一種太陽能風力電能的微型智能配電控制系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種太陽能風力電能的微型智能配電控制系統，市電輸入模塊、風力發電輸入模塊及光伏發電輸入模塊的各自輸出端分別連接開關切換模塊的輸入端，開關切換模塊的輸出端連接第一繼電器的輸入端，第一繼電器的輸出端連接蓄電池組的充放電端，蓄電池組的充放電端連接第二繼電器的輸入端，第二繼電器的輸出端連接逆變模塊的輸入端，控制模塊采樣端分別連接風力發電輸入模塊、光伏發電輸入模塊及蓄電池組，控制模塊分別連接開關切換模塊、第一繼電器及第二繼電器，控制模塊連接指示燈模塊，過充放保護模塊的檢測端連述蓄電池組，過充放保護模塊的輸出端連接控制模塊輸入端，控制模塊的輸出端連接信息輸出模塊的輸入端。延長蓄電池壽命。
【專利說明】—種太陽能風力電能的微型智能配電控制系統

【技術領域】
[0001]本實用新型屬于智能配電領域，尤其涉及一種太陽能風力電能的微型智能配電控制系統。

【背景技術】
[0002]世界各國尤其是發達國家高度重視以太陽能和風能為代表的新能源發展，通過增加財政投資、減免稅收、電力回購補償等措施，鼓勵刺激風力發電、太陽能光伏發電行業的發展。太陽能、風力電能微型智能配電控制系統作為風光互補并網發電的核心，它控制著整個發電系統使其合理穩定的運行?？刂葡到y主要的功能是對蓄電池進行充電放電控制、保護、調節與分配系統輸入輸出電量和執行監控功能。
[0003]根據發電系統的要求，控制器的控制程度以及功能特點不盡相同，但是目前的控制系統對太陽能和風力電能的最大輸出功率不能跟蹤，利用效率低；只是對蓄電池的充電過程進行簡單管理，影響蓄電池的使用壽命；不能對用電負載進行控制；對于太陽能、風力電能產生的多余能量進行直接卸載，這樣會造成電能浪費，蓄電流充電不夠充分。
實用新型內容
[0004]本實用新型提供一種太陽能風力電能的微型智能配電控制系統，旨在解決蓄電池組壽命短、不具備運程監控功能、能量卸載效果差、風電光伏電能利用率低的問題。
[0005]本實用新型是這樣實現的，一種太陽能風力電能的微型智能配電控制系統，該微型智能配電控制系統包括光伏發電輸入模塊、風力發電輸入模塊、開關切換模塊、逆變模塊、控制模塊、過充放保護模塊、第一繼電器、第二繼電器、信息輸出模塊、蓄電池組及指示燈模塊，所述風力發電輸入模塊及光伏發電輸入模塊的各自輸出端分別連接所述開關切換模塊的輸入端，所述開關切換模塊的輸出端連接所述第一繼電器的輸入端，所述第一繼電器的輸出端分別連接所述過充放保護模塊的輸入端及逆變器的輸入端，所述過充放保護模塊的輸出端連接所述蓄電池組的充放電端，所述蓄電池組的充放電端經所述過充放保護模塊連接所述第二繼電器的輸入端，所述第二繼電器的輸出端連接所述逆變模塊的輸入端，所述控制模塊采樣端分別連接所述風力發電輸入模塊、光伏發電輸入模塊及蓄電池組，所述控制模塊分別連接所述開關切換模塊、過充放保護模塊、第一繼電器及第二繼電器，所述控制模塊連接所述指示燈模塊，所述控制模塊的輸出端連接所述信息輸出模塊的輸入端。
[0006]本實用新型的進一步技術方案是:該微型智能配電控制系統還包括遠端的監控平臺，所述監控平臺采用服務器，所述服務器端通過數據通信連接所述信息輸出模塊輸出端。
[0007]本實用新型的進一步技術方案是:所述風力發電輸入模塊包括風力發電機、風電降壓單元、卸載單元、驅動單元及風電整流單元，所述風力發電機的電壓輸出端分別連接所述風電降壓單元的輸入端及卸載單元的輸入端，所述風電降壓單元的輸出端連接所述風電整流單元的輸入端，所述卸載單元的控制端連接所述控制模塊輸出端，所述驅動單元輸出端連接所述風電整流單元控制端。
[0008]本實用新型的進一步技術方案是:所述光伏發電輸入模塊包括太陽能電池板及穩壓單元，所述太陽能電池板的輸出端連接所述穩壓單元的輸入端。
[0009]本實用新型的進一步技術方案是:所述開關切換模塊包括風力電能開關單元及光伏發電開關單元。
[0010]本實用新型的進一步技術方案是:所述控制模塊包括風電電壓采樣單元、風電充電電流采樣單元、光伏電壓采樣單元、光伏充電電流采樣單元、蓄電池組電壓采樣單元及監測單元。
[0011]本實用新型的有益效果是:采用雙路功率變換電路輸出，風力發電機輸出和太陽能電池板輸出進行分開控制，兩者互不干擾，當其中一路出現故障時，不影響另一路的工作，保證了智能控制系統的穩定性；通過電壓、電流檢測技術，能夠實時監測蓄電池組的充電電壓和充電電流，智能調整充電，確保蓄電池組的使用壽命，智能控制系統基于ARM微處理器芯片的監控層采用先進的光輻射傳感技術、超聲波風速檢測技術、差分電壓檢測技術實現風速強弱、太陽光輻射強度、蓄電池電壓情況、負荷要求等運行參數的實時監控，具備PWM (脈寬調制)無極卸載，提高太陽能和風力電能利用效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型實施例提供的太陽能風力電能的微型智能配電控制系統結構框圖；
[0013]圖2是本實用新型實施例提供的太陽能風力電能的微型智能配電控制方法的流程圖；
[0014]圖3是本實用新型實施例提供的風力發電輸入模塊結構框圖；
[0015]圖4是本實用新型實施例提供的風力發電輸入模塊電路圖；
[0016]圖5本實用新型實施例提供的風力發電輸入模塊中驅動單元電路圖；
[0017]圖6本實用新型實施例提供的采樣電路圖；
[0018]圖7本實用新型實施例提供的卸載單元電路圖；
[0019]圖8本實用新型實施例提供的逆變模塊電路圖；
[0020]圖9本實用新型實施例提供的光伏發電輸入模塊的電路圖；
[0021]圖10本實用新型實施例提供的太陽能風力電能的微型智能配電控制系統結構框圖。

【具體實施方式】
[0022]附圖標記:2_光伏發電輸入模塊3-市電輸入模塊4-第一繼電器5-第二繼電器6-逆變模塊7-過充放保護模塊8-蓄電池組9-指示燈模塊10-開關切換模塊11-控制模塊12-信息輸出模塊13-監控平臺20-風力發電輸入模塊101-風力電能開關單元 102-光伏發電開關單元 103-市電輸入開關單元 201-風力發電機202-風電降壓單元203-風電整流單元204-驅動單元205-卸載單元。
[0023]圖10示出了本實用新型提供的太陽能風力電能的微型智能配電控制系統，該微型智能配電控制系統包括光伏發電輸入模塊2、風力發電輸入模塊20、開關切換模塊10、逆變模塊6、控制模塊11、過充放保護模塊7、第一繼電器4、第二繼電器5、信息輸出模塊12、蓄電池組8及指不燈模塊9，所述風力發電輸入模塊20及光伏發電輸入模塊2的各自輸出端分別連接所述開關切換模塊10的輸入端，所述開關切換模塊10的輸出端連接所述第一繼電器4的輸入端，所述第一繼電器4的輸出端分別連接所述過充放保護模塊7的輸入端及逆變器6的輸入端，所述過充放保護模塊7的輸出端連接所述蓄電池組8的充放電端，所述蓄電池組8的充放電端經所述過充放保護模塊7連接所述第二繼電器5的輸入端，所述第二繼電器5的輸出端連接所述逆變模塊6的輸入端，所述控制模塊11采樣端分別連接所述風力發電輸入模塊20、光伏發電輸入模塊2及蓄電池組8，所述控制模塊11分別連接所述開關切換模塊10、過充放保護模塊7、第一繼電器4及第二繼電器5，所述控制模塊11連接所述指示燈模塊9，所述控制模塊11的輸出端連接所述信息輸出模塊12的輸入端。
[0024]所述開關切換模塊11包括風力電能開關單元及光伏發電開關單元。
[0025]如圖1所述，該微型智能配電控制系統包括市電輸入模塊3、風力發電輸入模塊20、光伏發電輸入模塊2、開關切換模塊10、逆變模塊6、控制模塊11、過充放保護模塊7、第一繼電器、4第二繼電器5、信息輸出模塊12、蓄電池組8及指不燈模塊9，所述市電輸入模塊3、風力發電輸入模塊20及光伏發電輸入模塊2的各自輸出端分別連接所述開關切換模塊10的輸入端，所述開關切換模塊10的輸出端連接所述第一繼電器4的輸入端，所述第一繼電器4的輸出端連接所述蓄電池組8的充放電端，所述蓄電池組8的充放電端連接所述第二繼電器5的輸入端，所述第二繼電器5的輸出端連接所述逆變模塊6的輸入端，所述控制模塊11采樣端分別連接所述風力發電輸入模塊20、光伏發電輸入模塊2及蓄電池組8，所述控制模塊11分別連接所述開關切換模塊10、第一繼電器4及第二繼電器5，所述控制模塊11連接所述指示燈模塊9，所述過充放保護模塊7的檢測端連接所述蓄電池組8，所述過充放保護模塊7的輸出端連接所述控制模塊11輸入端，所述控制模塊11的輸出端連接所述信息輸出模塊13的輸入端。采用雙路功率變換電路輸出，風力發電機輸出和太陽能電池板輸出進行分開控制，兩者互不干擾，當其中一路出現故障時，不影響另一路的工作，保證了智能控制系統的穩定性；通過電壓、電流檢測技術，能夠實時監測蓄電池組的充電電壓和充電電流，智能調整充電，確保蓄電池組的使用壽命，智能控制系統基于仙1微處理器芯片的監控層采用先進的光輻射傳感技術、超聲波風速檢測技術、差分電壓檢測技術實現風速強弱、太陽光輻射強度、蓄電池電壓情況、負荷要求等運行參數的實時監控，具備？麗(脈寬調制)無極卸載，提高太陽能和風力電能利用效率。
[0026]所述控制模塊11采集電流、電壓值來控制對所述蓄電池組8的充放電，并且根據采集的電流、電壓來控制整個微型智能配電控制系統的狀態。
[0027]該微型智能配電控制系統還包括遠端的監控平臺13，所述監控平臺13采用服務器，所述服務器端通過數據通信連接所述信息輸出模塊12輸出端。
[0028]所述市電輸入模塊3包括輸入接線端子、市電降壓單元及整流單元，所述輸入接線端子上端連接市電，所述輸入接線端子下端連接所述市電降壓單元的輸入端，所述市電降壓單元的輸出端連接所述整流單元的輸入端。
[0029]所述風力發電輸入模塊20包括風力發電機201、風電降壓單元202、卸載單元205、驅動單元204及風電整流單元203，所述風力發電機201的電壓輸出端連接所述風電降壓單元202的輸入端及卸載單元205的輸入端，所述風電降壓單元202的輸出端連接所述風電整流單元203的輸入端，所述卸載單元205的控制端連接所述控制模塊11，所述驅動單元204輸出端連接所述風電整流單元203控制端。
[0030]所述光伏發電輸入模塊2包括太陽能電池板及穩壓單元，所述太陽能電池板的輸出端連接所述穩壓單元的輸入端。
[0031]所述開關切換模塊10包括市電輸入開關單元103、風力電能開關單元101及光伏發電開關單元102。
[0032]所述控制模塊11包括風電電壓采樣單元、風電充電電流采樣單元、光伏電壓采樣單元、光伏充電電流采樣單元、蓄電池組電壓采樣單元及監測單元。
[0033]控制模塊11采用ST的ARM7單片機STM32F407芯片。
[0034]如圖8所不，TL494的第11、12腳構成穩壓取樣、誤差放大系統,正相輸入端I腳輸入逆變器次級取樣繞組整流輸出的15V直流電壓，經Rl1、Rl2分壓，使第I腳在逆變器正常工作時有近4.7?5.6V取樣電壓。反相輸入端2腳輸入5V基準電壓(由14腳輸出)。當輸出電壓降低時，I腳電壓降低，誤差放大器輸出低電平，通過PWM電路使輸出電壓升高。正常時I腳電壓值為5.4V，2腳電壓值為5V，3腳電壓值為0.06V。此時輸出AC電壓為235V(方波電壓)。第4腳外接R16、R14、C2設定死區時間。正常電壓值為0.01V。第5、6腳外接C13、R15設定振蕩器三角波頻率為10Hz。正常時5腳電壓值為1.75V，6腳電壓值為3.73V。第7腳為共地。第8、11腳為內部驅動輸出三極管集電極，第12腳為TL494前級供電端，此三端通過開關S控制TL494的啟動/停止，作為逆變器的控制開關。當SI關斷時，TL494無輸出脈沖，因此開關管VT4?VT6無任何電流。SI接通時，此三腳電壓值為蓄電池的正極電壓。第9、10腳為內部驅動級三極管發射極，輸出兩路時序不同的正脈沖。正常時電壓值為1.8V。第13、14、15腳其中14腳輸出5V基準電壓，使13腳有5V高電平，控制門電路，觸發器輸出兩路驅動脈沖，用于推挽開關電路。第15腳外接5V電壓，構成誤差放大器反相輸入基準電壓，以使同相輸入端16腳構成高電平保護輸入端。此接法中，當第16腳輸入大于5V的高電平時，可通過穩壓作用降低輸出電壓，或關斷驅動脈沖而實現保護。在它激逆變器中輸出超壓的可能性幾乎沒有，故該電路中第16腳未用，由電阻R18接地。
[0035]如圖7所示，卸載單元包括電阻R45、二極管D17、電容C33、電阻R44及MOS管Q4，電阻R4的一端接地，另一端分別連接電容C33的一端及MOS管的漏極，電容C33的另一端連接電阻R45的一端及二極管D17的陽極，二極管D17的陰極、電阻R45的另一端及MOS管的源極分別連接風力發電機。當風力很大，但沒有到過速保護限定值時，風機仍需要對蓄電池或負載進行供電，這是由于風機輸出功率比較大，會對控制系統造成很大的沖擊，需要利用卸載電路來卸載一部分功率，從而減小由于風大對控制系統造成的沖擊。下圖為卸載電路，其中R44為消耗電阻，將卸載的功率轉化成熱量。
[0036]如圖6所示，采樣電路包括電阻R1、電阻R2、電壓跟隨器、電阻R99電阻RlOO及電容C100，電阻Rl的一端連接電阻R2的一端及電阻R99的一端，電阻R99另一端連接電壓跟隨器的正輸入端，電壓跟隨器的負輸入端與輸出端相連，電壓跟隨器輸出端還連接電阻RlOO的一端，電阻RlOO的另一端連接電容ClOO的一端及輸出信號，電容ClOO另一端及電阻R2的另一端接地。要對太陽能電池板輸出電壓、風力發電整流輸出電壓、蓄電池電壓、太陽能充電電流和風力發電充電電流等量進行實時檢測，從而實現控制功能。電壓檢測電路如下圖，采樣點電壓由Rl和R2分壓后，經過一個電壓跟隨器輸出，然后將輸出送到單片機的八0采樣引腳。
[0037]如圖5所示，驅動單元包括驅動芯片。5、電阻832、電阻835、電阻833、電容057、電容019、電容024、穩壓二極管020，驅動芯片第三腳連接電容024 —端及？麗信號輸入，電容024另一端接地，驅動芯片的第二腳連接電阻832 —端，電阻832另一端接5乂電壓，驅動芯片第八腳連接電阻835 —端及電容057 —端，驅動芯片第七腳連接電阻尺33的一端，驅動芯片115連接穩壓二極管020的一端及電容019的一端并輸出信號，電阻尺35的另一端連接穩壓二極管020的另一端及電容019的另一端并輸出信號。驅動單元采用1？250光耦來隔離單片機的？麗信號和開關管驅動信號；—177為光耦的供電的正端17乂，07為供電的負端,，采用電壓17乂供電是為了保證輸出有足夠的驅動能力；020為一個訊穩壓管；驅動信號的輸出的接開關管的柵極8，￡2接開關管的源極8。
[0038]如圖3、4所示，風力發電輸入模塊包括包括風力發電機、風電降壓單元、卸載單元、驅動單元及風電整流單元，所述風力發電機的電壓輸出端連接所述風電降壓單元的輸入端，所述風電降壓單元的輸出端連接所述風電整流單元的輸入端，所述風電整流單元的輸出端連接所述卸載單元的輸入端，所述卸載單元的控制端連接所述控制模塊，所述驅動單元輸出端連接所述風電整流單元控制端。其中％1407為二極管，(:1-(?為整流濾波電容，61-財為均壓電阻，I為濾波電感，1？5為卸荷電阻，冊是限流電阻，^7為續流二極管，VII和712為是帶極性的電容。風力發電機的交流電壓經過保險絲輸入到三相不可控整流電路，通過電阻[-財和電容(:1-(?組成濾波電路，在經過卸荷電路、1(^81、續流二極管、濾波電感I和限流電阻陽給蓄電池充電。
[0039]如圖9所示，光伏發電輸入模塊包括光伏電池板、絕緣柵雙極型晶體管V1、電阻尺、電容匕二極管乂01、電感[、二極管70、電阻如及電池組2，光伏電池板一端分別連接電阻尺一端、二極管的陰極及絕緣柵雙極型晶體管VI的源極，二極管701的陽極與電阻尺的另一端連接電容的一端，電容的另一端與絕緣柵雙極型晶體管VI的漏極分別連接二極管乂0的陽極及電感I的一端，電感I的另一端連接電阻如的一端，電阻如的另一端連接電池組的正極，電池組的負極分別連接二極管70的陰極及光伏電池板的另一端。
[0040]如圖2所示，本實用新型的另一目的在于提供一種太陽能風力電能的微型智能配電控制方法流程圖，詳述如下:
[0041]步驟31中，在微型智能配電控制系統中控制|吳塊對風力電能、光伏電能進彳丁控制分為為負載輸出和蓄電池組充電；在為蓄電池組充電時，在為蓄電池組充電時，控制模塊采集蓄電池組的電壓、并判斷蓄電池組電壓是否在設定值，如大于設定值，則蓄電池組不需要充電并將電壓卸載，如小于設定值，控制模塊控制風力電能、光伏電能按優先級對蓄電池進行充電，其優先級為光伏電能大于風力電能。
[0042]步驟32中，在風力電能、光伏電能輸出不能滿足負載需要控制模塊自動切換蓄電池組對負載配送電能；使其能夠在正常情況下運行正常。
[0043]匕在蓄電池組輸出的電壓不能滿足負載輸出時，控制系統的控制模塊自動切換啟用市電供電為逆變模塊供電來完成負載的電能需要。該系統能根據日照的強弱、風力的大小及負載的變化，不斷的對蓄電池組的工作狀態進行切換和調節，一方面把調整后的電能直接送往直流負載或經逆變器送往交流負載；另一方面把多余的電能送往蓄電池組中存儲起來。當光伏發電量和風力發電量不能滿足負載功率時，控制器自動將蓄電池組中的電能調送往負載；當蓄電池中的電能也不足的情況下，控制器最后啟動AC220V市電作為供電電源。這樣使供電系統在充電、放電或浮電等多種工況下交替運行，從而保證以風、光、市電互補作為電源系統對負載供電的連續性和穩定性。
[0044]所述控制模塊采集電流、電壓值來控制對所述蓄電池組的充放電，并且根據采集的電流、電壓來控制整個微型智能配電控制系統的狀態。
[0045]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種太陽能風力電能的微型智能配電控制系統，其特征在于，該微型智能配電控制系統包括光伏發電輸入模塊、風力發電輸入模塊、開關切換模塊、逆變模塊、控制模塊、過充放保護模塊、第一繼電器、第二繼電器、信息輸出模塊、蓄電池組及指示燈模塊，所述風力發電輸入模塊及光伏發電輸入模塊的各自輸出端分別連接所述開關切換模塊的輸入端，所述開關切換模塊的輸出端連接所述第一繼電器的輸入端，所述第一繼電器的輸出端分別連接所述過充放保護模塊的輸入端及逆變器的輸入端，所述過充放保護模塊的輸出端連接所述蓄電池組的充放電端，所述蓄電池組的充放電端經所述過充放保護模塊連接所述第二繼電器的輸入端，所述第二繼電器的輸出端連接所述逆變模塊的輸入端，所述控制模塊采樣端分別連接所述風力發電輸入模塊、光伏發電輸入模塊及蓄電池組，所述控制模塊分別連接所述開關切換模塊、過充放保護模塊、第一繼電器及第二繼電器，所述控制模塊連接所述指示燈模塊，所述控制模塊的輸出端連接所述信息輸出模塊的輸入端。
2.根據權利要求1所述的微型智能配電控制系統，其特征在于，該微型智能配電控制系統還包括遠端的監控平臺，所述監控平臺采用服務器，所述服務器端通過數據通信連接所述信息輸出模塊輸出端。
3.根據權利要求2所述的微型智能配電控制系統，其特征在于，所述風力發電輸入模塊包括風力發電機、風電降壓單元、卸載單元、驅動單元及風電整流單元，所述風力發電機的電壓輸出端分別連接所述風電降壓單元的輸入端及卸載單元的輸入端，所述風電降壓單元的輸出端連接所述風電整流單元的輸入端，所述卸載單元的控制端連接所述控制模塊輸出端，所述驅動單元輸出端連接所述風電整流單元控制端。
4.根據權利要求3所述的微型智能配電控制系統，其特征在于，所述光伏發電輸入模塊包括太陽能電池板及穩壓單元，所述太陽能電池板的輸出端連接所述穩壓單元的輸入端。
5.根據權利要求4所述的微型智能配電控制系統，其特征在于，所述開關切換模塊包括風力電能開關單元及光伏發電開關單元。
6.根據權利要求5所述的微型智能配電控制系統，其特征在于，所述控制模塊包括風電電壓采樣單元、風電充電電流采樣單元、光伏電壓采樣單元、光伏充電電流采樣單元、蓄電池組電壓采樣單元及監測單元。
【文檔編號】H02J7/35GK204131206SQ201420427048
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年7月30日 優先權日:2014年7月30日
【發明者】李明, 呂志明, 胡小銀 申請人:深圳市賽寶倫計算機技術有限公司