CN101902070A - 可智能选择补充电能方式的系统以及为照明器件供电智能选择供电方式的系统 - Google Patents

可智能选择补充电能方式的系统以及为照明器件供电智能选择供电方式的系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可智能选择补充电能方式的系统,包括输入电能系统、充电回路选择器、智能控制器及输出电能接收器件,输入电能系统采用风能转化电能、太阳能转化电能或普通市电方式,智能控制器以微处理器为核心,通过不同线种与其它系统部件相连,可实现依据环境指标,智能选择不同输入电能方式向输出电能接收器件补充电能。本发明能够有效实现太阳能、风能最大利用率,并依据安装处的温度、湿度实现自动调节,真正做到智能化控制、提高蓄电池寿命、节能及不间断供电的智能选择补充电能系统。本发明还提供了一种为照明器件供电智能选择供电方式的系统。

Description

可智能选择补充电能方式的系统以及为照明器件供电智能选择供电方式的系统
技术领域
本发明涉及智能选择系统,特别涉及智能选择补充电能系统,具体涉及为照明器件供电智能选择供电方式的系统。 
背景技术
随着世界经济的迅速发展,环境问题与能源危机日益突出。可以毫不夸张的说,环境问题与能源危机已经成为当今世界人类所面临的最大威胁之一。社会对环境保护、节能减排和可持续性发展的要求日益提高。我国是能源短缺型国家的历史和现状决定了我国在能源使用结构上必须大力发展新能源。太阳能和风能是最普遍的自然资源,也是取之不尽的可再生能源,而且两者在时间变化分布上有很强的互补性。白天太阳光最强时,风很小,到了晚上,光照很弱,但由于地表温差变化大而风能有所加强;在夏季,太阳光强度大而风小,冬季,太阳光强度弱而风大。太阳能和风能在时间上的互补性使得风光互补发电系统在资源分布上具有很好的匹配性,因此而建立起来的风光互补发电系统就资源条件而言是很好的供电系统。随着LED灯的发展、蓄电池技术和控制技术的进步、太阳能光电板转换率的提高,我国未来公共照明市场将由传统照明方式逐步被零排放的可再生能源供电照明方式取代,风光互补照明系统替代传统高压钠灯照明将是大势所趋。 
目前,我国大多数城路灯用电主要有市电提供,城市路灯照明在我国照明耗电中占30%的比例,约439亿千瓦时,以平均电价0.65元/千瓦时计算,每年的开支达到285亿元。在市政开支紧张的今天,国内大部分城市和地区采用路灯隔盏关灯的方法节省电能及成本,结果今年新装的部分路灯形同摆设,造成浪费。由于目前大部分路灯采用市电供电,因此开发一套采用自然资源及非常成熟的传感技术、无线通信技术的智能化电网互联风光互补路灯系统尤为重要,即可以降低路灯的改造成本,又可以在无市电的边远地区独立运行。 
随着风光互补路灯技术及控制技术的不断完善,一些特定场合的路灯也采用了风光互补路灯,如申请号为200520093993.8、200820146853.6、200810246180.6等中国专利,公开了风光互补路灯及风光互补路灯的控制策略,有效实现了在阴雨天及夜间利用风能,无风有光时利用太阳能互补结合蓄电池为路灯供电。但由于没有考虑目前各城市路灯实际使用情况(大部分路灯采用的市电供电)、蓄电池剩余电量及故障诊断、防盗、太阳能及风能最大功率追踪、风机的保护以及现代传感技术及无线通信技术,影响蓄电池及风机寿命、路灯开 关及亮度的自动调节以及路灯的改造成本,最终影响风光互补路灯的实际使用效果。 
发明内容
本发明旨在提供一种能够有效实现太阳能、风能最大利用率,并依据安装处的温度、湿度实现自动调节,真正做到智能化控制、提高蓄电池寿命、节能及不间断供电的智能选择补充电能系统,同时也提供其在照明上的具体应用系统。 
本发明通过以下方案实现:一种可智能选择补充电能方式的系统,包括输入电能系统、充电回路选择器、智能控制器及输出电能接收器件;充电回路选择器至少包括一个输入端,与输入电能系统的电能输出端连接,充电回路选择器有至少一个输出端,与输出电能接收器件相连;充电回路选择器为继电器、选择器或开关管中的一种;输入电能系统采用下述方式中的一种或多种:风能转化电能、太阳能转化电能或普通市电(注:普通市电指由国家供电网络提供的电力),风能转化电能系统上安装有光电转速传感器;智能控制器包括有微处理器、各输入电能方式的电压电流采集电路、输出电能接收器件的电子信号采集电路、环境指标传感器及采集电路、时钟电路、译码及驱动电路,开关控制电路;各输入电能方式的电压电流采集电路与对应的输入电能方式系统相连;译码及驱动电路与充电回路选择器相连;输出电能接收器件的电子信号采集电流与输出电能接收器件相连;开关控制电路与各受控开关相连。 
所述环境指标传感器及采集电路可以选择下述中的一种或多种:光传感器及采集电路、温度传感器及采集电路、湿度传感器及采集电路、光电转速传感器采集电路,以实时获得环境指标数据信号,以使智能系统可依据环境指标数据信号选择相应的充电方式。 
所述风能转化电能系统包括风力发电机组、配套整流装置和风能充电器,光电转速传感器安装于风力发电机组上,并与智能控制器上的光电转速传感器采集电路相连,风能充电器与充电回路选择器相连;太阳能转化电能系统包括太阳能电池板及太阳能充电器,太阳能充电器与充电回路选择器相连。普通市电系统则包括输入市电、市电切换装置及市电充电器,市电充电器与充电回路选择器相连,市电切换装置与智能控制器的开关控制电路相连。 
所述智能控制器还包括有与无线模块相连的通信电路,以实现远程通信和远程监控。 
所述输出电能接收器件包括蓄电池、放电DCDC模块及负载工作器件,蓄电池与放电DCDC模块之间连接受控开关,蓄电池、放电DCDC模块及受控开关分别与智能控制器相连,放电DCDC模块与负载工作器件相连,蓄电池与充电回路选择器的一个输出端相连,放电DCDC模块与充电回路选择器的另一个输出端相连。负载工作器件可选择照明工 作器件、其它诸如家用电器、公用电器等工作器件。 
所述放电DCDC模块为可调恒流输出模式,根据的环境指标数据信号及时间信号,通过PWM信号,自动调整其输出电流。 
所述无线通信模块包括各种小无线、GSM、GPRS、无线网卡等无线通信模块,由单独的CPU控制,可接收智能控制器中的各种参数,并能够独立完成数据与远程控制设备的数据通信。 
一种为照明器件供电智能选择供电方式的系统,包括输入电能系统、充电回路选择器、智能控制器及输出电能接收器件;输入电能系统包括风能转化电能系统、太阳能转化电能系统及普通市电三种方式,风能转化电能系统上安装光电转速传感器;输出电能接收器件包括蓄电池、放电DCDC模块及照明器件,蓄电池与放电DCDC模块之间连接受控开关,放电DCDC模块与照明器件相连;充电回路选择器有三个输入端和两个输出端,三个输入端分别与上述三种输入电能方式系统的电能输出端连接,充电回路选择器的两个输出端分别与蓄电池和放电DCDC模块相连;智能控制器包括微处理器、太阳能转化电能系统的输入输出电压电流采集电路、风能转化电能系统的输入输出电压电流采集电路、蓄电池电压及输入输出电流采集电路,放电DCDC模块输出电压电流采集电路、温度传感器采集电路、湿度传感器采集电路、光感应传感器采集电路、光电转速传感器采集电路、时钟电路、译码及驱动电路,开关控制电路;太阳能转化电能系统和风能转化电能系统的输入输出电压电流采集电路分别与对应的太阳能转化电能系统和风能转化电能系统相连,译码及驱动电路与充电回路选择器相连,蓄电池电压及输入输出电流采集电路与蓄电池相连,放电DCDC模块输出电压电流采集电路与放电DCDC模块相连;受控开关则与开关控制电路相连。 
所述风能转化电能系统包括风力发电机组、配套整流装置和风能充电器,光电转速传感器安装于风力发电机组上,并与智能控制上的光电转速传感器采集电路相连,风能充电器与充电回路选择器相连;为保护风力发电机,风能充电器还与带有控制开关的卸载器相连,该控制开关同时与智能控制器的开关控制电路相连。太阳能转化电能系统包括太阳能电池板及太阳能充电器,太阳能充电器与充电回路选择器相连。市电系统则包括输入市电、市电切换装置及市电充电器,市电充电器与充电回路选择器相连,市电切换装置与智能控制器的开关控制电路相连。 
充电回路选择器为继电器、选择器或开关管中的一种。 
所述智能控制器还包括有与无线模块相连的通信电路,以实现远程通信和远程监控。 
所述无线通信模块包括各种小无线、GSM、GPRS、无线网卡等无线通信模块,由单 独的CPU控制,可接收智能控制器中的各种参数,并能够独立完成数据与远程控制设备的数据通信。 
所述放电DCDC模块为可调恒流输出模式,根据环境指标数据信号及时间信号,通过PWM信号,自动调整其输出电流,实现对照明器件亮度的自动调节。 
与现有技术相比,本发明具有以下优点:采用了现代传感器技术,通过采集环境参数如光照强度、系统工作环境的温湿度等,及时调整照明器件亮度、开关时间及对蓄电池SOH诊断及保护,延长路灯的使用寿命;智能控制采集了蓄电池的电压及输入输出电流、环境温度及时间,根据这些参数能够准备计算蓄电池的SOC值,有效地防止了蓄电池过冲或过放,从而达到保护电池的目的,节约成本。风能充电器、太阳能充电器、市电充电器采用模块设计,可以独立完成对蓄电充电及路灯供电,适用于风能、太阳能以及市电三种供电方式任意组合或单独工作的场合;由于无线通信技术采用单独的CPU控制,不但可实现远程传输,而且可以在智能控制器出现故障或蓄电池被盗的情况下向监控中心传送信息,使监控人员及时了解系统的工作及被盗情况,采取相应的措施,使负载工作器件(如照明器件)工作在最佳状态。 
附图说明
图1:实施例1的系统布局示意图。 
具体实施方式
实施例只是为了说明本发明的一种实现方式,不作为对本发明保护范围的限制性说明。 
实施例1一种为路灯照明智能选择补充电能的系统,其系统布局参见图1。包括风力发电机组1、太阳能电池板2、市电(220V)3、市电切换装置4、市电充电器5、太阳能充电器6、风能充电器7、充电回路选择器8、智能控制器9、蓄电池11、放电DCDC模块12、路灯13、无线通模块14以及卸载器10。 
智能控制器9是以微处理器为核心,包括太阳能、风能充电器输入输出电压电流采集电路,蓄电池电压及输入输出电流采集电路,放电DCDC模块输出电压电流采集、温湿度传感器及采集电路,光感应传感器及采集电路、光电转速传感器采集电路、时钟电路、译码及驱动电路、开关控制电路以及485通信电路。 
风力发电机组1通过整流滤波后输出直流信号送入风能充电器7,风能充电器7是具有MPPT(最大功率点跟踪法)功能的PWM充电器,充电器通过线路902与智能控制器9 上的风能充电器输入输出电压电流采集电路相连,发电机组上安装有光电转速传感器,传感器通过线路906与智能控制器9上的光电转速传感器采集电路相连,智能控制器通过采集的风速、输入输出电压电流参数,确定充电器PWM控制信号的宽带来调节风能充电器7的输出电压与电流,以达到风能的最大利用率;风能充电器上安装带有控制开关K2的卸载器10,该控制开关K2通过线路904与智能控制器9上的开关控制电路相连,当蓄电池11已经充满且路灯13不需要开起的时候,为了保护风机,控制卸载器开关K2闭合,将风机产生的能量通过卸载器10消耗掉。 
太阳能电池板2将产生的直流信号送入具有MPPT(最大功率点跟踪法)功能的PWM太阳能充电器6,充电器通过线路902与智能控制器9上的太阳能转化电能系统的输入输出电压电流采集电路相连,智能控制器9通过采集太阳能充电器6的输入输出电压电流,采用登山算法来确定是否可以开启太阳能充电及最大功率点。 
市电(220V)3为备用电源,通过市电切换开关4连接市电充电器5,市电切换开关通过线路901与智能控制器9的开关控制电路相连。当长时间没有风能、太阳能及蓄电池电量低于70%的时候,由智能控制器9控制市电切换开关4导通,使市电(220V)为路灯供电或给蓄电池充电。在太阳能、风能充足的情况,优先选用太阳能、风能为蓄电池充电及路灯供电。 
充电回路选择器8为继电器,有三个输入端,分别通过线路501、601和701与市电充电器5的输出端、太阳能充电器6的输出端、风能充电器7的输出端相连;充电回路选择器8的两个输出端分别通过线路802和801与蓄电池11和放电DCDC模块12相连;放电DCDC模块12一端与路灯相连,另一端则通过控制开关K1与蓄电池相连,控制开关K1通过线路908与智能控制器9的开关控制电路相连,放电DCDC模块12通过线路909与智能控制器9的放电DCDC模块输出电压电流采集电路相连;蓄电池11通过线路907与智能控制器9的蓄电池电压及输入输出电流采集电路相连,用于采集蓄电池的电压及输入输出电流,结合温度参数及时间参数,能够准确计算出蓄电池11的剩余电量SOC;充电回路选择器8通过线路905与智能控制器9的译码及驱动电路相连。智能控制器9根据蓄电池电量、路灯用电情况、风速、太阳能输出电压参数,通过线路905向充电回路选择器8输出控制信号,控制选择风能充电器、太阳能充电器及市电充电器的任意组合连通,通过线路802为蓄电池11充电或通过线路801与放电DCDC 12模块相连,为路灯供电;智能控制器9通过光感应传感器及采集电路采集光照强度,通过线路909控制放电DCDC模块自动开启、关闭路灯,并通过线路909控制放电DCDC模块12输出电压电流的大小自动调节路灯亮度,已 达到节能和保护灯管的目的。 
智能控制器9通过线路908控制放电开关K1的关闭来实现对蓄电充放电控制,并且可以实现对蓄电池过充或过放保护。 
智能控制器9的485通信电路通过线路910与无线模块14相连,实现智能控制器9与无线模块14进行数据传输。 
无线模块14是以单片机为核心的独立模块,能够独立完成与远方监控系统数据传输,当智能控制器9出现故障或蓄电池电压被盗时,能及时通知远方监控系统,以达到远程监控及防盗功能。 

Claims (8)

1.一种可智能选择补充电能方式的系统,其特征在于:包括输入电能系统、充电回路选择器、智能控制器及输出电能接收器件;充电回路选择器至少包括一个输入端,分别与各输入电能方式系统的电能输出端连接,充电回路选择器有至少一个输出端,与输出电能接收器件相连;充电回路选择器为继电器、选择器或开关管中的一种;输入电能系统采用下述方式中的一种或多种:风能转化电能、太阳能转化电能或普通市电,风能转化电能系统上安装有光电转速传感器;智能控制器包括有微处理器、输入电能系统的电压电流采集电路、输出电能接收器件的电子信号采集电路、环境指标传感器及采集电路、时钟电路、译码及驱动电路,开关控制电路;输入电能的电压电流采集电路与对应的输入电能方式系统相连;译码及驱动电路与充电回路选择器相连;输出电能接收器件的电子信号采集电路与输出电能接收器件相连;开关控制电路与各受控开关相连。
2.如权利要求1所述的可智能选择补充电能方式的系统,其特征在于:所述智能控制器还包括有与无线模块相连的通信电路。
3.如权利要求1或2所述的可智能选择补充电能方式的系统,其特征在于:所述环境指标传感器及采集电路选择下述中的一种或多种,光传感器及采集电路、温度传感器及采集电路、湿度传感器及采集电路、光电转速传感采集电路。
4.如权利要求1或2所述的可智能选择补充电能方式的系统,其特征在于:所述输出电能接收器件包括蓄电池、放电DCDC模块及负载工作器件,蓄电池与放电DCDC模块之间连接受控开关,放电DCDC模块与负载工作器件相连,蓄电池、放电DCDC模块及受控开关分别与智能控制器相连,蓄电池与充电回路选择器的一个输出端相连,放电DCDC模块与充电回路选择器的另一个输出端相连。
5.如权利要求3所述的可智能选择补充电能方式的系统,其特征在于:所述输出电能接收器件包括蓄电池、放电DCDC模块及照明器件,蓄电池与放电DCDC模块之间连接受控开关,放电DCDC模块与负载工作器件相连,蓄电池、放电DCDC模块及受控开关分别与智能控制器相连,蓄电池与充电回路选择器的一个输出端相连,放电DCDC模块与充电回路选择器的另一个输出端相连。
6.一种为照明器件供电智能选择供电方式的系统,其特征在于:包括输入电能系统、充电回路选择器、智能控制器及输出电能接收器件;输入电能系统包括风能转化电能系统、太阳能转化电能系统及普通市电三种方式,风能转化电能系统上安装有光电转速传感器;输出电能接收器件包括蓄电池、放电DCDC模块及照明器件,蓄电池与放电DCDC模块之间连接受控开关,放电DCDC模块与照明器件相连;充电回路选择器为继电器、选择器或开关管中的一种;充电回路选择器有三个输入端和两个输出端,三个输入端分别与上述三种输入电能方式系统的电能输出端连接,充电回路选择器的两个输出端分别与输出电能接收器件的蓄电池和放电DCDC模块相连;智能控制器包括微处理器、太阳能转化电能系统输入输出电压电流采集电路、风能转化电能系统输入输出电压电流采集电路、蓄电池电压及输入输出电流采集电路,放电DCDC模块输出电压电流采集电路、温度传感器及采集电路、湿度传感器及采集电路、光感应传感器及采集电路、光电转速传感器采集电路、时钟电路、译码及驱动电路,开关控制电路;太阳能转化电能系统和风能转化电能系统的输入输出电压电流采集电路分别与对应的太阳能转化电能系统和风能转化电能系统相连,译码及驱动电路与充电回路选择器相连,蓄电池电压及输入输出电流采集电路与蓄电池相连,放电DCDC模块输出电压电流采集电路与放电DCDC模块相连;光电转速传感器采集电路与光电转速传感器相连;开关控制电路与受控开关相连。
7.如权利要求6所述的为照明器件供电智能选择供电方式的系统,其特征在于:所述智能控制器还包括有与无线模块相连的通信电路。
8.如权利要求6或7所述的为照明器件供电智能选择供电方式的系统,其特征在于:在所述风能转化电能系统上连接带有控制开关的卸载器,该控制开关与智能控制器的开关控制电路相连。
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