CN1003753B - 光电电源控制系统 - Google Patents

Abstract

一种光电电源控制系统，它装有只少一个把太阳能电池组的输出变成安流电源的变换器，具有充放电控制装置，通过检测所述太阳能电池组的输出相对于所述变换器变换的要用交流功率之间的多余或经短缺，把所述的功率的多余部分充给一个蓄电池组，而把所述的功率的经缺部分从该蓄电池组中放出，其改进包括，天气波动模式选择装置，根据太阳能电池组产生电能当天的天气预报，从多种天气模式中选出一种，适用模式选择装置，用来从对应所述天气模式的各种变换器工作方式中选出一个与选定的天气模式对应的变换器工作方式。

Description

光电电源控制系统

本发明涉及一种光电电源控制系统，用于变换依靠接收太阳光来产生电能的太阳能电池组的输出。更具体地说，涉及一种改进的光电电源控制系统，它能根据太阳辐射量的波动有效地进行控制。

有一种众所周知的光电电源控制系统，通过下述的方式来控制蓄电池组，把电能有效地供给一个负载系统，即当通过一个变换器把太阳能电池组的输出供给负载系统的同时，或对蓄电池组充上额外的电能，或放去一些存储的电能。

然而，因为太阳能电池组受产生电能时的天气状况的影响很大，尤其是太阳辐射量的波动，仅仅通过可充放的蓄电池组的措施不足以获得一个稳定的电能供给。

因此，本发明总的目的是提供一种光电电池控制系统，它能够消除上述先有技术中所存在的问题。

为了达到上述目的，主要是提供一种如下结构的光电电源控制系统。如图Ⅰ所示，通过天气波动模式选择装置11，比如，根据早晨的天气预报等，从已有的多种天气模式中，选择一个产生电能的当天的天气模式，根据选择的这种天气波动模式，通过适用模式选择装置15选择一个用于确定变换器2，3和4启动时间的适用模式，按照该适用模式变换器2，3和4把该电源变换成交流（AC）电源。在此同时，当太阳能电池组1的输出相对于变换器2，3和4所要变换成的交流电源的预定值产生多余或短缺时，根据这个多余或短缺，用充放电控制装置6来控制对蓄电池8的充电和放电，从而获得了光电电源对负载系统5的有效和稳定的驱动。

当这天的天气波动模式选定后，根据它来选择一个适用模式，同时所采用的把太阳能电池组的输出变换为AC电源的变换器的启动时间也自动地设定了。把太阳能电池组的输出相对于变换器所要变换成的电能的余额适当地充给蓄电池组。当太阳能电池组输出的电能发生短缺时，则通过变换器从蓄电池组对负载系统放电。

从表示在附图中的本发明实施方案的下面详细描述中，将使本发明的上述目的和其他目的、特征和优点更加清楚：

图1是本发明的光电电源控制系统的图解;

图2是一个方框图，表示按照本发明的系统的硬件结构;

图3也是一个方框图，表示图2的更详细的结构;

图4是一个说明天气波动模式的选择的曲线图;

图5是一个说明天气模式的曲线图;

图6是一个曲线图，表示光电电源控制系统驱动情况的一例;

图7是表示它的一个驱动模式的曲线;

图8是表示另一个驱动模式的曲线。

下面通过参考附图来描述本发明的最佳实施方案。

如图2所示，在太阳能电池组Ⅰ的输出边有第一，第二和第三3个变换器部件2，3和4。连接在各个变换器2，3和4的输出一侧的是接受电能的负载系统5。而连接在各个变换器2，3和4的输出一侧的是充放电控制装置6的输出边。该充放电控制装置6连接在位于各个变换器2，3和4输出边的功率检测电流变换器7上。该充放电控制装置6又进一步连接到蓄电池组8和蓄电池组监视装置9。另一方面，一个日光辐射计10安置在太阳能电池组1附近。

图3说明在图2中从S₁到S₁₂的各个信号的关系。把来自日光辐射计的太阳辐射信号S₁分别送给天气波动模式选择装置11，第一、第二和第三变换器启动装置12，13和14。把天气波动模式选择装置11的输出送给适用模式选择装置15。适用模式选择装置15的输出送给各个变换器启动装置12，13和14，把来自第一、第二和第三各个变换器的启动指令信号S₂，S₃和S₄送给各个变换器2，3和4。太阳能电池组1的输出信号S₅送给各个变换器启动装置12、13和14。

显然，天气波动模式选择装置11和适用模式选择装置15，或控制与它们有关的各个信号的装置，构成了微型计算机的设备功能。

从各个变换器2，3和4输出第一，第二和第三启动检测信号S₆，S₇和S₈。把各个启动检测信号送给启动变换检测装置16，再把启动变换器检测装置16的输出送给充放电控制信号产生装置17。从这个充放电控制信号产生装置17中产生上限电能指令信号S₉和下限电能指令信号S₁₀。把信号S₉和S₁₀分别送给图1所示的充放电控制装置6。蓄电池组监视装置9连接到充放电控制装置6上。剩余量检测信号S₁₁从蓄电池组监视装置9给出。把剩余量检测信号S₁₁分别送到第一、第二和第三变换器启动装置12，13和14，同时送到充放电允许控制装置18。把来自充放电允许控制装置18的充放电指令信号S₁₂送给上述充放电控制装置6。

在图3中，参考数字19表示一个钟装置，用于决定各个装置动作的时间基准，而数字20表示一个启动状态检测装置，用于检测各个装置的启动状态。还有，数字21表示一个记录器，用来按照启动状态检测装置20的输出进行记录。

接着，我们将结合图4和图5，以及表1和表2，来描述根据这个实施方案的一个系统的工作过程。

首先，为了选择一个所要求的天气波动模式，系统一开始工作，记录器21就开始记录太阳辐射信号，并且获得一条太阳辐射波动曲线，比如，象图4那样，由此计算出从系统的启动开始时间点T_S〔太阳升起后的某个时间（比如上午7点）〕到天气预测时间点T₀（比如上午9点）这一段时间内的太阳辐射能量的平均值。并把这种计算的结果用于判定它与预置的太阳辐射量的上限值h₁或太阳辐射量下限h₂之间呈什么样的相对关系。也就是说，根据所获得的平均太阳辐射量是在超过该太阳辐射量上限值h₁的区域R₁里，或是在该太阳辐射量上限值h₁和该太阳辐射量下限值h₂之间的区域R₂，或是在该太阳辐射量下限值以下的区域R₃。来作出该判断。据此，选择出一个对应于它的合适的天气波动模式。

下面，将详细地描述天气模式的选择。根据所计算的平均太阳辐射是属于哪个区，从晴天模式P_A、阴天模式P_B和雨天模式P_C中选择一个作为预定的天气模式，如图5所示，图5是从过去几年的天气预报表或用气象卫星获得的详细气象资料中得来的。这时，如果把上述三种模式进一步分为几种模式，比如，以后我们将按照四季进一步分成12种模式，这就可获得一套完整的模式，它们能够充分适应整个一年中太阳辐射量的波动情况。也可以根据天气预测时间点T₀时的天气预报来选择各个天气模式P_A，P_B和P_C。

天气预报 天气模式

晴转阴，阴转晴，晴和短时间有雨

晴模式

晴和有时阴，阴和有时晴

阴，晴和有时阴，阴和有时晴，阴转雨，

阴模式

雨转阴，阴和短时间有雨，阴和有时有雨

雨，其它 雨模式

当把天气模式选定时，变换器的工作方式（在此情况下是变换器的被启动的部件数目）也就选定了。例如，所用的是-600KW级的光电电源控制系统，因为在下面的表2里已经详细地列出了利用根据天气模式的变换器的要用功率的上限值和下限值，所以也就自动地确定了对应于各个天气模式的变换器的工作方式。很清楚，术语“要用功率”是指用变换器变换后的合用的AC电源功率。它可能等于变换器的最大输出。然而，一般是把它设置得比变换器的最大输出低一些。在某些情况（特别是当n个变换器部件被启动时），把它设置在如表2所示的预定范围里。

季节	天气模式	要用功率（KW）
				上限 下限
春	晴模式	425	215
				阴模式	205	150
	雨模式	150	125
夏				晴模式	415	210
	阴模式	240	160
				雨模式	150	125
秋	晴模式	375	205
				阴模式	170	140
	雨模式	150	125
冬				晴模式	330	170
	阴模式	145	130
				雨模式	160	125

也就是说，在天气预测时间点T₀把天气模式选定后，例如，春季里晴天、阴天和雨天要用功率的上限值分别为425KW、205KW和150KW也就知道了。因此，如表3所示，可以把最大容量为175KW的变换器分别启动3个、2个或1个。

表3

要用功率的上限值（KW） 启动模式（变换器的启动

部件数目）

425 175KW×3

205 175KW×2

150 175KW×1

415 150KW×3

240 150KW×2

145 150KW×1

375 200KW×2

170 200KW×1

150 200KW×1

330 175KW×2

145 175KW×1

150 175KW×1

按照这种方式选定了天气模式和工作方式后，预定的变换器就开始起动，太阳能电池组1也就开始对负载系统5供给电能。

例如，在冬季的晴天情况下，如图6中所示，当系统开始启动时，比如容量为175KW的第一变换器2开始启动。依据天气模式和工作方式的选择。在天气预测时间点T₀以后，除了第一变换器2之外，比如容量为175KW的第二变换器3也开始启动。很明显，从系统的工作开始时间点T_S到太阳能电池组1的输出超过第一变换器2的最大输出〔接近于要用功率的下限值Pm（170KW）〕的时间点Tx止，在这段时间里仅仅靠太阳能电池组1供电是困难的。在这种情况下，通过蓄电池组8放电供给的能量来补偿该短缺（在图6中由Fa表示的部分）。

随着时间的消逝，太阳的辐射量不断地增加，在时间点Ty以后太阳能电池组1的输出超过了由第一和第二变换器2和3变换的要用功率的上限值Pa（330KW）时，则把输出的余额（在图6中由Fb表示的部分）充给蓄电池组8。

当时间进一步增加对太阳辐射量则减小，在时间Tz以后太阳能电池组1的输出变为比要用功率上限Pa小时，则停止给蓄电池组8充电。当太阳辐射量进一步减小，太阳能电池组1的输出变得比要用功率的上限值Pa更小时，则停止第二变换器3的启动（时间T_u），而只有第一变换器2保持启动状态。当太阳降落，太阳能电池组1的输出变得比要用功率的下限值P_m小时时间点T_q，则再一次通过蓄电池组8放电供给电能来补偿短缺的那部分功率（图6中F_c代表的那部分）。在时间点T_p，当蓄电池组8的剩余容量变得比如只有满容量的80%时则停止系统在产生电源能量的这一天的工作。

工作方式的选择也可以根据所选择的天气模式，而所选择的天气模式，可由产生能量这天预期的整天太阳辐射量波动曲线Ha（例如，图7所示）获得。也就是说，相对于预期的整天太阳辐射量波动曲线Ha来确定各个变换器2，3和4（假设启动变换器的数目是一样的）的启动开始时间点t₁和启动停止预先通告时间点t₀。换句话说，在产生能量这天的启动开始时间点t₁，太阳辐射量超过了按照工作方式的设置的产生能量的太阳辐射量设置值h₃，各个变换器2，3和4开始启动，在预定的启动停止时间点t₀以后，太阳辐射量变得比产生能量的太阳辐射量设置值h₃小，在时间点t₂使各个变换器2，3和4停止启动。也就是说，在这种情况下，用变换器的启动时间代替了变换器的工作方式

在上述情况，用于确定各个变换器的启动开始或启动停止的工作方式是根据太阳辐射量来决定的。然而，因为各个变换器2，3和4是直接受太阳能电池组1的输出的影响的，所以可根据由于整天输出波动曲线P₀决定的太阳能电池组1的功率输出设置值h₄，来分别设置启动开始时间点t₁₀等。

这时通过天气模式的选择来确定各个变换器2，3和4的启动时间。更具体地说，是通过接收第一、第二和第三变换器启动指令信号S₂、S₃和S₄来确定各个变换器启动的开始或停止的。启动指令信号S₂、S₃和S₄是分别由第一、第二和第三变换器启动装置12，13和14根据来自适用模式选择装置的指令产生的。进一步，各个变换器2，3和4发出各自的启动检测信号S₆，S₇和S₈，启动变换器检测装置16则检测各个变换器2，3和4的启动状态（比如，在各个变换器中，哪一个变换器是处于启动状态，哪一个是处于启动停止状态）。根据接收的检测信号S₆，S₇和S₈，充放电控制信号产生装置18产生上限电功率指令信号S₉和下限电功率指令信号S₁₀，S₉对应于产生能量这天的要用功率上限值Pa，S₁₀对应于产生能量这天的要用功率下限值P_m，把两个指令信号S₉和S₁₀输到充放电控制装置6。充放电控制装置6从充放电允许控制装置15接收充放电指令信号S₁₂以后，就根据要用的太阳能电池组Ⅰ的产生能量的多余或短缺，对蓄电池组8进行充电和放电。因为蓄电池组8装有蓄电池组监视装置7，一直监视着蓄电池组8的保持量，所以这里不会有过量充电或充电不足的危险。虽然在本实施方案里采用了三个变换器部件，但根据负载系统和所要求的量也可以把它们适当地增加。

如上所述，按照本发明，天气波动模式是根据产生能量这天预报的天气信息设置的，由这个波动模式来选择变换器的工作方式以控制变换器的启动。因此，不管产生能量这天的天气波动或变化如何，都可得到持续稳定的电能供给。

为了说明本发明原则的应用，虽然我们详细地表示和描述了具体的实施方案，但应知道，在不离开本发明精神实质的情况下仍可以用其他种方式来实施本发明。

Claims (5)

1、一种光电电源控制系统，装有至少一个把太阳能电池组的输出变换成交流电能的变换器，具有充放电控制装置，通过检测所述太阳能电池组的输出与经所述变换器变换的要用交流功率之间产生的多余或短缺，把所述太阳能电池组输出中相对于要用功率的多余部分充到一个蓄电池组，而把所述太阳能电池组输出中相对于要用功率的短缺部分从所述蓄电池组中放出，其特征在于：

天气波动模式选择装置，用来从多种天气模式中选出一种天气模式，而所选择的天气模式是根据太阳能电池组产生电能时的当天天气预报信息确定的;

适用模式选择装置，用来从所述天气模式对应的各种现有变换器工作方式中，选择一种与选定的天气模式对应的变换器工作方式。而选定的天气模式是由上述天气波动选择装置确定的。

2、根据权利要求1的光电电源控制系统，其特征在于所述的变换器工作方式对应于所启动的预定容量的变换器的数目。

3、根据权利要求1的光电电源控制系统，其特征在于所述的变换器工作方式相当于启动预定容量的变换器的启动时间。

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