CN109412263A - 交直流电源一体化及智能控制*** - Google Patents

交直流电源一体化及智能控制*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种交直流电源一体化及智能控制***，包括控制模块、电网电源、蓄电池组、太阳能模块、整流模块、逆变模块、直流用电设备和交流用电设备，其中，控制模块分别与电网电源、蓄电池组、太阳能模块、整流模块、逆变模块、交流用电设备和直流用电设备连接，用以控制其运行状态；电网电源分别与控制模块、整流模块、逆变模块和交流用电设备连接；蓄电池组分别与控制模块、太阳能模块、直流用电设备、逆变模块和整流模块连接，用以提供备用电源和释放电。本发明交直流电源一体化及智能控制***降低了维护成本，节约占地空间。

Description

交直流电源一体化及智能控制***
技术领域
本发明涉及电厂和变电站技术领域，尤其涉及一种交直流电源一体化及智能控制***。
背景技术
目前，变电站一般配置三套各自独立的操作电源***，即直流操作电源DC、直流变换电源DC/DC、交流不间断电源UPS，每套电源***单独配置蓄电池室、蓄电池组和监控管理***。为控制、信号、保护、自动装置以及某些执行机构等供电的直流电源***，通常称为直流操作电源。为微机、载波、消防等设备供电的交流电源***，通常称为交流操作电源；为交换机、远动等通信设备供电的直流电源***，则称为直流变换电源DC/DC，又称通信电源。
直流操作电源DC是在站用交流电源正常或事故状态下，均能够向变电站内所有控制、保护、自动装置等控制负荷和各类直流电动机、断路器合闸机构等设备保持可靠供电的电源。直流操作电源DC的***电压一般选择220V或110V，采用不接地方式。对220KV及以上变电站均装设两组蓄电池及两套充电装置，构成两电两充方式，采用单母线分段接线，两段母线之间设联络电器，两组蓄电池及两套充电装置分别接于不同母线段。从90年代开始智能高频开关电源技术的成熟，实现了模块化和并联热备份运行，蓄电池组则采用免维护的阀控式铅酸蓄电池，采用分布式计算机及现场总线技术对直流电源***进行集中监控，提高了充电模块的智能化管理水平及维护方便性，***运行的可靠性和技术水平取得了质的飞跃，目前在变电站中已完全取代相控电源而广泛应用。
直流变换电源DC/DC又称通信电源，它是变电站内载波机、***等通信设备及保护复接设备的电源。通信电源的***电压为48V，采用正极接地方式。220KV及以上变电站按两电两充设计，采用单母线接线，两组蓄电池及两套充电装置分别接于不同母线段，两段母线之间不设联络电器。
交流不间断电源UPS在变电站中为不允许短时停电的计算机监控设备供电，在可靠性及稳定性方面要求较高。交流不间断电源UPS一般均采用一用一备串联运行方式，即正常时由主机供电，主机故障时从机自动投入。交流不间断电源UPS正常状态下由交流电源供电，当交流电源消失或整流器、逆变器等元件故障，则由自带的蓄电池经逆变器向负载供电。从90年代中期开始，交流不间断电源UPS大量应用在变电站，由于其内置的蓄电池组容量小且没有专业的维护措施，成为威胁变电站稳定运行的潜在不确定因素。
变电站配置三套各自独立的操作电源存在以下问题：1.无法综合优化资源，各自独立的操作电源***重复配置蓄电池组，使一次投资增加。2.分散布置的设备增加了日常运行维护工作。3.由于各操作电源的不同供应商的技术标准的差异造成电源安装、服务等协调困难。
为了解决上述的缺陷，本发明者设计一种交直流电源一体化及智能控制***。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种交直流电源一体化及智能控制***。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种交直流电源一体化及智能控制***，包括：控制模块、电网电源、蓄电池组、太阳能模块、整流模块、逆变模块、直流用电设备和交流用电设备，其中，
所述控制模块分别与所述电网电源、所述蓄电池组、所述太阳能模块、所述整流模块、所述逆变模块、所述交流用电设备和所述直流用电设备连接，用以控制其运行状态；
所述电网电源分别与所述控制模块、所述整流模块和所述交流用电设备连接，用以提供工作电源；
所述太阳能模块与所述蓄电池组连接，用以提供备用充电；
所述蓄电池组分别与所述控制模块、所述直流用电设备连接，用以提供备用电源；
所述蓄电池组分别与所述逆变模块连接，用以为所述蓄电池组定期放电；
所述蓄电池组与所述太阳能模块连接，为所述蓄电池组提供备用电源，所述蓄电池组总容量根据下述公式计算：
p＝Ns*Np*Wp
上式中，所述蓄电池组的总容量P，蓄池组的串联块数Ns，所述蓄电池组的并联数Np，单块蓄电池峰值功率Wp，***额定输入电压U，单块蓄电池的峰值电流Io，负载日耗电量Pwh，在连续阴雨天期间，所述蓄电池组放电的总容量Cwh，日照最差季节每天的等效日照时间Td，所述蓄电池组发电量的修正系数η，η的数值为0,85，所述蓄电池组深度放电恢复周期以天计算D，所述蓄电池组放电回充等回路的损耗率Ka，Ka的数值为0.8。
进一步地，所述太阳能模块包括：太阳能板、底座、电机、蜗杆、蜗轮、蜗轮中心轴、开合支臂、滑块槽、滑块、滑块转轴和角度转轴，其中，
所述太阳能板与所述底座，通过所述角度转轴连接，
所述电机与所述蜗杆相连接，安装在所述底座内部；
所述开合支臂一端与所述涡轮通过所述涡轮中心轴连接，耦合于所述蜗杆上；
所述开合支臂另一端与所述滑块通过所述滑块转轴连接，所述滑块安装在所述滑块槽内；
所述滑块槽开设在所述太阳能板上；
所述太阳能板与所述底座之间，角度的变化，为所述蓄电池组提供相匹配的电源，所述太阳能板角度根据下述公式计算：
所述太阳能板角度γ，光照强度A，年均光照强度Ao，***需求电量Q，***年均总电量Qo，日照平均时间T，日照最差季节每天的等效日照时间Td，初始角度γo，角度修正系数C。
进一步地，所述开合支臂为钢板或管件做成的支架。
进一步地，底座内开设一电机槽。
进一步地，所述控制模块通过以太网与远程监控指挥端连接和数据中心连接。
进一步地，所述整流模块与所述蓄电池组连接与；
所述整流模块与所述直流用电设备连接。
进一步地，所述逆变模块与所述交流用电设备连接；
所述逆变模块与所述电网电源连接，用以提供定期放电。
进一步地，所述电网电源与所述整流模块连接，用以将交流电变成直流电；
所述整流模块与所述蓄电池组连接，用以提供充电。
进一步地，所述蓄电池组与所述直流用电设备连接，用以提供备用电源；
所述蓄电池组所述逆变设备连接，用以将直流电变成交流电。
进一步地，所述蓄电池组通过所述逆变模块与所述电网电源连接，用以为所述蓄电池组提供定期放电。
进一步地，蓄电池组同时与直流用电设备、整流模块和逆变模块连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，交直流电源一体化及智能控制***所有子***数据统一到一个数据端，连接到远程监控指挥端，实现数字化管控，降低维护成本；蓄电池组进行放电时浪费能源和存在安全隐患的技术弊端，交直流电源一体化及智能控制***将蓄电池释放的电能，通过逆变模块变成交流电，传递到电网电源中，进行安全合理的利用，节约了能源的同时规避了安全隐患。与现有技术相比，本发明的有益效果在于，克服了现有技术供电***也分配不同的专业人员进行维护管理的弊端，集中管控，降低维护成本，提高工作效率。
进一步地，本发明，所述太阳能模块包括：太阳能板、底座、电机、蜗杆、涡轮、蜗轮中心轴、开合支臂、滑块槽、滑块、滑块转轴和角度转轴，将通过角度转轴连接太阳能和底座，电机带动蜗杆做横向运动，涡轮通过涡轮中心轴连接开合支臂，耦合于蜗杆上，将水平运动变成垂直运动，开合支臂的另一端通过滑块转轴连接在滑块上，滑块置于滑块槽内，将直线运动变成曲线运动，滑块槽开设在太阳能板上，太阳能板产生角度变化，太阳能板角度根据下述公式计算：
所述太阳能板角度γ，光照强度A，年均光照强度Ao，***需求电量Q，***年均总电量Qo，日照平均时间T，日照最差季节每天的等效日照时间Td，初始角度γo，角度修正系数C，角度修正系数为0.93。
附图说明
图1为本发明实施例交直流电源一体化及智能控制***工作原理示意图；
图2为本发明实施例交直流电源一体化及智能控制***太阳能模块工作原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1所示，其为本发明实施例交直流电源一体化及智能控制***工作原理示意图，本实施例包括：控制模块、电网电源、整流模块、蓄电池组、太阳能模块、直流用电设备和交流用电设备，所述控制模块分别与所述电网电源、所述蓄电池组、所述太阳能模块、所述交流用电设备和所述直流用电设备连接，用以控制其运行状态；所述电网电源分别与所述控制模块、所述整流模块和所述交流用电设备连接，用以提供电源；所述蓄电池组分别与所述直流用电设备、所述逆变模块连接，用以提供备用电源。
具体而言，控制模块通过以太网同时与远程监控指挥端和远程数据中心连接，控制模块同时与直流用电设备、交流用电设备、电网电源和逆变模块连接。
具体而言，电网电源同时与整流模块、交流用电设备、控制模块和逆变模块连接，电网电源通过整流模块，将将交流电变成直流电，为直流用电设备和蓄电池组提供电源；电网电源直接为交流用电设备和控制模块提供电源。
具体而言，蓄电池组同时与直流用电设备、整流模块和逆变模块连接，蓄电池组为直流用电设备提供备用电源，蓄电池释放的电能，通过逆变模块变成交流电，传递到电网电源中，进行安全合理的利用，节约了能源的同时规避了安全隐患。
具体而言，蓄电池组与太阳能模块连接，控制模块控制太阳能模块，为蓄电池组提供备用电源；蓄电池组总容量根据下述公式计算：
p＝Ns*Np*Wp
上式中，所述蓄电池组的总容量P，蓄池组的串联块数Ns，所述蓄电池组的并联数Np，单块蓄电池峰值功率Wp，***额定输入电压U，单块蓄电池的峰值电流Io，负载日耗电量Pwh，在连续阴雨天期间，所述蓄电池组放电的总容量Cwh，日照最差季节每天的等效日照时间Td，所述蓄电池组发电量的修正系数η，η的数值为0,85，所述蓄电池组深度放电恢复周期以天计算D，所述蓄电池组放电回充等回路的损耗率Ka，Ka的数值为0.8。
具体而言，所述蓄电池组的总容量P由蓄池组的串联块数Ns、所述蓄电池组的并联数Np和单块蓄电池峰值功率Wp三个变量来确定；其中，所述蓄电池组的并联数Np具体数值由所述额定输入电压U、所述单块蓄电池的峰值电流Io、所述日照最差季节每天的等效日照时间Td、所述所述蓄电池组发电量的修正系数η，η的数值为0,85、所述蓄电池组深度放电恢复周期以天计算D和所述蓄电池组放电回充等回路的损耗率Ka，Ka的数值为0.8来确定，确定好这些数值，就能确定相对应的Np的数值，进而能确定所述蓄电池组的总容量P。
具体而言，通过以上计算公式，为不同的使用单位提供相匹配的蓄电池组的总容量，既能确保用电***有充足的运营功率，又不至于使设备过大，造成浪费。
请参阅图2所示，其为本发明实施例交直流电源一体化及智能控制***太阳能模块工作原理示意图，本实施例太阳能模块包括：太阳能板2、滑块槽21、滑块22、滑块转轴23、底座1、电机槽11、电机12、蜗杆13、涡轮14、蜗轮中心轴15、开合支臂3和角度转轴4，太阳能板2通过角度转轴4连接在底座1上，在底座1上开一个电机槽11，将电机12安装在电机槽11中，电机12输出轴保持水平，在电机输出轴上连接蜗杆13，电机12向蜗杆13输出一旋转动作。蜗杆13与涡轮14耦合，将水平旋转运动转化为直线运动；开合支臂3一端通过涡轮中心轴15连接在涡轮14上，并随其一起运动，开合支臂3另一端通过滑块转轴23连接在滑块22上，输出曲线运动。在太阳能板2上开设一滑块槽21,以及在滑块槽21内移动滑块22，在开合支臂3的带动下，滑块22沿滑块槽21做相对直线运动。滑块22带动滑块槽21，也即，带动太阳能板2做曲线运动，调整相对应的控制角度，发出匹配的电量。
具体而言，随着四季的变化，阳光的照射角度也随之发生变化，太阳能板2与底座1通过角度转轴4连接方式，使太阳能板2能充分的接收阳光，智能调整太阳能板2与阳光接收角度，能利用最合理的设备，最大化的利用自然资源。
在本实施例中，开合支臂3为一板和管材做的支架，只需能够控制太阳能板2平稳开合即可。
具体而言，为了维持太阳光的采光效率，采用为太阳能板2的配置底座1的方案，太阳能板2与底座1之间的角度根据下述公式计算：
所述太阳能板角度γ，光照强度A，年均光照强度Ao，***需求电量Q，***年均总电量Qo，日照平均时间T，日照最差季节每天的等效日照时间Td，初始角度γo，角度修正系数C，角度修正系数为0.93。
具体而言，调整所述太阳能板2与底座1之间的角度γ，使之合理的接收阳光照射；γ的变化是由光照强度A、年均光照强度Ao、***需求电量Q、***年均总电量Qo、日照平均时间T、日照最差季节每天的等效日照时间Td、初始角度γo和角度修正系数C，角度修正系数为0.93来确定的；依据上述公式，设备生产方可以将此公式植入到控制模块，根据季节和天气的变化，智能的调节出最合理的角度，最大化的发挥其功能。
以上所述，该交直流电源一体化及智能控制***，分层分布式结构，分散测量控制，集中管理，安全，稳定，通过一体化控制模块将电网电源、蓄电池组、太阳能模块、整流模块、逆变模块、直流用电设备、交流用电设备子***网络化，实现电源信息共享，能实现蓄电池组的放电能量的有效利用，节约能源，还能使其放电过程简单化且不产生高热辐射，达到安全和环保的效果，具有很好的实用性，能产生较高的经济效益和良好的社会效应。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种交直流电源一体化及智能控制***，其特征在于，包括：控制模块、电网电源、蓄电池组、太阳能模块、整流模块、逆变模块、直流用电设备和交流用电设备，其中，
所述控制模块分别与所述电网电源、所述蓄电池组、所述太阳能模块、所述整流模块、所述逆变模块、所述交流用电设备和所述直流用电设备连接，用以控制其运行状态；
所述电网电源分别与所述控制模块、所述整流模块和所述交流用电设备连接，用以提供工作电源；
所述太阳能模块与所述蓄电池组连接，用以提供备用充电；
所述蓄电池组分别与所述控制模块、所述直流用电设备连接，用以提供备用电源；
所述蓄电池组分别与所述逆变模块连接，用以为所述蓄电池组定期放电；
所述蓄电池组与所述太阳能模块连接，为所述蓄电池组提供备用电源，所述蓄电池组总容量根据下述公式计算：
p＝Ns*Np*Wp
上式中，所述蓄电池组的总容量P，蓄池组的串联块数Ns，所述蓄电池组的并联数Np，单块蓄电池峰值功率Wp，***额定输入电压U，单块蓄电池的峰值电流Io，负载日耗电量Pwh，在连续阴雨天期间，所述蓄电池组放电的总容量Cwh，日照最差季节每天的等效日照时间Td，所述蓄电池组发电量的修正系数η，η的数值为0,85，所述蓄电池组深度放电恢复周期以天计算D，所述蓄电池组放电回充等回路的损耗率Ka，Ka的数值为0.8。
2.根据权利要求1所述的交直流电源一体化及智能控制***，其特征在于，所述太阳能模块包括：太阳能板、底座、电机、蜗杆、蜗轮、蜗轮中心轴、开合支臂、滑块槽、滑块、滑块转轴和角度转轴，其中，
所述太阳能板与所述底座，通过所述角度转轴连接，
所述电机与所述蜗杆相连接，安装在所述底座内部；
所述开合支臂一端与所述涡轮通过所述涡轮中心轴连接，耦合于所述蜗杆上；
所述开合支臂另一端与所述滑块通过所述滑块转轴连接，所述滑块安装在所述滑块槽内；
所述滑块槽开设在所述太阳能板上；
所述太阳能板与所述底座之间，角度的变化，为所述蓄电池组提供相匹配的电源，所述太阳能板角度根据下述公式计算：
所述太阳能板角度γ，光照强度A，年均光照强度Ao，***需求电量Q，***年均总电量Qo，日照平均时间T，日照最差季节每天的等效日照时间Td，初始角度γo，角度修正系数C。
3.根据权利要求2所述的交直流电源一体化及智能控制***，其特征在于，所述开合支臂为钢板或管件做成的支架。
4.根据权利要求2所述的交直流电源一体化及智能控制***，其特征在于，底座内开设一电机槽。
5.根据权利要求1所述的交直流电源一体化及智能控制***，其特征在于，
所述控制模块通过以太网与远程监控指挥端连接和数据中心连接。
6.根据权利要求1所述的交直流电源一体化及智能控制***，其特征在于，
所述整流模块与所述蓄电池组连接与；
所述整流模块与所述直流用电设备连接。
7.根据权利要求1所述的交直流电源一体化及智能控制***，其特征在于，
所述逆变模块与所述交流用电设备连接；
所述逆变模块与所述电网电源连接，用以提供定期放电。
8.根据权利要求1所述的交直流电源一体化及智能控制***，其特征在于，
所述电网电源与所述整流模块连接，用以将交流电变成直流电；
所述整流模块与所述蓄电池组连接，用以提供充电。
9.根据权利要求1所述的交直流电源一体化及智能控制***，其特征在于，
所述蓄电池组与所述直流用电设备连接，用以提供备用电源；
所述蓄电池组所述逆变设备连接，用以将直流电变成交流电。
10.根据权利要求1所述的交直流电源一体化及智能控制***，其特征在于，
所述蓄电池组通过所述逆变模块与所述电网电源连接，用以为所述蓄电池组提供定期放电。
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