發(fā)的光伏發(fā)電裝置將光伏陣列與蓄電池直接連接,同時(shí)加入最大功率跟蹤環(huán)節(jié),既可以跟蹤光伏陣列的最大輸出功率,又可以輸出穩(wěn)定的電壓對(duì)蓄電池充電,兼顧光伏發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。同時(shí),本項(xiàng)目在充放電控制環(huán)節(jié)采用了“死區(qū)定時(shí)器控制策略”,能有效抑制非線性負(fù)載和死區(qū)效應(yīng)帶來的干擾。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽電池陣列、蓄電池、光伏充放電控制器、逆變器和用戶負(fù)載等部分組成。

        2.2 手搖發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        手搖發(fā)電機(jī)作為一種簡(jiǎn)單快捷的人工發(fā)電方式,本產(chǎn)品采用直流手搖發(fā)電機(jī),手搖轉(zhuǎn)速為 (35~135) r/min,齒輪比為 1:40,額定功率50W,以適應(yīng)人體可承受耐力程度,以及滿足設(shè)備小型化、便攜性的要求。手搖發(fā)電機(jī)發(fā)出的電經(jīng)過穩(wěn)壓模塊、Buck-Boost模塊、穩(wěn)壓模塊,穩(wěn)定輸出5V、9V、12V、24V電壓,供給直流負(fù)載和蓄電池,蓄電池再經(jīng)過推挽升壓、單項(xiàng)全橋逆變,輸出交流220V、110V,供給交流負(fù)載。

        2.3 人光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        一般情況下,人光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是由手搖系統(tǒng)和光電系統(tǒng)兩部分組合而成的,其中的光電系統(tǒng)利用光電池板將太陽能轉(zhuǎn)換成電能,手搖系統(tǒng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能,它們通過控制器對(duì)蓄電池充電,并通過逆變器對(duì)負(fù)載供電。目前研制的便攜式太陽能野外充電裝置優(yōu)點(diǎn)是不間斷的進(jìn)行發(fā)電,能在白天且光照佳的情況下進(jìn)行良好充電,缺點(diǎn)是充電不穩(wěn)定(如夜間、陰、雨天氣,充電效率很低),供電可靠性不高;手搖發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是充電穩(wěn)定,供電可靠性高,缺點(diǎn)是人為因素影響較大,不能不間斷的進(jìn)行。手搖和光電系統(tǒng)都存在一個(gè)共同的缺陷,就是資源的不確定性導(dǎo)致發(fā)電與用電負(fù)荷的不平衡。人光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在一定程度上彌補(bǔ)了手搖和光電獨(dú)立系統(tǒng)在資源上的缺陷,同時(shí),手搖和光電系統(tǒng)在蓄電池組和逆變環(huán)節(jié)上是可以共用的。人光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)由光伏陣列、手搖發(fā)電裝置、控制器、蓄電池組、DC/DC模塊、DC/AC模塊等幾部分組成。

        3 研究意義及實(shí)施性

        人光互補(bǔ)便攜式電源,通過人光互補(bǔ)充電,解決太陽能野外充電設(shè)備充電不穩(wěn)定問題,提高了野外便攜式電源的穩(wěn)定性。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天,驢友野外探險(xiǎn)、野外生存日益廣泛,遇險(xiǎn)問題屢見不鮮,人光互補(bǔ)便攜式電源可提供野外通信、照明電源和醫(yī)療設(shè)備電源,是野外活動(dòng)的必備裝備。在軍隊(duì)敵后偵察、野外訓(xùn)練等軍事任務(wù)進(jìn)行中,人光互補(bǔ)便攜式電源可隨時(shí)提供通信設(shè)備電源,保證重要信息、情報(bào)的及時(shí)傳輸。自然災(zāi)害不可避免,但是當(dāng)進(jìn)行抗雪災(zāi)、抗地震、抗洪水等野外救援活動(dòng)時(shí),人光互補(bǔ)便攜式電源可在供電中斷的情況下,及時(shí)為照明、重要裝備進(jìn)行供電,保證救援活動(dòng)的正常進(jìn)行。

        [1]林成棟.便攜式光伏逆變器設(shè)計(jì)[D].上海電機(jī)學(xué)院,2016.

        [2]孫傳杰.便攜式光伏電源控制器及其關(guān)鍵技術(shù)[D].河北工業(yè)大學(xué),2015.

        [3]董康.風(fēng)/光互補(bǔ)高頻正弦波逆變電源的研制[D].合肥工業(yè)大學(xué),2009

        [4]周玉柱.戶用風(fēng)/光互補(bǔ)正弦波逆變電源的研制[D].合肥工業(yè)大學(xué),2007.

        [5]陳福光,李銳,劉溪.基于Buck-boost電路的手搖式鋰離子電池充電控制策略研究[J].電源世界,2016(05):32-36

        [6]張沂. 手搖式充電器[J]. 現(xiàn)代營(yíng)銷(創(chuàng)富信息版),2004(06):14.

        [7]張輝,張凱濤,肖曦,支娜,譚樹成.模擬直流發(fā)電機(jī)特性的儲(chǔ)能變換器控制策略[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2017,41(20):126-132.

        [8]程啟明,楊小龍,褚思遠(yuǎn),張強(qiáng),黃山.基于虛擬直流發(fā)電機(jī)的光伏系統(tǒng)控制策略[J].高電壓技術(shù),2017,43(07):2097-2104.

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