一种面向电物联网节点光混合供电系统

申请号 CN201610695616.4 申请日 2016-08-18 公开(公告)号 CN106253801A 公开(公告)日 2016-12-21
申请人 国网天津市电力公司; 国家电网公司; 发明人 卢立秋; 郭军科; 贺欣; 于香英; 吴明雷; 卢修春; 于金山; 刘鸿芳; 路菲; 郝春艳; 刘盛终; 张佳成; 姜玲; 苏展; 赵鹏; 杜涛;
摘要 本 发明 公开了一种面向电 力 物联网 节点 的 风 光混合供电系统,该系统包括 风力 发 电机 、 太阳能 电池 板、 蓄电池 组、风光互补 控制器 、DC-AC逆变器、DC-DC 变压器 、卸荷器、监控单元、3G无线通信模 块 、状态数据 服务器 、手机用户端。本发明弥补了风电和光电独立系统各自在资源上供电的 缺陷 ,保障电力物联网终端、特别是偏远地区或无人值守情况下的正常运行,同时可以通过移动端对系统进行远程监控,及时掌握系统实时信息及故障信息,其装置结构简单,系统可靠,成本低,监控实时便捷, 能源 利用率高,环境友好。
权利要求

1.一种面向电物联网节点光混合供电系统,其特征在于:包括风力电机太阳能电池板、卸荷器、风光互补控制器蓄电池组、DC-AC逆变器、DC-DC变压器、监控单元、3G无线通信模、状态数据服务器及手机用户端,所述风力发电机和太阳能电池板的电力输出端均通过风光互补控制器与蓄电池组连接,为蓄电池组充电,风光互补控制器与卸荷器连接,由卸荷器卸载风力发电机和太阳能电池板输出的多余的能量,风光互补控制器与DC-AC逆变器连接,为交流用电器负载提供电力,风光互补控制器与DC-DC变压器连接,为直流用电器负载提供电力,风光互补控制器通过蓄电池组与监控单元连接,由监控单元控制风光互补控制器的工作状态,同时,风力发电机和太阳能电池板的数据输出端与监控单元连接,由监控单元实时采集风力发电机和太阳能电池板的工作参数,监控单元的数据输出端与3G无线通信模块连接,3G无线通信模块的数据发送端与状态数据服务器无线连接,将风力发电机和太阳能电池板的工作参数发送给状态数据服务器进行处理并储存,状态数据服务器与手机用户端无线连接,手机用户端实时调用状态数据服务器中风力发电机和太阳能电池板的工作参数,并向状态数据服务器发送对风力发电机和太阳能电池板的控制指令信号
其中,所述风力发电机、太阳能电池板以及蓄电池组的选型与电力物联网终端的能源消耗量有关,设计的最大极限为在电力物联网终端每天至少工作4小时的情况下,满足至少连续阴雨天数为7天的电力供给;
其中,所述风光互补控制器采用PWM方式控制风力发电机和太阳能电池板对蓄电池组进行限流限压充电;
其中,所述风力发电机和太阳能电池板的数据端与监控单元连接,是将风力发电机和太阳能电池板的输出电压电流经信号调理后送到监控单元,并按照通信协议打包,通过
3G无线通信模块将信息发送到状态数据服务器,状态数据服务器将获取的信息处理后存储至数据库中,供手机用户端调用;
其中,所述监控单元包括串口通信模块,串口通信模块接收风力发电机和太阳能电池板的电流电压数据,并将该电流电压数据通过电压电流传感器进行采集,电压电流传感器与ATmega8单片机连接,由ATmega8单片机对电压电流传感器的输出数据进行处理,ATmega8单片机与无线收发模块连接,控制无线收发模块的工作状态,电源管理模块为监控单元提供电源。
2.根据权利要求1所述的面向电力物联网节点的风光混合供电系统,其特征在于:所述风光互补控制器设定有停机转速,当风力发电机超过此停机转速后,控制器将停止风力发电机运行,10min后再自动恢复风力发电机运行。
3.根据权利要求1所述的面向电力物联网节点的风光混合供电系统,其特征在于:所述风光互补控制器设有风机的低压充电模块,该低压充电模块使风力发电机在低转速下以恒定的输入阻抗对蓄电池充电,该输入阻抗通过通信串口修改,同时,低压充电模块通过通信串口设定风力发电机开始充电电压,只有风力发电机电压大于该开始充电电压时,风力发电机才会给蓄电池充电。

说明书全文

一种面向电物联网节点光混合供电系统

技术领域

[0001] 本发明属于电子控制设备技术领域,特别是一种面向电力物联网节点的风光混合供电系统。

背景技术

[0002] 随着常规能源的逐步消耗,可再生能源日益引起人们的关注,风能太阳能从众多可再生能源中脱颖而出。风力资源和阳光资源在不同的地域、季节、天气条件分布不同,在时间上和地域上都有很强的互补性:白天太阳光最强时风很小,晚上太阳落山后光照很弱但由于地表温差变化大而风能加强;夏季太阳光强度大而风小,冬季太阳光强度弱而风大。风光互补发电系统弥补了风电和光电独立系统各自在资源上的缺陷
[0003] 风光发电系统的能量输出因周围环境的变化而表现出较大的差异,对风光发电系统进行实时监测,可以获得原始测量数据,为系统的改进与优化提供有用数据,同时对系统环境参数及其系统本身的电气性能进行监测和分析是保证系统正常高效运行的前提。另外,由于电力无联网终端的运行一般是在偏远地区或无人值守的情况下进行,对地面上很分散的风光系统进行监测维护是十分困难繁琐的,需要大量的时间和人力物力,因此在风光发电系统中采用物联网远程监控系统具有重要意义。

发明内容

[0004] 本发明的目的是针对现有技术的不足,而提出一种面向电力物联网节点的风光混合供电系统。
[0005] 本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:
[0006] 一种面向电力物联网节点的风光混合供电系统,包括风力发电机太阳能电池板、卸荷器、风光互补控制器蓄电池组、DC-AC逆变器、DC-DC变压器、监控单元、3G无线通信模、状态数据服务器及手机用户端,所述风力发电机和太阳能电池板的电力输出端均通过风光互补控制器与蓄电池组连接,为蓄电池组充电,风光互补控制器与卸荷器连接,由卸荷器卸载风力发电机和太阳能电池板输出的多余的能量,风光互补控制器与DC-AC逆变器连接,为交流用电器负载提供电力,风光互补控制器与DC-DC变压器连接,为直流用电器负载提供电力,风光互补控制器通过蓄电池组与监控单元连接,由监控单元控制风光互补控制器的工作状态,同时,风力发电机和太阳能电池板的数据输出端与监控单元连接,由监控单元实时采集风力发电机和太阳能电池板的工作参数,监控单元的数据输出端与3G无线通信模块连接,3G无线通信模块的数据发送端与状态数据服务器无线连接,将风力发电机和太阳能电池板的工作参数发送给状态数据服务器进行处理并储存,状态数据服务器与手机用户端无线连接,手机用户端实时调用状态数据服务器中风力发电机和太阳能电池板的工作参数,并向状态数据服务器发送对风力发电机和太阳能电池板的控制指令信号
[0007] 其中,所述风力发电机、太阳能电池板以及蓄电池组的选型与电力物联网终端的能源消耗量有关,设计的最大极限为在电力物联网终端每天至少工作4小时的情况下,满足至少连续阴雨天数为7天的电力供给;
[0008] 其中,所述风光互补控制器采用PWM方式控制风力发电机和太阳能电池板对蓄电池组进行限流限压充电;
[0009] 其中,所述风力发电机和太阳能电池板的数据端与监控单元连接,是将风力发电机和太阳能电池板的输出电压电流经信号调理后送到监控单元,并按照通信协议打包,通过3G无线通信模块将信息发送到状态数据服务器,状态数据服务器将获取的信息处理后存储至数据库中,供手机用户端调用;
[0010] 其中,所述监控单元包括串口通信模块,串口通信模块接收风力发电机和太阳能电池板的电流电压数据,并将该电流电压数据通过电压电流传感器进行采集,电压电流传感器与ATmega8单片机连接,由ATmega8单片机对电压电流传感器的输出数据进行处理,ATmega8单片机与无线收发模块连接,控制无线收发模块的工作状态,电源管理模块为监控单元提供电源。
[0011] 而且,所述风光互补控制器设定有停机转速,当风力发电机超过此停机转速后,控制器将停止风力发电机运行,10min后再自动恢复风力发电机运行。
[0012] 而且,所述风光互补控制器设有风机的低压充电模块,该低压充电模块使风力发电机在低转速下以恒定的输入阻抗对蓄电池充电,该输入阻抗通过通信串口修改,同时,低压充电模块通过通信串口设定风力发电机开始充电电压,只有风力发电机电压大于该开始充电电压时,风力发电机才会给蓄电池充电。
[0013] 本发明的优点和积极效果是:
[0014] 本发明能够弥补风电和光电独立系统各自在资源上供电的缺陷,保障电力物联网终端、特别是偏远地区或无人值守情况下的正常运行,同时可以通过移动端对系统进行远程监控,及时掌握系统实时信息及故障信息,其装置结构简单,系统可靠,成本低,监控实时便捷,能源利用率高,环境友好。附图说明
[0015] 图1为本发明的结构示意图。
[0016] 图2为本发明涉及的监控模块的结构示意图。

具体实施方式

[0017] 以下对本发明实施例做进一步详述:需要强调的是,本发明所述的实施例是说明性的,而不是限定性的,因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例,凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其它实施方式,同样属于本发明保护的范围。
[0018] 一种面向电力物联网节点的风光混合供电系统,如图1所示,包括风力发电机、太阳能电池板、卸荷器、风光互补控制器、蓄电池组、DC-AC逆变器、DC-DC变压器、监控单元、3G无线通信模块、状态数据服务器及手机用户端,所述风力发电机和太阳能电池板的电力输出端都与风光互补控制器连接,风光互补控制器与卸荷器连接,风光互补控制器通过DC-AC逆变器与交流用电器负载连接,风光互补控制器通过DC-DC变压器与直流用电器负载连接,风光互补控制器通过蓄电池组与监控单元连接,同时,风力发电机和太阳能电池板的数据端连接到监控单元,监控单元的数据输出端与3G无线通信模块连接,3G无线通信模块的数据发送端与状态数据服务器无线连接,状态数据服务器与手机用户端无线连接。
[0019] 其中,所述风力发电机、太阳能电池板以及蓄电池组的选型与电力物联网终端的能源消耗量有关,设计的最大极限为在电力物联网终端每天至少工作4小时的情况下,满足至少连续阴雨天数为7天的电力供给。
[0020] 在本发明的具体实施中,作为本发明的一个优选实例,所述风力发电机采用FM-FH100型风力发电机,该机组的风轮直径1.8m,额定转速400r/min,额定功率100W,额定工作电压28V,额定风速8m/s,重量30kg,启动风速为2.5m/s,安全风速30m/s,立架高度6~10m,采用电磁限速调速方式;所述太阳能电池板采用YM-PV100型单晶光伏组件。该组件的峰值功率100W,峰值电压18.2V,峰值电流5.88A,开路电压21.6V,短路电流6.35A,功率偏差±5%;所述蓄电池组采用普通铅酸蓄电池,采用12V/100Ah铅酸蓄电池组;原则上铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池和性镍镉蓄电池等都可以与设计的系统配套使用,但考虑到价位和维护方便,通常采用普通铅酸蓄电池。根据极限情况可以计算出蓄电池组的最大容量。
[0021] 其中,所述风光互补控制器采用PWM方式控制风力发电机和太阳能电池板对蓄电池组进行限流限压充电,也就是当风机和太阳能总充电电流小于限流点时,风力发电机和太阳能电池板的能量全部给蓄电池组充电,当风力发电机和太阳能电池板的总电流大于限流点时,以限流点的电流给蓄电池组充电,多余的能量通过PWM方式卸载,同时,风光互补控制器提供交、直流两种类型的输出,
[0022] 在本发明的具体实施中,所述风光互补控制器实现精确的风力发电机转速控制,设定有停机转速,当风力发电机超过此停机转速后,控制器将停止风力发电机运行,10min后再自动恢复风力发电机运行。
[0023] 在本发明的具体实施中,所述风光互补控制器设有风机低压充电模块,该模块使风力发电机在低转速下对蓄电池充电,在低转速下充电时以恒定的输入阻抗对蓄电池充电,该输入阻抗通过通信串口修改,同时,低压充电模块通过通信串口设定风力发电机开始充电电压,只有风力发电机电压大于该开始充电电压时,风力发电机才会给蓄电池充电。进一步的,所述风光互补控制器配有专用的监控软件,可以对系统参数进行设定和修改,同时可以对系统中风机和负载的运行进行控制。
[0024] 其中,所述卸荷器是当风力发电机和太阳能电池板输出总电流大于限流点时,以限流点的电流给蓄电池充电,当蓄电池组电压达到限压点时,风力发电机和太阳能电池板以限压点对蓄电池充电,多余的能量通过PWM方式由卸荷器卸载。
[0025] 其中,所述风力发电机和太阳能电池板的数据端连接到监控单元,是将风力发电机和太阳能电池板的输出电压及电流经信号调理后送到监控单元,并按照通信协议打包,通过3G无线通信模块将信息发送到状态数据服务器,状态数据服务器将获取的信息处理后存储至数据库中,供手机用户端调用,实时显示当前风光系统运行情况,所述监控单元通过蓄电池组与风光互补控制器连接,是当系统出现问题时,监控单元将通过风光互补控制器自动切断负载,并将故障信息发送给状态数据服务器。
[0026] 其中,如图2所示,所述监控单元包括串口通信模块,串口通信模块接收风力发电机和太阳能电池板的电流电压数据,并将该电流电压数据通过电压电流传感器进行采集,电压电流传感器与ATmega8单片机连接,由ATmega8单片机对电压电流传感器的输出数据进行处理,ATmega8单片机与无线收发模块连接,控制无线收发模块的工作状态,电源管理模块为监控单元提供电源。
[0027] 在本发明的具体实施中,监控单元串口通信模块采用低功耗的MAX232芯片,完成了节点模块与PC机的通信。数据采集模块中ATmega8、电压霍尔传感器的电源为±15V,所以采用LM2576作为稳压模块,将±15V稳定在+5V。根据现场的风机和光伏组件的输出电压及输出电流,选用的电流霍尔传感器为ACS712,具有良好的线性度;霍尔电压传感器为HFV510/25A型。
[0028] 在本发明的具体实施中,3G无线通信模块主要完成无线数据通信的功能,采用SY-3G工业级3G无线通讯模块,该模块是基于3G移动网络(CDMA20001X、EVDO、WCDMA)的支持工业网络协议、具有解析、网关、加密进行数据安全传输的工业通讯产品。SY-3G工业级3G无线通讯模块采用标准的以太网协议,支持S-Link虚拟专用网络协议加密。SY-3G工业级3G无线通讯模块内置国外主流工业级无线通信模块,采用高性能的32位嵌入式处理器,用Linux嵌入式系统,特别针对无线网络不稳定、延时大等特性对系统进行优化,确保网络连接的可靠性和设备的稳定性,整套设备采用模块化设计,基于通用的基础平台,符合工业级标准。通过SY-3G工业级3G无线通讯模块,可以实现远程的数据交换,以及在线监控。
[0029] 在本发明的具体实施中,状态数据服务器将获取的信息处理后存储至数据库中,监控中心或用户通过客户端软件即可从服务器上调用数据实时显示当前风光系统运行情况。
[0030] 在本发明的具体实施中,手机用户端主要是方便用户可从服务器上调用数据实时显示当前风光系统运行情况。
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