CN101963319B - 风能并网电能互补路灯照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明风能并网电能互补路灯照明系统，它包括风力发电机、电网交流电源[2]、两个交流/直流转换稳压电源、智能控制器[6]和LED路灯[7]，风力发电机[1]电能输出端与第二交流/直流转换稳压电源[4]连接，电网交流电源[2]与第一交流/直流转换稳压电源[5]连接，第一交流/直流转换稳压电源[5]、第二交流/直流转换稳压电源[4]输出端与LED路灯[7]连接，风力发电机[1]与电网交流电源[2]之间接有并网逆变器[3]，并网逆变器[3]、第一交流/直流转换稳压电源[5]以及第二交流/直流转换稳压电源[4]通过控制电信号与智能控制器[6]连接。本发明路灯自动化程度高，可靠性好。

Description

风能并网电能互补路灯照明系统

技术领域

本发明涉及一种风能并网电能互补的路灯照明系统。

背景技术

全球能源危机的日益加重，人类更加重视可再生能源风能太阳能等的利用。我国风能资源非常丰富，但是利用率很低，存在巨大的发展空间，我国《可再生能源中长期发展规划》要求，到2020年我国可再生能源发电装机容量将占总电力装机容量的30％以上，风电要达到3015万千瓦。因此，必须加快风能发电的开发利用。

目前风能发电主要有以下二种方式，第一种是建设规模风力发电场，发出的电能经并网后供输电网内的负载使用，这种发电方式需建设规模化的风力发电场，因此投资较大，对场地、风力资源、占地面积等要求较高，我国多数地区很难具备条件，同时，规模化风力发电场对风速要求较高，而我国多数地区不具备风力发电场发电的最低风速条件。

风能发电的第二种方式是风力发电机发出的电能经蓄电池储能后，供应小范围内的小用电负荷使用，如草原等边远无电地区居民生活用电等。第二种方式需要使用蓄电池储能以及把蓄电池直流电转换为交流电的逆变设备，而蓄电池单位体积储存能量较小，并具使用寿命短仅有几年，导致维护使用成本较高，使推广受到限制。小型的风力发电机目前主要应用于偏僻的地区，如边疆、海岛、山顶等，用于提供生产生活用电，较少用于常规电力能送达的城市农村。而单盏风力发电路灯由于增加了风力发电机蓄电池及控制电路使路灯变得复杂，成本增加，可靠性降低。

中国实用新型专利“2007200015337”风能电能互补路灯照明系统就是一种利用风能及交流电能互补的路灯照明系统。晚上有风时由风力发电机发电给路灯提供照明电能，如果晚上没风由交流电网给路灯提供照明电能，而在白天，风力发电机发出的电能送入交流电网，这样充分利用了一天24小时的风力资源，而且省去了蓄电池的储能环节。但是该实用新型采用的是分立设备组成的控制系统，存在着自动化程度低，性能可靠性都比较低等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种对风力资源要求较低、成本低、可靠性高的用单片计算机芯片实现的智能控制的风能并网电能互补路灯照明系统。本发明既充分利用了风能资源，又克服了现有几种风力发电方式的不足。

本发明采用的技术方案是：风能并网电能互补路灯照明系统，其特征是它包括风力发电机、电网交流电源、第一交流/直流转换稳压电源、第二交流/直流转换稳压电源、智能控制器和LED路灯，风力发电机电能输出端与第二交流/直流转换稳压电源连接，电网交流电源与第一交流/直流转换稳压电源连接，第一交流/直流转换稳压电源、第二交流/直流转换稳压电源输出端与LED路灯连接，风力发电机与电网交流电源之间接有并网逆变器，并网逆变器、第一交流/直流转换稳压电源以及第二交流/直流转换稳压电源通过控制电信号与智能控制器连接，电网交流电源与第一交流/直流转换稳压电源之间还接有检测器一、控制开关二；风力发电机与第二交流/直流转换稳压电源之间还接有检测器三、控制开关三、检测器四；风力发电机与电网交流电源之间还接有控制开关一、并网逆变器、检测器二，智能控制器通过驱动电路一、驱动电路二、驱动电路三分别与控制开关一、控制开关二、控制开关三连接。

采用上述技术方案，白天时风力发电机产生的电能通过并网逆变器进入电网交流电源，夜晚时风力发电机产生的电能将通过第二交流/直流转换稳压电源给路灯供电，使路灯工作照明。当风力发电机在无风或风小产生的电能不能够满足要求时，电网交流电源将通过第一交流/直流转换稳压电源给路灯供电照明，这样使风力发电机产生的电能能够被充分利用。

作为本发明更进一步改进，智能控制器与光敏电路连接，智能控制器与显示驱动电路、数字显示器连接。

综上所述，本发明的有益效果是：

1、风能发电装置发出的电能不需要蓄电池储能，它受光控时控后，经交流/直流转换稳压电源转换变为稳定的直流电压，供给路灯照明。因为省去了蓄电池，同蓄电池储能风力发电相比降低了成本，同时省去了每几年更换一次蓄电池及相应的维护费用。因无蓄电池储能转换环节，提高了风能发电装置发出电能的利用率。

2、白天路灯不亮时，风能发电装置发出的电能经并网逆变器逆变后直接送入交流电网，使风能发电装置发出的电能得到了充分利用。

3、风能电能互补路灯照明系统使用寿命长，同普通路灯系统相比，增加的一次性投资通过输入电网的发电电能及LED路灯省下的电费几年即可补偿。

4、系统采用单片微机实现智能控制，自动化程度高，可靠性好，不需人工干预傻瓜式运行，基本零维护。

5、降低火力发电产生的大量的温室气体CO₂及有害气体SO₂、CO等的排放，可以有效地保护环境，使天更蓝、水更清。

6、风能并网电能互补路灯照明系统的是一种对风力资源条件要求较低、成本低、可靠性高的LED路灯照明系统。具有极其广阔的发展空间，是提高绿色能源风能使用率的一个很好的切入方式，为我国可再生能源发电必将起到重要的推动作用。

图1为本发明连接结构框图。

图2本发明实施例连接结构框图。

具体实施方式

本发明如图1所示，风力发电机1电能输出端与并网逆变器3输入端连接，风力发电机1电能输出端同时与第二交流/直流转换稳压电源4连接，并网逆变器3输出端同电网交流电源2连接，电网交流电源2与第一交流/直流转换稳压电源5连接，第一交流/直流转换稳压电源5、第二交流/直流转换稳压电源4输出端与LED路灯7连接，并网逆变器3、第一交流/直流转换稳压电源5、第二交流/直流转换稳压电源4通过控制信号与智能控制器6连接。

如图2所示，电网交流电源2与第一交流/直流转换稳压电源5之间还接有检测器一13、控制开关二19；风力发电机1与第二交流/直流转换稳压电源4之间还接有检测器三20、控制开关三10、检测器四16；风力发电机1与电网交流电源2之间还接有控制开关一8、并网逆变器3、检测器二9，智能控制器6通过驱动电路一11、驱动电路二18、驱动电路三12分别与控制开关一8、控制开关二19、控制开关三10连接。智能控制器6与光敏电路17连接，智能控制器6与显示驱动电路14、数字显示器15连接。

本发明的工作原理是这样的，如图1，白天有风时风力发电机1发出的电能受智能控制器6控制，经过并网逆变器3逆变后变成交流电馈入电网交流电源2，夜晚有风时风力发电机1发出的电能受智能控制器6控制，经过第二交流/直流转换稳压电源4后变成直流电供给LED路灯7照明系统，LED路灯组点亮照明(LED路灯7是由若干只LED路灯组成的LED路灯组)，当夜晚风力不足时风力发电机1发出的电能不足以保证LED路灯组7照明，智能控制器6控制电网交流电源2经过第一交流/直流转换稳压电源5后变成直流电同风力发电机1发出的电能一起给LED路灯组7供电，确保LED路灯组7所需的功率。电网交流电源2电能提供风力发电的不足部分，当风力增大时风能发电足够路灯使用，电网交流电源2自动停止供电，如果风力发电机1发出的电能超过LED路灯组7使用的电能时，剩余部分电能受智能控制器6控制经并网逆变器3逆变后变成交流电送入电网交流电源。

智能控制器由单片计算机CPU芯片等元器件组成，通过单片机的编制软件程序，控制系统可实现如下多种功能：

光控时控点亮路灯，路灯受光线控制，同时受时间控制，当达到设定的时间比如晚上六点钟同时光线暗到一定程度以下，自动点亮路灯；风力发电机发出电能及电网电能自动单路或并联为路灯供电；如果风力发电机发出电能超过路灯系统需要，多余的电能自动送入电网，实现全自动控制；路灯可以实现半功率，全功率照明，智能控制器可设定路灯上半夜全功率亮度照明，下半夜半功率亮度照明，进一步节约电能消耗；智能控制器软件程序还可实现如下显示计量功能：

风力发电机发电并网的实时功率，累计发电电能；

风力发电供给路灯的使用功率，供路灯使用的累计发电电能；

路灯从电网中消耗功率，累计消耗电网电能；

路灯消耗总功率，累计消耗总电能；

累计净发电电能(即累计发电电能减去累计用电电能)。

如图2，采用单片微型计算机作CPU的智能控制器6是系统的控制心脏核心，它接受各种输入信号，输出控制信号控制系统的正常运行，并实现数据显示功能，共有4组表示电流电压的检测信号输入，1组代表光线强度的光敏电压信号输入。风力发电机电输出接有检测器三20，检测器三20用来检测风力发电机1的输出电压输出电流，检测器三20的输出的信号V31、V32分别是风力发电机1输出的电流信号、电压信号，送入智能控制器6用于测算风力发电机1的发电情况。风力发电机1输出至交流电源2之间接有控制开关一8、并网逆变器3和检测器二9，检测器二9用于检测并网逆变器3输入电网交流电源2的电流值电压值，V21、V22是表示并网逆变器3输入电网的电流信号、电压信号，用于计量馈入电网的发电能量。交流电源2至第一交流/直流转换稳压电源之间接有检测器一13、控制开关二19，检测器一13输出的电压信号V11、V12表示交流电源向LED路灯供电的电流信号、电压信号，用于测算电网向LED路灯组7提供的电能。

风力发电机1至第二交流/直流转换稳压电源4之间接有控制开关三10及检测器四16，测器四16输出信号V41、V42是风力发电机发出电能供LED路灯使用的电流信号、电压信号，用于测算风力发电机为路灯系统提供的电能。光敏电路17用于检测环境光线强弱，它的输出控制信号K6为智能控制器6提供环境光线亮度信号，用于智能控制器输出晚上用于点亮路灯早上关断路灯的控制信号。

第一交流/直流转换稳压电源5、第二交流/直流转换稳压电源4受控制信号K4、K5控制，有二个不同的输出电压值，单片机智能控制器6输出的2路电压调节信号K4、K5分别用于控制第一交流/直流转换稳压电源5、第二交流/直流转换稳压电源4的输出电压，从而实现路灯的不同亮度照明，智能控制器6输出1路显示信号输出数据k7到显示驱动电路14，再到数字显示器15用于显示各种数据。智能控制器6输出的控制信号K1经过驱动电路一11用于控制控制开关一11的接通，使在白天把风力发电机发出的电能通过并网逆变器3变成交流电馈入电网，同样可在晚上把风力发电机发出的超过路灯使用的多余的电能通过并网逆变器3馈入电网。智能控制器6输出控制信号K3通过驱动电路三12在晚上控制控制开关三10接通，使风力发电机发出的电能经第二交流/直流转换稳压电源4转换后变成直流电供LED路灯组7使用。智能控制器6输出的控制信号K2是在晚上无风或风力较小时，通过驱动电路二18使控制开关二19接通，把电网交流电源2的电能送入LED路灯组7，保证无风或风小时交流电源电能通过第一交流/直流转换稳压电源5为LED路灯组供电照明.智能控制器输出的电压调节信号K4、K5分别用于控制第一交流/直流转换稳压电源4、第二交流/直流转换稳压电源5输出不二种同的输出电压值或零输出，从而使LED路灯实现全功率，半功率照明以及熄灭。直流电源21通过电网交流电源1取得，它产生稳定的直流电压作为系统内电路所需的直流工作电源。

检测器一13、检测器二9、检测器三20和检测器四16，四只检测器是用来检测电路中的电流电压值的，相当于数字电流电压传感器；驱动电路一11、驱动电路二18、驱动电路三12是电子元器件组成的放大电器，用来把智能控制器6输出的控制信号放大，使之能控制三组控制开关的工作；控制开关一8、控制开关二19、控制开关三10可以使用直流接触器，用来控制主电路中的较大的电流电压；第一交流/直流转换稳压电源5、第二交流/直流转换稳压电源4用来把风力发电机1和电网交流电源2的交流电转化成稳定的直流电压，供给LED路灯7照明使用，第一交流/直流转换稳压电源5、第二交流/直流转换稳压电源4可以根据设计参数要求生产厂家定做；光敏电路17用来检测环境光线的强弱，采用光敏电阻作为感光元件，把环境光线信号变成电信号经过光敏电路17处理后送到智能控制器6，使智能控制器6产生用于控制三组控制开关的控制信号；数字显示器15实现整个系统的数字显示功能，智能控制器6输出的用于显示的信号通过显示驱动电路14后产生数字显示器15所需的显示信号；并网逆变器3市场上有各种规格的产品，可以根据系统的需要选用；智能控制器6可以使用MCS51、MSC96等系列单片微型计算机为主组成。

LED路灯使用LED为发光源，它为21世纪的绿色照明光源，节能长寿命，无污染，绿色环保，LED使用寿命可达10万小时，是白炽灯的100倍，却比白炽灯节能80-90％。LED路灯的光源可使用5-10年不会损坏。路灯采用1W大功率LED作发光源，为保证LED的使用寿命，1W大功率LED工作电流不超过300mA、散热良好，使LED芯片结温不超过限度。

风力发电机根据路灯系统的总功率以及风力资源等条件选择功率大小安装高度等，相应的并网逆变器交流/直流转换稳压电源的功率根据风力发电机功率确定。

Claims (1)

1.风能并网电能互补路灯照明系统，其特征是它包括风力发电机[1]、电网交流电源[2]、第一交流/直流转换稳压电源[5]、第二交流/直流转换稳压电源[4]、智能控制器[6]和LED路灯[7]，风力发电机[1]电能输出端与第二交流/直流转换稳压电源[4]连接，电网交流电源[2]与第一交流/直流转换稳压电源[5]连接，第一交流/直流转换稳压电源[5]、第二交流/直流转换稳压电源[4]输出端与LED路灯[7]连接，风力发电机[1]与电网交流电源[2]之间接有并网逆变器[3]，并网逆变器[3]、第一交流/直流转换稳压电源[5]以及第二交流/直流转换稳压电源[4]通过控制电信号与智能控制器[6]连接；电网交流电源[2]与第一交流/直流转换稳压电源[5]之间还接有检测器一[13]、控制开关二[19]；风力发电机[1]与第二交流/直流转换稳压电源[4]之间还接有检测器三[20]、控制开关三[10]、检测器四[16]；风力发电机[1]与电网交流电源[2]之间还接有控制开关一[8]、并网逆变器[3]、检测器二[9]，智能控制器[6]通过驱动电路一[11]、驱动电路二[18]、驱动电路三[12]分别与控制开关一[8]、控制开关二[19]、控制开关三[10]连接；

所述的智能控制器在白天有风时风力发电机[1]发出的电能受智能控制器[6]控制，经过并网逆变器[3]逆变后变成交流电馈入电网交流电源[2]，夜晚有风时风力发电机[1]发出的电能受智能控制器[6]控制，经过第二交流/直流转换稳压电源[4]后变成直流电供给LED路灯[7]照明系统，LED路灯组点亮照明，LED路灯[7]是由若干只LED路灯组成的LED路灯组，当夜晚风力不足时风力发电机[1]发出的电能不足以保证LED路灯组[7]照明，智能控制器[6]控制电网交流电源[2]经过第一交流/直流转换稳压电源[5]后变成直流电同风力发电机[1]发出的电能一起给LED路灯组[7]供电，确保LED路灯组[7]所需的功率，电网交流电源[2]电能提供风力发电的不足部分，当风力增大时风能发电足够路灯使用，电网交流电源[2]自动停止供电，如果风力发电机[1]发出的电能超过LED路灯组[7]使用的电能时，剩余部分电能受智能控制器[6]控制经并网逆变器[3]逆变后变成交流电送入电网交流电源。

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