智能綜合發電系統的製作方法
2023-07-15 13:17:31 1
專利名稱：智能綜合發電系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於發電技術領域，尤其是一種智能綜合發電系統。
背景技術：
我國是個能源短缺的國家，在工農業生產、城市建設及家庭中每天都要消耗著大量的電力資源。傳統的電力發電主要採用火力發電形式，不僅浪費大量的煤炭資源，而且還會造成嚴重的環境汙染，風力發電、太陽能發電是一種節能減排的新型發電形式，但是，風力發電、太陽能發電方式均受各自環境的影響，使用任何一種發電形式在使用過程中都會受到很多限制，難以保證供電系統的正常工作，因此，單一的風力發電、太陽能發電形式還不能得到普及應用。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種設計合理、能夠將風力機太陽能發電有效地結合在一起的智能綜合發電系統。本發明解決其技術問題是採取以下技術方案實現的一種智能綜合發電系統，包括單片機、太陽能供電支路、風力供電支路、蓄電池供電支路、負載端電壓電流檢測電路及負載端啟停開關，單片機分別通過I/O接口與太陽能供電支路、風力供電支路、蓄電池供電支路、負載端電壓電流檢測電路及負載端啟停開關相連接，太陽能供電支路、風力供電支路及蓄電池供電支路輸出端通過相應的繼電開關電路與負載相連接，太陽能供電支路、風力供電支路的輸出端分別連接到蓄電池支路上為蓄電池充電。而且，所述的太陽能供電支路、風力供電支路、蓄電池供電支路的輸出端還連接有逆變器進行直交流轉換。而且，所述的太陽能供電支路包括太陽能發電裝置、太陽能電壓電流檢測電路、太陽能DC/DC電路、太陽能調壓及穩壓電路、太陽能充電電路、太陽能充電電路開關、太陽能支路繼電開關，太陽能發電裝置一端通過太陽能電壓電流檢測電路與單片機相連接，太陽能發電裝置另一端依次與太陽能DC/DC電路、太陽能調壓及穩壓電路相連接，太陽能調壓及穩壓電路一輸出端通過太陽能支路繼電開關與負載相連接為負載供電，太陽能調壓及穩壓電路另一輸出端通過太陽能充電電路、太陽能充電電路開關與蓄電池相連接，太陽能調壓及穩壓電路提供穩定的直流電源與單片機相連接為其供電，太陽能充電電路、太陽能充電電路開關還分別與單片機相連接並在單片機的控制下為蓄電池充電。而且，所述的太陽能發電裝置由太陽能板及開關連接構成。而且，所述的風力供電支路包括風力發電裝置、風力發電電壓電流檢測電路、風力DC/DC電路、風力調壓及穩壓電路、風力充電電路、風力充電電路開關、風力支路繼電開關，風力發電裝置一端通過風力電壓電流檢測電路與單片機相連接，風力發電裝置另一端依次與風力DC/DC電路、風力調壓及穩壓電路相連接，風力調壓及穩壓電路一輸出端通過風力支路繼電開關與負載相連接為負載供電，風力調壓及穩壓電路另一輸出端通過風力充電電路、風力充電電路開關與蓄電池相連接，風力充電電路、風力充電電路開關還分別與單片機相連接並在單片機的控制下為蓄電池充電。 而且，所述的風力發電裝置由風力機和永磁同步發電機連接構成。
而且，所述的蓄電池供電支路包括蓄電池、蓄電池電量檢測電路、蓄電池電路開關，蓄電池通過蓄電池電量檢測電路與單片機相連接，蓄電池通過蓄電池電路開關與負載相連接，蓄電池還分別與風力充電電路開關及太陽能充電電路開關相連接並在單片機的控制下由風力供電支路及太陽能供電支路為其充電。本發明的優點和積極效果是本發明有效地將風力發電裝置、太陽能發電裝置及蓄電池與單片機結合在一起，通過實時檢測各個供電支路的電能狀態來切換不同的供電形式，完成各個供電裝置與負載的協調控制，同時，還可以將太陽能及風能發電裝置為蓄電池充電，這樣可以保證系統穩定工作，延長供電時間，具有工作穩定、重量輕、高效節能、負載效應好、動態性能好、工作可靠及輸出穩定等特點。可廣泛應用於低伏數照明燈、小功率電機等低功率直流設備和交流小功率用電設備。
圖1是本發明的系統連接示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明實施例做進一步詳述一種智能綜合發電系統，如圖1所示，本發電系統包括單片機、太陽能供電支路、風力供電支路、蓄電池供電支路、負載端電壓電流檢測電路及負載端啟停開關，單片機分別通過I/O接口與太陽能供電支路、風力供電支路、蓄電池供電支路、負載端電壓電流檢測路及負載端啟停開關相連接。本系統會根據負載情況、日照強度情況、風力大小情況、蓄電池能量情況來選擇不同的供電裝置，所有的切換過程均由系統自動完成。太陽能供電支路、風力供電支路除了給負載供電外，當蓄電池電量不足時，風力供電支路和太陽能供電支路還可以給蓄電池充電，這樣可以保證系統穩定工作，延長供電時間。本系統主要用於低伏數照明燈、小功率電機等低功率直流設備供電，本系統還可以在各供電支路的輸出端連接逆變器，通過逆變器將直流電轉變為交流電為交流小功率用電設備供電，可供家庭常用低功率電器負載使用。下面對三個供電支路分別進行說明太陽能供電支路包括太陽能發電裝置、太陽能電壓電流檢測電路、太陽能DC/DC電路、太陽能調壓及穩壓電路、太陽能充電電路、太陽能充電電路開關、太陽能支路繼電開關，太陽能發電裝置一端通過太陽能電壓電流檢測電路與單片機相連接，太陽能發電裝置另一端依次與太陽能DC/DC電路、太陽能調壓及穩壓電路相連接，太陽能調壓及穩壓電路一輸出端通過太陽能支路繼電開關與負載相連接為負載供電，太陽能調壓及穩壓電路另一輸出端通過太陽能充電電路、太陽能充電電路開關與蓄電池相連接，太陽能充電電路、太陽能充電電路開關還分別與單片機相連接並在單片機的控制下為蓄電池充電，太陽能調壓及穩壓電路提供穩定的直流電源與單片機相連接為其供電。在本實施例中，太陽能發電裝置
4由太陽能板及開關構成，太陽能板輸出直接與太陽能DC/DC電路相連，該DC/DC電路採用了 SEPIC拓撲DC/DC電路，主要由開關管、電感、SEPIC耦合電容、輸出電容、二極體連接組成。為了使太陽能得到高效利用，單片機通過太陽能電壓電流檢測電路不斷檢測太陽能板輸出的電壓和電流，根據電壓和電流的數值，計算出太陽能輸出功率，並利用最大功率點跟蹤控制算法來調節DC/DC電路輸出，從而達到最大功率點跟蹤，在太陽能輸出電壓在不低於4. 5v的情況下，採用該算法均可將DC/DC電路的電壓值調至12V至14V之間，然後經調壓及穩壓電路，得到12V的穩定電壓輸出，再經過5V穩壓晶片及3. 3v穩壓晶片變成5V及3. 3V，以給系統中所用晶片供電。當單片機檢測到太陽能供電支路電能過低時，則利用太陽能支路繼電開關切斷太陽能供電支路；當系統檢測到符合給負載供電條件時，太陽能支路繼電開關閉合，太陽能支路給負載供電。太陽能調壓及穩壓電路穩壓後的12V電壓經充電電路及太陽能充電電路開關與蓄電池相連，在單片機檢測到蓄電池能量較低且符合充電條件時，太陽能充電電路開關閉合，由太陽能支路給蓄電池充電，該充電電路主要由UC3909及外圍電路組成，可以按蓄電池四階段充電電流對蓄電池進行充電。風力供電支路包括風力發電裝置、風力發電電壓電流檢測電路、風力DC/DC電路、風力調壓及穩壓電路、風力充電電路、風力充電電路開關、風力支路繼電開關，風力發電裝置一端通過風力電壓電流檢測電路與單片機相連接，風力發電裝置另一端依次與風力DC/DC電路、風力調壓及穩壓電路相連接，風力調壓及穩壓電路一輸出端通過風力支路繼電開關與負載相連接為負載供電，風力調壓及穩壓電路另一輸出端通過風力充電電路、風力充電電路開關與蓄電池相連接，風力充電電路、風力充電電路開關還分別與單片機相連接並在單片機的控制下為蓄電池充電。在本實施例中，風力發電裝置主要包括風力機和永磁同步發電機，風力機使用微型垂直軸風力發電機，採用阻力型風杯及風力機設計，具有啟動性能好、啟動風速低、穩定低速運行的優點，為了不引起紊流，在葉片中心開一個小孔，用於引導風的流向；發電機採用永磁同步發電機，該發電機啟動力矩小，以達到低啟動風速的目標。風力DC/DC穩壓電路可以穩定提升不可控整流輸出電壓至DC12V。風力充電電路採用DC-DC變換晶片搭建，放電電路採用Boost電路。在單片機內置有能量管理功能，不斷對蓄電池端電壓、太陽能電能、風力機發出的能量、負載所需的能量情況進行判斷，以此切換系統的工作方式，完成各個供電裝置與負載的協調控制。蓄電池供電支路包括蓄電池、蓄電池電量檢測電路、蓄電池電路開關，蓄電池通過蓄電池電量檢測電路與單片機相連接，蓄電池通過蓄電池電路開關與負載相連接，蓄電池還分別與風力充電電路開關及太陽能充電電路開關相連接並在單片機的控制下由風力供電支路及太陽能供電支路為其充電。在本發明中，蓄電池起著能量的存儲和調節電能的作用，在風力、太陽能充足時，兩者發出過剩的電能存儲於蓄電池中，當系統發電量不足時，蓄電池向負載補充電能。單片機可根據風力、太陽能的發電量大小及負荷的變化，不斷對蓄電池的工作狀態進行切換和調節，使其在充電、放電或浮充電等狀態下交替運行，從而保證發電系統工作的連續性和穩定性。由於鉛酸蓄電池在運行的過程中，不能過度充電和過度放電，為了保護蓄電池，控制器通過檢測蓄電池電荷的狀態，可以發出對蓄電池繼續放電、減少放電量或停止放電的指令。本發電系統的單片機完成對各供電支路的電能檢測，並根據各支路電能情況及負載情況切換供電支路，其切換方法如下1、太陽能發電量較弱，風力發電不能正常工作，即風速較低或太高，風力發電機不能發電或轉速過高，關閉風力發電。若蓄電池端電壓較低，則系統關機。2、太陽能發電量較弱，風力發電不能正常工作，即風速較低或太高，風力發電機不能發電或轉速過高，關閉風力發電，若蓄電池端電壓正常且可以帶動負載，則蓄電池放電，向負載供電；3、太陽能發量較弱，風速較高，風力發電機可以發電，但是負載需要的能量大於風力發電機發出的能量，且蓄電池端電壓正常，則蓄電池與風力發電機同時向負載供電；若負載需要的能量小於風力發電機發出的能量，則由風力發電機供電。若風力發電及蓄電池共同工作也帶不動負載，則切斷部分負載。4、太陽能發電量較強，風速較高，風力發電機可以發電，但是負載需要的能量大於太陽能和風力發電機發出的能量，蓄電池端電壓較低，切斷部分負載，並由太陽能和風能共同給蓄電池充電。5、太陽能發電量較強，風速較高，風力發電機可以發電，兩者發出的電能足夠負載使用且有多餘能量，若蓄電池端電壓較低，則由二者向負載供電，同時向蓄電池充電；若蓄電池端電壓較高，不需要充電，則由風能和太陽能共同向負載供電，多餘電能通過卸荷電阻消耗。若風能和太陽能共同工作也帶不動負載，則讓太陽能、風能、蓄電池三者同時供電。單片機還可以根據負載情況，在某一種發電方式能夠單獨帶動負載時，適時關閉另一種發電方式。6、太陽能發電量較強，風速太高，風力發電機轉速過高或過低，則關閉風力發電，此時若蓄電池端電壓較低，負載所需能量小於太陽能能量且有餘，則由太陽能向負載供電，同時給蓄電池充電，若負載所需能量大於太陽能能量，則停止部分負載，且視停後負載情況，在能量夠的情況下，太陽能給蓄電池充電。7、太陽能發電量較強，風速太高或過低，風力發電機轉速過高或不能發電，則關閉風力發電，若蓄電池端電壓較高，負載所需能量小於太陽能能量且有餘，則由太陽能向負載供電，多餘電能通過卸荷電阻消耗。若負載所需能量大於太陽能能量，則由太陽能和蓄電池共同給負載供電。需要強調的是，本發明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發明並不限於具體實施方式
中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據本發明的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬於本發明保護的範圍。
權利要求
1.一種智能綜合發電系統，其特徵在於包括單片機、太陽能供電支路、風力供電支路、蓄電池供電支路、負載端電壓電流檢測電路及負載端啟停開關，單片機分別通過I/O接口與太陽能供電支路、風力供電支路、蓄電池供電支路、負載端電壓電流檢測電路及負載端啟停開關相連接，太陽能供電支路、風力供電支路及蓄電池供電支路輸出端通過相應的繼電開關電路與負載相連接，太陽能供電支路、風力供電支路的輸出端分別連接到蓄電池支路上為蓄電池充電。
2.根據權利要求1所述的智能綜合發電系統，其特徵在於所述的太陽能供電支路、風力供電支路、蓄電池供電支路的輸出端還連接有逆變器進行直交流轉換。
3.根據權利要求1或2所述的智能綜合發電系統，其特徵在於所述的太陽能供電支路包括太陽能發電裝置、太陽能電壓電流檢測電路、太陽能DC/DC電路、太陽能調壓及穩壓電路、太陽能充電電路、太陽能充電電路開關、太陽能支路繼電開關，太陽能發電裝置一端通過太陽能電壓電流檢測電路與單片機相連接，太陽能發電裝置另一端依次與太陽能DC/DC電路、太陽能調壓及穩壓電路相連接，太陽能調壓及穩壓電路一輸出端通過太陽能支路繼電開關與負載相連接為負載供電，太陽能調壓及穩壓電路另一輸出端通過太陽能充電電路、太陽能充電電路開關與蓄電池相連接，太陽能調壓及穩壓電路提供穩定的直流電源與單片機相連接為其供電，太陽能充電電路、太陽能充電電路開關還分別與單片機相連接並在單片機的控制下為蓄電池充電。
4.根據權利要求3所述的智能綜合發電系統，其特徵在於所述的太陽能發電裝置由太陽能板及開關連接構成。
5.根據權利要求1或2所述的智能綜合發電系統，其特徵在於所述的風力供電支路包括風力發電裝置、風力發電電壓電流檢測電路、風力DC/DC電路、風力調壓及穩壓電路、風力充電電路、風力充電電路開關、風力支路繼電開關，風力發電裝置一端通過風力電壓電流檢測電路與單片機相連接，風力發電裝置另一端依次與風力DC/DC電路、風力調壓及穩壓電路相連接，風力調壓及穩壓電路一輸出端通過風力支路繼電開關與負載相連接為負載供電，風力調壓及穩壓電路另一輸出端通過風力充電電路、風力充電電路開關與蓄電池相連接，風力充電電路、風力充電電路開關還分別與單片機相連接並在單片機的控制下為蓄電池充電。
6.根據權利要求5所述的智能綜合發電系統，其特徵在於所述的風力發電裝置由風力機和永磁同步發電機等連接構成。
7.根據權利要求1或2所述的智能綜合發電系統，其特徵在於所述的蓄電池供電支路包括蓄電池、蓄電池電量檢測電路、蓄電池電路開關，蓄電池通過蓄電池電量檢測電路與單片機相連接，蓄電池通過蓄電池電路開關與負載相連接，蓄電池還分別與風力充電電路開關及太陽能充電電路開關相連接並在單片機的控制下由風力供電支路及太陽能供電支路為其充電。
全文摘要
本發明涉及一種智能綜合發電系統，其主要技術特點是單片機分別通過I/O接口與太陽能供電支路、風力供電支路、蓄電池供電支路、負載端電壓電流檢測電路及負載端啟停開關相連接，太陽能供電支路、風力供電支路及蓄電池供電支路輸出端通過相應的繼電開關電路與負載相連接，太陽能供電支路、風力供電支路的輸出端分別連接到蓄電池支路上為蓄電池充電。本發明通過實時檢測各個供電支路的電能狀態來切換不同的供電形式，完成各個供電裝置與負載的協調控制，同時，還可將太陽能及風能發電裝置為蓄電池充電，保證了系統穩定工作，延長了供電時間，具有工作穩定、重量輕、高效節能、負載效應好、動態性能好、工作可靠及輸出穩定等特點。
文檔編號H02J9/06GK102394504SQ20111029999
公開日2012年3月28日 申請日期2011年9月29日 優先權日2011年9月29日
發明者段英宏 申請人:天津科技大學