CN100414809C - 可再生能源与市电的智能控制*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可再生能源与市电的智能控制***。该***是由一个主控制器和多个支路控制器构成的分布式控制***，主控制器与各支路控制器通过通讯接口连接；***中将可再生能源接入蓄电池组，通过辅助充电电源给蓄电池充电；主控制器对各负载、可再生能源、蓄电池组电流、电压等参数的监测和采样，经过分析处理，主控制器输出控制信号控制蓄电池的充放电，并通过通讯接口控制支路控制器，从而自动选择市电或蓄电池给负载供电。该***接入市电，减少了蓄电池的设计容量，降低整个***的成本，最大程度地利用可再生能源，提高蓄电池使用寿命，最大程度地节约能源。本***可广泛用于低压直流用电设备及低压直流照明***中。

Description

可再生能源与市电的智能控制***
技术领域
本发明涉及电能存储***，进一步来说，涉及用于电池组充电或电池组向负载供电的控制***。
背景技术
可再生能源发电包括风力发电、光伏发电、小水电、生物质能发电、沼气发电和地热发电等。目前应用最广泛、前景最好的可再生能源是太阳能光伏发电，利用太阳电池这种半导体器件把太阳辐射能直接转换成电能，发电过程不排放和发射任何害物质，无污染；发电***没有运动部件，而有模块化特征，具有可分散就地设置、机动灵活、运行可靠、维护简便、建设周期短等一系列优点，是一种十分理想的可再生洁净能源。光伏发电***存在的主要问题：如果***要保证几天的供电，必须在一天内把几天的用电量充入蓄电池备用，这就要求可再生能源和蓄电池的容量足够大，从而造成了能源和蓄电池的浪费，还会大幅度增加***成本，影响其经济性。近年来，人们研究了能源转换的一些技术方案，例如中国专利申请CN98240046.2号“智慧型太阳能照明电充放电控制装置”、CN99122223.7号“太阳能电池及负载互动操控***”、CN200410001568.1号“智能型电源供应器及其控制方法”、CN200510083051.6号“能源***及其控制方法”等。这些技术方案都有能源切换的功能，但可再生能源往往需要市电作为补充或调剂的能源，迄今为止还没有将太阳能等可再生能源与市电相互切换的智能控制***出现。
发明内容
本发明的目的是提供一种可再生能源与市电的智能控制***，最大程度地利用可再生能源，同时又不影响供电质量，使***性能和成本最低，以利于***的推广应用。通过可再生能源低压供电与市电互补的设计，解决独立光伏发电***存在的主要问题，使***达到了性能和成本的优化；更为重要的是本控制器的应用，可以使可再生能源(太阳能和风能)不能独立供电的地区也能充分利用可再生能源，从而达到节约能源的目的。
为实现这一目的，发明人提供的可再生能源与市电的智能控制***是由一个主控制器和多个支路控制器构成的分布式控制***，主控制器与各支路控制器通过通讯接口连接；***中将可再生能源接入蓄电池组，通过辅助充电电源给蓄电池充电；主控制器对各负载、可再生能源、蓄电池组电流、电压等参数的监测和采样，经过分析处理，主控制器输出控制信号控制蓄电池的充放电，并通过通讯接口控制支路控制器，从而自动选择市电或蓄电池给负载供电。
上述可再生能源包括风力发电、光伏发电、小水电、生物质能发电、沼气发电和地热发电，在本***中主要应用的是光伏发电和风力发电。
上述***中的负载可以是常规负载，也可以是应急负载。
上述主控制器由电流电压采样电路、模数变换电路、辅助控制电路、单片微处理器、485通讯接口和液晶显示器构成，其中的辅助控制电路包括辅助电源接通控制、蓄电池均充控制及浮充控制、电流开关控制电路。
上述支路控制器由电流电压采样电路、模数变换电路、普通回路电流开关电路、应急回路电流开关电路、单片微处理器、AC-DC开关电源、RS485接口、状态显示构成，其中电流电压采样电路包括AC-DC输出电压采样电路、AC-DC输出电流采样电路、蓄电池回路电流采样电路。
本发明提供的可再生能源与市电的智能控制***工作原理是：
把光伏电池或风力发电机组等可再生能源接入蓄电池组，通过辅助充电电源给蓄电池充电，同时给用电设备(简称负载)供电；负载的供电由主控制器通过通讯接口输出控制信号给各支路控制器，由各支路控制器给负载供电。主控制器对各负载、可再生能源(光伏电池或风力发电机组)、蓄电池组电流、电压等参数的监测和采样，经过分析处理，主控制器输出控制信号控制光伏电池或风力发电机组、蓄电池的充放电，并通过通讯接口控制支路控制器，从而选择市电或蓄电池给负载给供电。电路设计中采用了可控恒压限流电路，通过电流电压反馈控制，限制流入蓄电池的电流和蓄电池的端电压，减少电源电压波动对蓄电池的影响，从而有效提高蓄电池的使用寿命。
***中的主控制器工作原理是：光伏电池或风力发电机电流采样信号、***输出电流采样信号、蓄电池电压采样信号、光伏电池或风力发电机电压采样信号等模拟信号通过模数转换器转换成数字信号，经单片微处理器分析处理后，输出控制信号，由485通讯接口传输给各支路控制器，从而给负载供电；同时控制可再生能源或市电的接入，以及蓄电池组的均衡充放电。液晶显示器可以监视***的运行状态和故障状态，以利于工作人员随时了解***的运行状态，并及时处理故障。
各支路控制器工作原理是：支路控制器中的AC-DC输出电压采样信号、AC-DC输出电流采样信号、蓄电池回路电流采样信号等模拟信号通过模数转换器转换成数字信号，经单片微处理器分析处理后，输出控制信号给RS 485接口、负载回路开关，并显示其工作状态；单片微处理器分析处理后的数据通过RS 485接口传输主控制器，经主控制器分析处理后输出信号控制支路控制器，由支路控制器控制普通回路电流开关或应急回路电流开关的开启，从而控制蓄电池接入普通负载或应急负载。
本发明提供的可再生能源与市电的智能控制***具有以下优点：(1)接入市电，减少了可再生能源和蓄电池的设计容量，大大降低整个***的成本，解决了***造价高、难以推广的难题，最大程度地利用光伏电池或风力发电机组等可再生能源，提高蓄电池使用寿命，使可再生能源、蓄电池、市电得到高效的利用，最大程度地节约能源；(2)采用低压直流供电，无逆变器，提高了***运行的可靠性；(3)采用智能控制，可以监视***的运行状态和故障状态；(4)充分利用可再生能源发电的特性，使可再生能源的广泛应用成为现实。本***可广泛用于低压直流用电设备及低压直流照明***中。
附图说明
图1为可再生能源与市电的智能控制***工作原理图，图2为主控制器原理图，图3为为各支路控制器原理图。
具体实施方式
实施例本智能控制***应用于贵州省某办公大厦楼道照明、电梯间照明、盥洗室及卫生间照明、消防照明及大厦应急照明。
1***组成及原理
该照明工程为太阳能和市电结合的直流低压供电***。***由太阳能电池组件及支架、智能控制***、蓄电池组和负载四部分组成，负载为LED照明灯。
智能控制***由主控制器、通讯接口和多个支路控制器构成。主控制器对各LED照明灯、光伏电池、蓄电池组电流、电压等参数的监测和采样，经过分析处理，主控制器输出控制信号控制光伏电池、蓄电池的充放电，并通过通讯接口控制支路控制器，从而选择市电或蓄电池给LED照明灯给供电，最大程度地利用太阳能，使太阳能、蓄电池、市电得到高效的利用，最大程度地节约能源，延长蓄电池寿命，降低***成本。当有太阳光时，太阳能电池组件接收太阳光输出电能，通过辅助充电电源给蓄电池充电，然后由蓄电池给LED照明灯供电；无太阳光时，由市电接入，通过辅助充电电源给蓄电池充电，然后由蓄电池给LED照明灯供电。停电时，能保证一定时间的应急照明。
2工程内容
该照明工程共提供该大厦共17层的楼道、电梯间、盥洗室及卫生间、消防等公共场所照明及大厦停电时的应急照明，本***供电电压为低压直流24V。根据大厦照明面积及应急照明要求，太阳能电池选择单晶硅电池，总功率为1600W；蓄电池为通信用阀控式密封铅酸蓄电池，电池额定容量为200Ah；每层使用LED照明灯56盏，每盏灯电流为200mA，功率为4.8W，17层共用LED照明灯952盏。大厦停电时，有选择地接通应急LED照明灯300盏，以保证约3小时的应急照明时间。本***可为952盏功率4.8W的LED照明灯供电，并保证300盏功率4.8W照明灯约3小时的应急照明。

Claims (5)

1. 一种可再生能源与市电的智能控制***，其特征在于该***是由一个主控制器和多个含有单片微处理器的支路控制器构成的分布式控制***，主控制器与各支路控制器通过通讯接口连接；***中将可再生能源接入蓄电池组，通过辅助充电电源给蓄电池充电；主控制器对各负载、可再生能源、以及蓄电池组电流和电压参数的监测和采样，经过分析处理，主控制器输出控制信号控制蓄电池的充放电，并通过通讯接口控制支路控制器，从而自动选择市电或蓄电池给负载供电。
2. 如权利要求1所述智能控制***，其特征在于所述可再生能源包括风力发电、光伏发电、小水电、生物质能发电、沼气发电和地热发电。
3. 如权利要求1所述智能控制***，其特征在于所述***中的负载是常规负载或应急负载。
4. 如权利要求1所述智能控制***，其特征在于所述主控制器由电流电压采样电路、模数变换电路、辅助控制电路、单片微处理器、485通讯接口和液晶显示器构成，其中的辅助控制电路包括辅助电源接通控制、蓄电池均充控制及浮充控制、电流开关控制电路。
5. 如权利要求1所述智能控制***，其特征在于所述支路控制器由电流电压采样电路、模数变换电路、普通回路电流开关电路、应急回路电流开关电路、所述的单片微处理器、AC-DC开关电源、RS485接口、状态显示构成，其中电流电压采样电路包括AC-DC输出电压采样电路、AC-DC输出电流采样电路和蓄电池回路电流采样电路。
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