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风光互补发电系统控制器的设计与控制

作者：刘高强

来源：《科技与创新》2020年第18期

文章编号：2095－6835（2020）18－0144－02

刘高强

（贵州电子信息职业技术学院，贵州黔东南苗族侗族自治州556000）

摘要：中国风能、太阳能资源丰富，具有很大的利用空间，风光互补发电是当今研究的

热门课题。采用工业级的STC系列单片机IAP15W4K61S4作为主控制器设计了一种风光互补发电

系统控制器，主要设计了控制器的电压转换电路、电压检测电路、蓄电池充放电电路以及开关

控制电路，并分析了电压检测、变换和控制原理以及风光互补发电系统的控制策略，实验测试

证明该控制器能正常稳定运行。

关键词：风光互补；发电系统；控制器；控制策略

中图分类号：TM614文献标志码：ADOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2020.18.059

能源是人类生存和发展赖以生存最重要的物质，不可再生能源煤、天然气、石油等不仅带

来严重环境问题，且开采时间有限[1]。太阳能和风能是目前较为常用的可再生能源，它们在地

域和时间上存在互补的关系，且中国幅员辽阔，风能和太阳能资源丰富，具有很大的利用空间，

风光互补发电成为人们研究的重点[2-4]。如何控制和收集电能是新能源发电系统的关键问题，

风光互补控制器作为风光互补发电系统的大脑，如何完成电压的检测、电压的变换以及电压的

控制具有研究价值。

1风光互补发电系统

风光互补发电系统主要由太阳能光伏组件、风力发电机、风光互补控制器、蓄电池以及逆

变器组成，其结构如图1所示。风光互补控制器将太阳能、风能产生的电能进行整流、变换输

出稳定的直流电，直流电直接供直流负载使用，蓄电池进行电能的存储，逆变器将直流电转换

为交流电供交流负载使用。

2风光互补控制器硬件设计

本文采用工业级的单片机IAP15W4K61S4作为主控制单元设计风光互补控制器，其技术指标

为：风力发电机额定输出功率30W，光伏电池的额定输出功率100W，光伏电池浮充电压13.5

V，蓄电池额定电压12V，蓄电池过放电压保护10.8V，蓄电池过放恢复电压12V。风光互补

控制器的框架结构如图2所示。

2.1MC34063A升降压电路

MC34063A芯片集成了DC/DC转换器，能用于升压和降压场合，该芯片的工作输入电压范围

为3~40V，参考电压的精度能达到2%，且输出电压可调。本文设计的发电系统电压小于40V，

因此，采用MC34063A芯片将发电系统产生的电能变换为稳定的15V电压输出，风能发电电压

变换电路和太阳能发电电压变换电路分别如图3和图4所示，电压从同一端口输出。

2.2风光互补发电电压检测电路

LM393由2个高精度、独立的电压比较器组成，最大失调电压为2mV，单电源电压范围为

2.0～36V，双电源电压范围为±1.0～±18V，电源电流功耗低，比较输出电平能兼容MOS、

CMOS、TTL、DTL和ECL逻辑系统，该电压比较器的比较输出可以直接用单片机引脚进行检测，

因此，本文采用LM393设计电压的检测电路。风光互补发电电压检测电路和开关控制电路分别

如图5和图6所示，CHK-15VO、CHK-15V端连接单片机引脚，当系统发电时，CHK-15VO脚为高

电平，打开控制开关KZ15VO后输出15V电压，通过CHK-15V端口可以检测电压是否输出15V。

APM4953为可靠性极强的PWM开关或负载开关。

2.3MP1584EN稳压电路

MC34063A升降压电路完成了将发电电压变换为稳定的15V电压，为了给蓄电池充电将电

能存储起来，需要将电压变换为蓄电池的额定电压12V。MP1584EN是一个高频率降压开关稳压

器，输入电压范围宽，为4.5～28V，且抗干扰能力强，因此，本文采用MP1584EN稳压芯片将

15V电压变换输出12V电压，MP1584EN稳压电路如图7所示。

2.4蓄电池充放电电路

蓄电池充电开关控制电路类似于图6的设计方法，并在电路的电压输出端加上充电指示灯

电路，当发电电量充足时，打开蓄电池对应的充电开关给蓄电池充电，且充电指示灯亮。蓄电

池放电电路由蓄电池电压检测电路和蓄电池放电开关电路两部分组成，电压检测类似