公共區域用電節能及終端智能控制系統的製作方法
2023-05-14 13:43:56 1
公共區域用電節能及終端智能控制系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種公共區域用電節能及終端智能控制系統，要解決的技術問題是調節區域終端負載和終端電網的電壓，平衡用電負荷。本實用新型設有順序連接的自然能源接收轉換裝置、充電控制器、電池儲能系統、智能控制裝置和逆變裝置，終端監控伺服器控制自然能源接收轉換裝置、充電控制器、智能控制裝置和逆變裝置工作。本實用新型與現有技術相比，將自然能源電能儲存於電池儲能系統中，在區域用電或電網負荷需要調整時，將儲存於電池儲能系統中的電能輸入至區域的終端負載和終端電網以平衡電壓，電池儲能系統採用鐵鎳新型高性能儲能電池，環保、高效、耐久適用，管理簡單，具有安全緊湊、造價低的特點，在區域用電中實現用電節能和智能控制。
【專利說明】公共區域用電節能及終端智能控制系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用電節能控制系統，特別是一種利用自然能源進行區域用電節能及用電調節的控制系統。
【背景技術】
[0002]近年來，我國各地在推進城鄉一體化進程的同時，能源成本及電價攀升在一定程度上制約著各地經濟的發展。為實現可持續發展目標，強化保護環境、節能減排、建設資源節約型社會已成為各級政府的共識。為解決大氣汙染、臭氧層破壞、溫室效應、地球變暖的環境問題和促進不發達地區的發展，有效利用自然能源如光能、風能、潮夕能和地熱能，將其儲存並用於調節區域的終端負載和終端電網電壓，日益受到人們的重視並獲得了相應的發展，但現有技術缺乏利用自然能源控制區域終端負載和終端電網電壓的調節控制系統，不僅不能很好利用自然能源，將獲得的自然能源直接併網後還不利於調節並平衡電網的負荷。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的是提供一種公共區域用電節能及終端智能控制系統，要解決的技術問題是調節區域終端負載和終端電網的電壓，平衡用電負荷。
[0004]本實用新型採用以下技術方案:一種公共區域用電節能及終端智能控制系統，設有順序連接的自然能源接收轉換裝置、充電控制器、電池儲能系統、智能控制裝置和逆變裝置，終端監控伺服器控制自然能源接收轉換裝置、充電控制器、智能控制裝置和逆變裝置工作。
[0005]本實用新型的逆變裝置連接變頻負載和終端電網。
[0006]本實用新型的終端監控伺服器接收變頻負載和終端電網電壓的信號。
[0007]本實用新型的逆變裝置連接終端負載和變頻負載。
[0008]本實用新型的終端監控伺服器接收終端負載輸入電壓的信號。
[0009]本實用新型的終端監控伺服器採用可編程邏輯控制器經串行通信接口 RS485與中文界面的控制系統或個人電腦聯網。
[0010]本實用新型的自然能源接收轉換裝置連接有公共區域用電器，電池儲能系統連接有夜間照明燈。
[0011]本實用新型的自然能源是光能、風能、潮夕能和地熱能。
[0012]本實用新型的電池儲能系統鐵鎳蓄電池串聯和/或並聯組成。
[0013]本實用新型的逆變裝置為兩臺以上時，並聯連接。
[0014]本實用新型與現有技術相比，將自然能源電能儲存於電池儲能系統中，在區域用電或電網負荷需要調整時，將儲存於電池儲能系統中的電能輸入至區域的終端負載和終端電網以平衡電壓，電池儲能系統採用鐵鎳新型高性能儲能電池，環保、高效、耐久適用，管理簡單，具有安全緊湊、造價低的特點，在區域用電中實現用電節能和智能控制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型實施例1的系統框圖。
[0016]圖2是本實用新型實施例2的系統框圖。
[0017]圖3是本實用新型實施例2的終端負荷智能控制示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。
[0019]如圖1所示，本實用新型的公共區域用電節能及終端智能控制系統(系統)，在實施例I中，設有順序連接的自然能源接收轉換裝置ZN、充電控制器CN、電池儲能系統DN、智能控制裝置KN和逆變裝置JN，逆變裝置JN連接變頻負載和終端電網BN。終端監控伺服器PN接收變頻負載和終端電網BN電壓的信號。終端監控伺服器PN控制自然能源接收轉換裝置ZN、充電控制器CN、智能控制裝置KN和逆變裝置JN工作。終端監控伺服器PN採用可編程邏輯控制器PLC經串行通信接口 RS485與中文界面的控制系統或個人電腦PC聯網，構成監控系統實現人機對話控制。
[0020]自然能源如光能、風能、潮夕能和地熱能，經自然能源接收轉換裝置ZN轉換成直流電能，直流電能經充電控制器CN充入電池儲能系統DN存儲。電池儲能系統DN輸出的直流電能經智能控制裝置KN輸出至逆變裝置JN逆變，最終輸入至變頻負載和終端電網BN，用於平衡區域電網和/或變頻負載。充電控制器CN為終端監控伺服器PN供電。
[0021 ] 終端監控伺服器PN監控自然能源接收轉換裝置ZN、充電控制器CN、智能控制裝置KN,當ZN、CN和KN中任一裝置的電路出現異常，PN分別控制切斷ZN、CN和KN電源，ZN、CN和KN同時也具備自動斷電功能。
[0022]實施例1中，自然能源接收轉換裝置ZN採用蘇州阿特斯陽光電力科技有限公司的型號為CS5A-175、180、185、190和/或195M的太陽能電池片及相應電池組件。充電控制器CN採用廣東易事特電源股份有限公司的GSC-F2448系列MPPT型太陽能光電控制器，該太陽能光電控制器適合於家庭太陽能系統、太陽能直流路燈系統、太陽能電站系統或太陽能直流供電系統。電池儲能系統DN採用四川健能電源科技有限公司的TN70?TN1200型袋式鐵鎳蓄電池。智能控制裝置KN採用現有技術的交流接觸器，根據輸出電流確定具體規格。逆變裝置JN採用廣東易事特電源股份有限公司的EAKTF-PV型光伏併網逆變器。變頻負載採用丹佛斯(天津)有限公司的VLT2800變頻器，實現控制風機、空調和/或可變頻調節電機負載的節能運行；終端電網BN是公共用電區域中供電線路末端構成的電網，在供電線路壓降較大時，末端電壓相對較低，導致用電器不能正常工作，本實施例中，BN是指應該予以補償電壓的公共區域供電末端的線路構成的部分電網。終端監控伺服器PN採用現有技術的可編程邏輯控制器PLC，根據監測的終端電網負載各點電位(需要調整電網電壓的點)在PLC輸入端增設功能擴展模塊，以適應多點電位輸入所需。PLC經通信接口 RS485連接PC，實現人機聯網智能控制。
[0023]ZN採集自然能源如光能轉換成電能後，用電池儲能系統DN存儲，終端監控伺服器PN提取變頻負載和終端電網BN輸入的電壓信號，與預置在其中的區域電網設定電壓比較後發出指令，分別控制KN調壓、JN變頻調速，調節BN電網負載，實現利用自然能源並智能控制調節區域電網電壓，達到節能的目的。
[0024]如圖2所示，本實用新型的系統，在實施例2中，設有順序連接的自然能源接收轉換裝置ZN、充電控制器CN、電池儲能系統DN、智能控制裝置KN和逆變裝置JN。自然能源接收轉換裝置ZN連接有公共區域用電器。逆變裝置JN連接終端負載和變頻負載。終端監控伺服器PN接收終端負載輸入電壓的信號。電池儲能系統DN連接有夜間照明燈。終端監控伺服器PN採用PLC，經串行通信接口 RS485連接PC，實現人機界面控制，發出指令控制智能控制裝置KN，調節終端負載電壓。
[0025]自然能源經自然能源接收轉換裝置ZN轉換為電能，一部分通過充電控制器CN對電池儲能系統DN充電儲存電能，另一部分電能可用於公共區域的直流照明器件用電。電池儲能系統DN中的電能一方面可用於夜間照明，另一方面經智能控制裝置KN控制逆變裝置JN逆變後用於變頻節能負載和終端負載。
[0026]實施例2中，自然能源接收轉換裝置ZN採用蘇州阿特斯陽光電力科技有限公司的型號為CS5A-175、180、185、190和/或195M的太陽能電池片及相應電池組件。公共區域用電器為發光二極體LED的路燈、庭院燈、草坪燈和室內外燈。充電控制器CN採用廣東易事特電源股份有限公司的GSC-F2448系列MPPT型太陽能光電控制器。電池儲能系統DN採用四川健能電源科技有限公司的TN70?TN1200型袋式鐵鎳蓄電池。智能控制裝置KN採用現有技術的交流接觸器，根據輸出電流確定具體規格。逆變裝置JN採用廣東易事特電源股份有限公司的EAKTF-PV型光伏併網逆變器。變頻負載採用丹佛斯(天津)有限公司的VLT2800變頻器，實現控制風機、空調和/或可變頻調節電機負載的節能運行。終端負載為功率大於30KW的大型負荷，如大型中央空調、大功率用電器、大型設備和焊接設備。終端監控伺服器PN採用現有技術的可編程邏輯控制器PLC，根據監測的終端電網負載各點電位(需要調整電網電壓的點)在PLC輸入端增設功能擴展模塊，以適應多點電位輸入所需。PLC經通信接口 RS485連接PC，實現人機聯網智能控制。夜間照明燈為LED燈。
[0027]終端監控伺服器PN對終端負載的電壓進行調整，其工作過程為:PN接收線路末端終端負載多點的電壓信號，「多點」的數量根據需要補償線路末端電壓的連接在線路末端的終端負載的數量來確定，考慮在用電尖峰時段連接有終端負載的電網電壓降低較為普遍，在電壓降低後明顯影響終端負載正常工作的終端負載輸入端安裝電壓檢測裝置，比如上潤精密儀器有限公司的WP-LE系列智能電流/電壓儀表或WP-101電流/電壓變送轉換模塊，電壓檢測裝置將獲得的該線路末端的電壓輸入PN，PN將該電壓與預置的電壓進行比較，低於終端負載正常工作電壓，一般考慮在終端負載的電網電壓低於額定電壓的15%則電池儲能系統DN輸出電池能量補償電網電壓，從經濟和實用角度考慮，工頻單相交流電電網電壓低於190伏，可考慮予以補償。因為選擇的補償點電位越多，補償的電能越多，相應的DN的儲能鐵鎳蓄電池、逆變裝置容量和智能控制裝置越多，造價會越高。由電壓檢測裝置檢測到的電壓，與預置在終端監控伺服器PN中的終端負載的設定電壓比較後，終端監控伺服器PN發出指令，控制KN工作，JN變頻，調節終端負載電壓，實現利用自然能源和智能控制調節終端負載電壓，達到節能和穩定電壓的目的。
[0028]所述設定電壓是按電網允許內壓差變化分為電壓等級，電壓等級根據區域電網調節精度要求設置。可考慮終端電網電壓每下降5%設定為一個等級。通過終端監控伺服器PN將電壓檢測裝置檢測到的終端負載電壓與PN設定電壓比較，終端負載電壓低於電網額定電壓時，PN發出指令接通智能控制裝置KN和逆變裝置JN。接通智能控制裝置KN和逆變裝置JN後，終端負載電壓彡電網額定電壓的5%時，PN將發出指令斷開智能控制裝置KN和逆變裝置JN。實現終端負載電網區域智能控制。
[0029]如圖3所示，終端負載反饋到PN的電壓，PN將該電壓與PN內預置的設定電壓進行比較，當應補償終端負載的電壓時，終端監控伺服器PN輸出數字電壓信號至KN的高靈敏繼電器G，G的常開觸頭Gix變為常閉，接通智能控制裝置KN的接觸器N的電磁線圈，使N工作。N的常開觸頭Nix變為常閉，電池儲能系統DN儲存的電能被送往逆變裝置JN的逆變控制接觸器的常開觸頭J1X。與此同時，逆變控制接觸器的另一路常開觸頭N2x經延滯後接通並啟動逆變控制器接觸器J。J的常開觸頭Jix變為常閉，電池儲能系統DN存儲的電能被送往逆變裝置JN，經逆變後的同相位、同頻率三相交流電被送往終端負載，用以平衡負載電壓。在系統中，逆變裝置JN為多臺如2臺或多於2臺時，並聯連接，調節終端負載的多個用電大型負荷給區域電網帶來的壓降的影響。
[0030]本實用新型有以下6種工作模式:
[0031]1、儲能模式，在儲能模式下，電池儲能系統DN存儲電能。
[0032]電池儲能系統DN用高性能的鐵鎳蓄電池串聯和/或並聯組成。選擇的電池數量和規格以及串聯和/或並聯方式根據系統迴路輸出的電壓而定。應急輸出的電能如電梯類負載，應大於該電梯電機額定功率。進而測算確定該迴路電池的連接方式和規格數量。
[0033]系統輸出的多個迴路補償電能，考慮的因素有三方面:一是掌握終端大型負荷工作時的端電壓變化數據和規律；二是滿足N個終端電壓降的補償電能迴路；三是滿足相關條件的多個迴路電池規格數量及串並聯方式。三方面因素需要針對不同區域狀況採集信息通過計算確定。
[0034]2、充電控制模式，在充電控制模式下，充電控制器CN向電池儲能系統DN充電。
[0035]充電控制器採用先進的低功耗、高性能微控和「MPPT+S0C」雙重智能控制方法，具有多種電壓等級識別功能。充電控制器保護功能完善，在向電池儲能系統DN充電的同時，具備給或不給直流負載提供電能的功能。
[0036]充電控制器採用帶溫度補償的恆流、恆壓、浮充相結合的三段式充電方式。當電池儲能系統DN出現過放電時，可自動進行維護充電。
[0037]充電控制器可直觀顯示太陽能電池、鐵鎳蓄電池和系統狀況。
[0038]3、逆變模式，在逆變模式下，逆變裝置JN將電池儲能系統DN的電能轉換為交流電，輸出至變頻負載和/或終端負載。
[0039]逆變裝置JN適於寬直流輸入電壓範圍，最大功率點跟蹤>99.5%。具備完善的保護功能:過壓保護、短路保護、孤島保護、過熱保護、過載保護。
[0040]逆變裝置JN設有人機界面對話裝置，液晶顯示，操作人員可自由設定各種參數。為適應本系統工作，可實現多臺逆變裝置並聯組合運行。
[0041]4、智能控制模式，在智能控制模式下，終端監控伺服器PN將實時採集的終端負載或終端電網電壓與預置電壓進行比較，根據區域終端負載或終端電網電壓的變化，發出補償指令，控制智能控制裝置KN輸出電池儲能系統DN電能，經逆變裝置JN輸出至終端負載或終端電網，以調節電壓。終端監控伺服器PN可採用增加PLC功能擴展模塊，適應多個終端負載或終端電網所需。逆變裝置JN可與多個終端負載或終端電網連接，必要時，並聯多臺逆變裝置JN組合運行。
[0042]5、區域用電節能模式，在區域用電節能模式下，系統獲取自然能源，緩解用電，提供終端監控服務，將多餘電能儲存，作為公共區域應急電源，也可將電能輸入公共區域電網，對電網進行補償。
[0043]公共區域中部分採用直流供電，可減少線路阻抗壓降。同時，用電採用LED智能開關模塊，內置LED燈具功能調整模塊，節能明顯。特別適合公共區域小區、庭院、路燈、物業用電照明等。
[0044]區域中採用調頻方式運行的負載，均可考慮採用變頻節能運行方式，使該部分負載實現用電節能。
[0045]區域的終端負載採用智能控制調壓，減少用電損耗和提高了設備運行效率，同樣實現終端負載用電節能。
[0046]6、停電模式，在停電模式下，在系統的任一部分模式發生異常狀況，終端監控伺服器均使系統進入停機模式。也可人為設置或手動控制使系統進入停機模式。
【權利要求】
1.一種公共區域用電節能及終端智能控制系統，其特徵在於:所述公共區域用電節能及終端智能控制系統設有順序連接的自然能源接收轉換裝置(ZN)、充電控制器(CN)、電池儲能系統(DN)、智能控制裝置(KN)和逆變裝置(JN)，終端監控伺服器(PN)控制自然能源接收轉換裝置(ZN)、充電控制器(CN)、智能控制裝置(KN)和逆變裝置(JN)工作。
2.根據權利要求1所述的公共區域用電節能及終端智能控制系統，其特徵在於:所述逆變裝置(JN)連接變頻負載和終端電網(BN)。
3.根據權利要求2所述的公共區域用電節能及終端智能控制系統，其特徵在於:所述終端監控伺服器(PN)接收變頻負載和終端電網(BN)電壓的信號。
4.根據權利要求1所述的公共區域用電節能及終端智能控制系統，其特徵在於:所述逆變裝置(JN)連接終端負載和變頻負載。
5.根據權利要求4所述的公共區域用電節能及終端智能控制系統，其特徵在於:所述終端監控伺服器(PN)接收終端負載輸入電壓的信號。
6.根據權利要求1所述的公共區域用電節能及終端智能控制系統，其特徵在於:所述終端監控伺服器(PN)採用可編程邏輯控制器(PLC)經串行通信接口 RS485與中文界面的控制系統或個人電腦(PC)聯網。
7.根據權利要求1所述的公共區域用電節能及終端智能控制系統，其特徵在於:所述自然能源接收轉換裝置(ZN)連接有公共區域用電器，電池儲能系統(DN)連接有夜間照明燈。
8.根據權利要求1所述的公共區域用電節能及終端智能控制系統，其特徵在於:所述自然能源是光能、風能、潮夕能和地熱能。
9.根據權利要求1所述的公共區域用電節能及終端智能控制系統，其特徵在於:所述電池儲能系統(DN)鐵鎳蓄電池串聯和/或並聯組成。
10.根據權利要求1所述的公共區域用電節能及終端智能控制系統，其特徵在於:所述逆變裝置(JN)為兩臺以上時，並聯連接。
【文檔編號】H02J3/32GK204103500SQ201420083600
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年2月26日 優先權日:2014年2月26日
【發明者】杜世本, 陳進明, 杜勉, 陳健, 陶明大, 談德川 申請人:四川健能電源科技有限公司