Здраствуйте, на преддипломной практике передо мной встала такая задача, разработать входной блок питающий ибп от солнечной батареи, ветрогенератора и промышленной сети переменного тока (100-220 В, 45-60 Гц, 1 кВт) Я примерно себе представляю как принципиальную схему разработать, но очень много причин появляется что бы забраковать мои наработки. Если кто нить разбирается подскажите особенности разработки подобных устройств, Спасибо за внимание.

Вы бы указали диапазон напряжений на выходах ветрогенератора и солнечной батареи...

Напряжение ветрогенератора Uвг = 48 В ± 10%;
Напряжение солнечной батареи Uсб = 40÷50 В;

Не "блок", а "блоки". От солнечной батареи энергия поступает очень неравномерно, равно как и от ветряка, и питать от них нагрузку напрямую в общем случае невозможно. Один из вариантов - предусмотреть в системе буферный накопитель, например, аккумулятор достаточной емкости, или маховик, который будет пополняться энергией и выдавать ее нагрузке , сглаживая при этом пульсации и колебания потока энергии от источника. Я бы на вашем месте начал с поиска по ключевым словам вроде "солнечная энергетика" и "ветроэнергетика". Задача сложная и объемная, и нужно хорошо представлять себе систему в целом, чтобы спроектировать "входное устройство".
P.S. Можно модель построить и самому все пощупать - "запрячь" для какого-то полезного дела простой ветрячок или солнечную батарею ...


Это из сказки данные ? Любой здравомыслящий человек вам скажет, что так не бывает. Солнце не всегда светит ярко, а ветер вовсе не обязан дуть постоянно сильно и ровно. Это вам так, к сведению ...

Я думмаю что структуру что на картинке надо подумать.
Три источника значит не стабилизаторы напряжения, а три зарядных устройства. Источники могут питать/не_питать в разных комбинациях - когда есть/нет солнце, ветер, сеть. Задача управления - не обидеть аккумуляторную батарею зашкаливающим зарядным током и напряжением. Значит диспетчерить кому сколько вливать в батарею, учитывая приход и выдачу выходному инвертору.

Когда я начал с поиска по ключевым словам "солнечная энергетика" и "ветроэнергетика" мне руководитель сказал что я это не проектирую, в общем зря потратил время на подбор, всё что надо было это определиться с параметрами которые в общем я и взял, у другого учителя по этому направлению ( не думал что там может быть такая неточность, так как вкр была сдана с такими параметрами ) Спасибо что подметили (оптимальное рабочее напряжение, макс. Вольт - 36)
А вот с устройством я уже не знаю что и думать, идея состоит в том что бы оно просуммировать напряжения от трёх источников, выдать стабилизированное выходное напряжение и по возможности уменьшать потребление мощности сети. В него входят не все блоки функциональной схемы (Вг, Сб, В, Сн, Бс + Су добавил руководитель для выпрямителя, но тут если выбрать управляемый) Остальное проект другого студента.

Оно должно реально работать, или это для рисования на бумаге ? Бумага все выдержит. И даже проект, сделанный под руководством человека, который, похоже, видел Солнце только на картинках ...
P.S. Поищите в сети готовые системы и скомпилируйте ваш проект из их описаний. При таком подходе как со стороны студента, так и со стороны руководителя это решение будет, похоже, оптимальным ...

В мое время это была бы реальная разработка в теории и многое в практике.
А щас - бамага все стерпит.

очень хорошо, что напряжение с ветряка при максимально допустимом ветре и напряжение с батареи при максимальной освещённости примерно равны между собой, и так же примерно совпадают с 48 вольтами - типовым напряжением аккумуляторной батареи. Это значит, что ожидается минимум электрических преобразований.
С другой стороны, для выбора конкретного напряжения АКБ нужно руководствоваться не предельными значениями, а среднегодовыми показателями освещённости и ветра в предполагаемом районе, а также параметрами ветрогенератора и СБ - какие характеристики они обеспечат при таком ветре и солнце. Вполне возможно, что придётся перейти на 36 или 24 вольт напряжения АКБ.
На мощность 1кВт бортпитание 24 вольта годится - вполне разумные значения токов, которые можно трансформировать без особых проблем. На 12 вольт переходить уже нельзя - слишком большие токи, слишком сложные преобразователи.

Спасибо за замечания и коментарии. Позавчера на защите ПДП, защищал свою тему диплома, вобщем прошло не плохо, функциональную схему не забраковали, Но кое что изменилось )) За сутки до конференции прибавилось зарядное устройство и двойное преобразование )) С силовой конечно будут проблемы, если есть какая нить литература близкая к этой теме, черканите пожалуйста )))

распишите обозначения, непонятно же ничерта

Вэг-Ветрогенератор_Номинальное напряжение ветрогенератора Uвг = 24 В; Pвгmax = 500 Вт;
Сб-Солнечная батарея_Максимальное напряжение солнечной батареиUсб = 36 В; Pсбmax = 180 Вт;
Тр-Трансворматор
В- Выпрямитель
Ф- Фильтр
И- Инвертор
Аб- Аккумуляторная батарея
Зру- зарядное устройство
Вот как то так согласовали структурную схему, ещё конечно придется согласовывать, но хотелось разобраться поглубже что к чему ))

а теперь скажите, зачем выходное напряжение, перед нагрузкой, после второго трансформатора, выпрямлять и сглаживать фильтром, если оно должно быть переменным?

и потом. мне кажется, двойное преобразование - это не из высокого напряжения в низкое, а затем наоборот. Двойное - это из переменного 220 сделать постоянное и сгладить в +300, а затем снова сделать переменное.

А у вас получается классический ИБП с резервным питанием, а не ветрогенераторная установка. Потому что у ветрогенераторов вырабатываемое напряжение приоритетно перед сетевым, а недостаток берётся из сети. А у вас наоборот, сначала идёт сеть, а при недостатке подключается ветрогенератор и СБ.

И суммирование энергии с источников, мне кажется, надо выполнять на высокой стороне, где +300, а затем нарезать синус 220 - и в нагрузку.

На выходе должны быть Выходное напряжение Uвых = 24 В;
Максимальная выходная мощность Pвых = 1 кВт;
На входе однофазная сеть переменного тока Uвх = 100-240 В;

Как я понимаю у меня добавилось преобразование в постоянку, но это для выполнения требования в Т.з. А на счет приоритетов и напряжения с ветряка и сб тут явно надо додумывать.... Обратные связи точнее систему управления правильно надо сделать, как додумаю, так сразу досогласовывать схему побегу.

то есть, у вас на батареях напряжение 36 вольт, а потребителю выдать надо 24?

Да надо 24 В на выходе, А батарейки Sonnenschein (A512-85.0A), максимум 3 батарейки поставить можно.

У ветряка зависимость мощности от скорости ветра кубическая. Вы можете посмотреть на сайте гидрометеоцентра какие скорости ветра бывают в вашем регионе - ПМСМ это что-нить в районе 5 м/с. Стало быть, если ветряк достигает установленной мощности при скорости ветра например 10 м/с, то при 5 м/с он будет давать 12,5% установленной мощности.
И еще в России низкая инсоляция - реально можно что-то получить от СБ в Краснодарском и Ставропольском краях и на Алтае. Но не круглогодично.
Так что приоритеты такие - нагрузка будет питаться от сети, иногда, в солнечные дни, аккумуляторы будут подзаряжаться от СБ, а ветряк большую часть времени будет покручивать лопастями, имитируя бурную деятельность. Если же выбрать мощность ветряка с учетом низкой скорости ветра, то большую часть стоимости этой затеи сожрет именно ветряк и при этом будет работать с наименьшим КПД.
P.S. А ваши преподаватели не говорили поискать в интернете магическое словосочетание maximum power point tracking?

Не говорили, С самого начала практики на предприятии я полностью предоставлен сам себе, А с универа, только забраковать (конструктивная и не конструктивная критика) Сейчас я по факту дипломмирование прохожу сам, в интернете. А на счет обстановки с ветряками и Сб я хотел ключить это все в отчет, но мне сказали что я не это разрабатываю, Левая инфа не нужна, А разобраться без неё ни как... На счет ветряка я давненько рассматривал их и выяснилось, если в томской области срежнегодовая скорость ветра 4.8 м/с, то идеальным выбором был вертикальный ветряк, савониус кажется. Он там на 1.5 м/с уже работает и от направления ветра не зависит.
А что касается Сб, то были испытания, которые на нашел случайно, в которых они при полярной зиме работали нормально + там свои преимущества в не обслуживании. Вобщем с выбором это дело третье. А вот на счет системы слежения максимальной мощности по посмотрю, если не скрыто схемотехническое решение, то поможет )) А если нет , то готовую систему я включить в диплом не смогу.

Неа, при 1,5 м/с он начнет крутиться, но без нагрузки. Как только нагрузите его, тут же остановится. И ваще, вертикальные ветряки менее эффективны.
Правильно, если где-то в степи или в тундре нужно питать ретранслятор, то другого выхода нет. И неважно, сколько это стоит. Но у вас же там сеть имеется, стало быть какова цель проекта? Чтобы электросчетчик немного меньше мотал? Нет, в техническом плане это безуслвно полезно, но что касается экономики, жизнь уже вносит свои коррективы:
Крупнейший производитель солнечных батарей обанкротился в Китае
А пробегитесь по сайтам американских университетов - там можно студенческие проекты найти вполне нормальные, и со схемотехникой. Хотя схемотехника тут, ПМСМ, дело второе, а первое - экономика, т.е. сколько в эту технику нужно вложить рубликов и сколько потом отобьется показаниями электросчетчика.

На счет эффективности вертикальных я бы поспорил, нарыл я как то всеобщее заблуждение на счет кпд ( как с белком в яйце xD ) А за советы спасибо, надо бы основную цель пересмотреть )

По MPPT(maximum power point tracking) советую почитать Texas Instruments, они вместе с National получили подразделение которое разрабатывает готовые микросхемы c MPPT типа SM72442.

при заявленом входном напряжении

очень неудачная схема (Сообщение #10).
Лимитирующий фактор здесь - минимально допустимое напряжение АБ, которое завязывается на мин напряжение сети, чтобы не убить АБ. Отношение номинального 220 к мин 100 напр, слишком велико, по сравнению с изменением напряжения на разряженой и заряженой АБ, т.е. АБ, а соотв альтернативные источники питания, при номинальном напряжении сети работать не будут.
Однако, само по себе, не факт, что это не верно, т.е. стоит озвучить тему проекта, как она записана.


Вам преподы правильно говорят, что нет надобности учитывать все возможные режимы работы ветряка и СБ. Следует считать только мин и мак, где мин = нет.
Вот по сети вопрос не совсем ясный, может ли сеть отсутствовать вовсе.
В общем случае, может не быть ни одного источника, кроме АБ, да и та на какое-то время.
В любых вариантах следует предусмотреть защиту АБ от глубокого разряда.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Всё неправильно.

Вам надо было сразу озадачить заказчика, что в ТЗ отсутствуют требования по гальванической развязке. В общем случае Вы не имеете права соединять выводы солнечной батареи и ветрогенератора с электросетью, а на последнем рисунке именно так, так что вся земля, на которой находятся данные приборы, потенциально может быстро засеяться трупами людей и животных.

Если в ТЗ не указано иного, то берётся худший случай, т.е. каждый источник энергии данной задачи требуется гальванически развязать от нагрузки в соответствии со стандартом.

Эти три развязки, и вход выходного преобразователя, сводите в одну точку, а именно, АКБ, потому что выходной преобразователь всё равно должен быть рассчитан на полную мощность при минимальном напряжении АКБ. Соответственно, зарядное устройство здесь управляет выходным напряжением первичных преобразователей.

Также, в ТЗ не указан ток заряда — это ещё одно препятствие решению задачи.

последняя схема ещё более непонятна, чем предыдущие.
Вы берёте сеть 100-240В, выпрямляете (340 вольт), корректируете ККМом и получаете вольт 400.
Далее каким-то образом складываете 400 вольт с батарейным после загадочного блока "К"

Придите к какому-то единому низкому напряжению - батарейное, к примеру
и к этому напряжению подводите напряжения всех источников.

можно более развернуто написать, что не указано быстро или медленно следует заряжать АБ, т.к. если требуется быстро, то возникает существенная дополнительная нагрузка на сетевой источник, и сама схема заряда становится нетривиальной.

Вобщем, пока присутствует "темный лес" по многим существенным вопросам и первый - тема проекта.

Темный лес конечно то еще, я и сам запутался, но без вашей критики мне не выбраться. А тема проекта Источник бесперебойного питания, просто к нему ветро солнечную систему надо разработать, которая бы питала АБ. (Входной блок только разработать требуется от меня)
А на счет загадочного блока "К" это DC-DC конвертер повышающий, в теории должен обеспечивать повышение и стабилизацию напряжения АБ до уровня, для надежной работы инвертора в автономном режиме.

т.е. схема бесперебойника уже существует, правильно понял?
и вам требуется доработать узел заряда АБ от вторичных источников.

Именно так, узел сопряжения ВИЭ основной упор, бесперебойник(с двойным преобразованием) уже дополнительно если первого будет мало.

Если нужно 24 В на выходе, так и сделайте прям от батареи DC-DC и объедините с сетевым источником через load sharing. Тогда можно будет нагрузку частично питать от солнца и ветра.
P.S. А с мощностью нагрузки чо-то непонятно - не сходятся вольты-амперы с ваттами.

первого на диплом должно хватить
т.е. что не относится к ЗУ АБ рассматривайте пока просто в виде одного квадратика.

Попробуйте вернуться к первому варианту и доработать
сн обзовите соотв ЗУ_СБ, ЗУ_ВГ, ЗУ_С, т.к. они будут иметь разные схемы
дальше подумайте сами, там почти все есть, что надо. Убрать лишнее, стрелочки переставить......

Ну да. Через 3 диода.
)

KBH, трёх диодов