可再生能源與市電的智能控制系統的製作方法
2023-06-03 04:03:01 1
專利名稱：可再生能源與市電的智能控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及電能存儲系統，進一步來說，涉及用於電池組充電或電池組向負載供電的控制系統。
背景技術：
可再生能源發電包括風力發電、光伏發電、小水電、生物質能發電、沼氣發電和地熱發電等。目前應用最廣泛、前景最好的可再生能源是太陽能光伏發電，利用太陽電池這種半導體器件把太陽輻射能直接轉換成電能，發電過程不排放和發射任何害物質，無汙染；發電系統沒有運動部件，而有模塊化特徵，具有可分散就地設置、機動靈活、運行可靠、維護簡便、建設周期短等一系列優點，是一種十分理想的可再生潔淨能源。光伏發電系統存在的主要問題如果系統要保證幾天的供電，必須在一天內把幾天的用電量充入蓄電池備用，這就要求可再生能源和蓄電池的容量足夠大，從而造成了能源和蓄電池的浪費，還會大幅度增加系統成本，影響其經濟性。近年來，人們研究了能源轉換的一些技術方案，例如中國專利申請CN98240046.2號「智慧型太陽能照明電充放電控制裝置」、CN99122223.7號「太陽能電池及負載互動操控系統」、CN200410001568.1號「智能型電源供應器及其控制方法」、CN200510083051.6號「能源系統及其控制方法」等。這些技術方案都有能源切換的功能，但可再生能源往往需要市電作為補充或調劑的能源，迄今為止還沒有將太陽能等可再生能源與市電相互切換的智能控制系統出現。
發明內容
本發明的目的是提供一種可再生能源與市電的智能控制系統，最大程度地利用可再生能源，同時又不影響供電質量，使系統性能和成本最低，以利於系統的推廣應用。通過可再生能源低壓供電與市電互補的設計，解決獨立光伏發電系統存在的主要問題，使系統達到了性能和成本的優化；更為重要的是本控制器的應用，可以使可再生能源(太陽能和風能)不能獨立供電的地區也能充分利用可再生能源，從而達到節約能源的目的。
為實現這一目的，發明人提供的可再生能源與市電的智能控制系統是由一個主控制器和多個支路控制器構成的分布式控制系統，主控制器與各支路控制器通過通訊接口連接；系統中將可再生能源接入蓄電池組，通過輔助充電電源給蓄電池充電；主控制器對各負載、可再生能源、蓄電池組電流、電壓等參數的監測和採樣，經過分析處理，主控制器輸出控制信號控制蓄電池的充放電，並通過通訊接口控制支路控制器，從而自動選擇市電或蓄電池給負載供電。
上述可再生能源包括風力發電、光伏發電、小水電、生物質能發電、沼氣發電和地熱發電，在本系統中主要應用的是光伏發電和風力發電。
上述系統中的負載可以是常規負載，也可以是應急負載。
上述主控制器由電流電壓採樣電路、模數變換電路、輔助控制電路、單片微處理器、485通訊接口和液晶顯示器構成，其中的輔助控制電路包括輔助電源接通控制、蓄電池均充控制及浮充控制、電流開關控制電路。
上述支路控制器由電流電壓採樣電路、模數變換電路、普通迴路電流開關電路、應急迴路電流開關電路、單片微處理器、AC-DC開關電源、RS485接口、狀態顯示構成，其中電流電壓採樣電路包括AC-DC輸出電壓採樣電路、AC-DC輸出電流採樣電路、蓄電池迴路電流採樣電路。
本發明提供的可再生能源與市電的智能控制系統工作原理是把光伏電池或風力發電機組等可再生能源接入蓄電池組，通過輔助充電電源給蓄電池充電，同時給用電設備(簡稱負載)供電；負載的供電由主控制器通過通訊接口輸出控制信號給各支路控制器，由各支路控制器給負載供電。主控制器對各負載、可再生能源(光伏電池或風力發電機組)、蓄電池組電流、電壓等參數的監測和採樣，經過分析處理，主控制器輸出控制信號控制光伏電池或風力發電機組、蓄電池的充放電，並通過通訊接口控制支路控制器，從而選擇市電或蓄電池給負載給供電。電路設計中採用了可控恆壓限流電路，通過電流電壓反饋控制，限制流入蓄電池的電流和蓄電池的端電壓，減少電源電壓波動對蓄電池的影響，從而有效提高蓄電池的使用壽命。
系統中的主控制器工作原理是光伏電池或風力發電機電流採樣信號、系統輸出電流採樣信號、蓄電池電壓採樣信號、光伏電池或風力發電機電壓採樣信號等模擬信號通過模數轉換器轉換成數位訊號，經單片微處理器分析處理後，輸出控制信號，由485通訊接口傳輸給各支路控制器，從而給負載供電；同時控制可再生能源或市電的接入，以及蓄電池組的均衡充放電。液晶顯示器可以監視系統的運行狀態和故障狀態，以利於工作人員隨時了解系統的運行狀態，並及時處理故障。
各支路控制器工作原理是支路控制器中的AC-DC輸出電壓採樣信號、AC-DC輸出電流採樣信號、蓄電池迴路電流採樣信號等模擬信號通過模數轉換器轉換成數位訊號，經單片微處理器分析處理後，輸出控制信號給RS 485接口、負載迴路開關，並顯示其工作狀態；單片微處理器分析處理後的數據通過RS 485接口傳輸主控制器，經主控制器分析處理後輸出信號控制支路控制器，由支路控制器控制普通迴路電流開關或應急迴路電流開關的開啟，從而控制蓄電池接入普通負載或應急負載。
本發明提供的可再生能源與市電的智能控制系統具有以下優點(1)接入市電，減少了可再生能源和蓄電池的設計容量，大大降低整個系統的成本，解決了系統造價高、難以推廣的難題，最大程度地利用光伏電池或風力發電機組等可再生能源，提高蓄電池使用壽命，使可再生能源、蓄電池、市電得到高效的利用，最大程度地節約能源；(2)採用低壓直流供電，無逆變器，提高了系統運行的可靠性；(3)採用智能控制，可以監視系統的運行狀態和故障狀態；(4)充分利用可再生能源發電的特性，使可再生能源的廣泛應用成為現實。本系統可廣泛用於低壓直流用電設備及低壓直流照明系統中。
圖1為可再生能源與市電的智能控制系統工作原理圖，圖2為主控制器原理圖，圖3為為各支路控制器原理圖。
具體實施例方式
實施例本智能控制系統應用於貴州省某辦公大廈樓道照明、電梯間照明、盥洗室及衛生間照明、消防照明及大廈應急照明。
1系統組成及原理該照明工程為太陽能和市電結合的直流低壓供電系統。系統由太陽能電池組件及支架、智能控制系統、蓄電池組和負載四部分組成，負載為LED照明燈。
智能控制系統由主控制器、通訊接口和多個支路控制器構成。主控制器對各LED照明燈、光伏電池、蓄電池組電流、電壓等參數的監測和採樣，經過分析處理，主控制器輸出控制信號控制光伏電池、蓄電池的充放電，並通過通訊接口控制支路控制器，從而選擇市電或蓄電池給LED照明燈給供電，最大程度地利用太陽能，使太陽能、蓄電池、市電得到高效的利用，最大程度地節約能源，延長蓄電池壽命，降低系統成本。當有太陽光時，太陽能電池組件接收太陽光輸出電能，通過輔助充電電源給蓄電池充電，然後由蓄電池給LED照明燈供電；無太陽光時，由市電接入，通過輔助充電電源給蓄電池充電，然後由蓄電池給LED照明燈供電。停電時，能保證一定時間的應急照明。
2工程內容該照明工程共提供該大廈共17層的樓道、電梯間、盥洗室及衛生間、消防等公共場所照明及大廈停電時的應急照明，本系統供電電壓為低壓直流24V。根據大廈照明面積及應急照明要求，太陽能電池選擇單晶矽電池，總功率為1600W；蓄電池為通信用閥控式密封鉛酸蓄電池，電池額定容量為200Ah；每層使用LED照明燈56盞，每盞燈電流為200mA，功率為4.8W，17層共用LED照明燈952盞。大廈停電時，有選擇地接通應急LED照明燈300盞，以保證約3小時的應急照明時間。本系統可為952盞功率4.8W的LED照明燈供電，並保證300盞功率4.8W照明燈約3小時的應急照明。
權利要求
1.一種可再生能源與市電的智能控制系統，其特徵在於該系統是由一個主控制器和多個支路控制器構成的分布式控制系統，主控制器與各支路控制器通過通訊接口連接；系統中將可再生能源接入蓄電池組，通過輔助充電電源給蓄電池充電；主控制器對各負載、可再生能源、蓄電池組電流、電壓等參數的監測和採樣，經過分析處理，主控制器輸出控制信號控制蓄電池的充放電，並通過通訊接口控制支路控制器，從而自動選擇市電或蓄電池給負載供電。
2.如權利要求1所述智能控制系統，其特徵在於所述可再生能源包括風力發電、光伏發電、小水電、生物質能發電、沼氣發電和地熱發電。
3.如權利要求1所述智能控制系統，其特徵在於所述系統中的負載可以是常規負載，也可以是應急負載。
4.如權利要求1所述智能控制系統，其特徵在於所述主控制器由電流電壓採樣電路、模數變換電路、輔助控制電路、單片微處理器、485通訊接口和液晶顯示器構成，其中的輔助控制電路包括輔助電源接通控制、蓄電池均充控制及浮充控制、電流開關控制電路。
5.如權利要求1所述智能控制系統，其特徵在於所述支路控制器由電流電壓採樣電路、模數變換電路、普通迴路電流開關電路、應急迴路電流開關電路、單片微處理器、AC-DC開關電源、RS485接口、狀態顯示構成，其中電流電壓採樣電路包括AC-DC輸出電壓採樣電路、AC-DC輸出電流採樣電路、蓄電池迴路電流採樣電路。
全文摘要
本發明公開了一種可再生能源與市電的智能控制系統。該系統是由一個主控制器和多個支路控制器構成的分布式控制系統，主控制器與各支路控制器通過通訊接口連接；系統中將可再生能源接入蓄電池組，通過輔助充電電源給蓄電池充電；主控制器對各負載、可再生能源、蓄電池組電流、電壓等參數的監測和採樣，經過分析處理，主控制器輸出控制信號控制蓄電池的充放電，並通過通訊接口控制支路控制器，從而自動選擇市電或蓄電池給負載供電。該系統接入市電，減少了蓄電池的設計容量，降低整個系統的成本，最大程度地利用可再生能源，提高蓄電池使用壽命，最大程度地節約能源。本系統可廣泛用於低壓直流用電設備及低壓直流照明系統中。
文檔編號H02J7/35GK1874107SQ200610051119
公開日2006年12月6日 申請日期2006年6月28日 優先權日2006年6月28日
發明者楊洪濤, 楊術加 申請人:貴州首朗新能源有限公司