CN102159003B - 太阳能风能集成控制方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及能源调控领域，具体的说提供了一种太阳能风能集成高智能控制方法及其控制系统，通过该系统和方法可使LED路灯最大程度的利用太阳能、风能资源，消除冬夏两季太阳能资源差距给系统设计带来的影响，同时解决了原有一般独立太阳能系统无法监控的问题。

Description

太阳能风能集成控制方法及其系统
【技术领域】
本发明涉及能源调控领域，尤其是指一种太阳能风能集成控制方法及其系统。
【背景技术】
目前，太阳能/风能供电的路灯只是通过对太阳能/风能获取转换后给其自身的蓄电池进行供电，彼此与其他的路灯互相不相关也无不会进行通信调度。在实际使用中往往造成某个路灯的太阳能电池板/风能已经对蓄电池充满电，而相邻的路灯可能是布局在小区或者楼群中，处于少风或甚至部分云层的不定期遮挡，以致不能很好地进行太阳能充电，由于现有系统中各太阳能间缺乏能源调度，此种能源获取不均无法共享，导致诸多浪费。
此外现有的太阳能供电的路灯，往往是通过太阳能光线的强弱自动进行路灯的开关或者通过定时的方式进行路灯开关。这些方式常受天气变化带来的光线强弱和季节变化的影响，显得不够灵活，人为干预比较困难。
【发明内容】
本发明的目的在于克服了上述缺陷，提供一种通过将路灯组网，并可通过电力线传输协议进行彼此间通信调度的太阳能风能集成控制方法及其系统。
本发明的目的是这样实现的：一种太阳能风能集成控制方法，它包括步骤
A)、初始化，初始化设定；
B)、是否有太阳能，判断太阳能电池板是否供电，若无供电则进入模式选择，对应进行延时亮灯或亮灯操作，若有供电则对蓄电池进行充电；
C)、蓄电池是否充满电，判断蓄电池是否已充满，是则通过电力线传输协议于网络中发送广播消息，若否则进入控制充电然后返回本步骤直至充电充满；
上述方法中，所述步骤C中的控制充电还依次包括通过最大功率追踪技术进行快速度充电、采用恒压方式充电、采用涓流充电的步骤；
上述方法中，所述最大功率追踪技术进行快速度充电包括，在启动时，充电控制端输出的一个固定占空比D＝1/2的电压信号，输出频率为200KHZ，采用干扰探测法，以一个固定步长改变占空比，检测输入功率，如功率增加，则继续增加占空比，如功率减少则减少占空比，如此找到一个临近点以后，以根据功率的变化率来调整步长的遗传法从而找出最大功率点的步骤；
一种专用于权利要求1所述太阳能风能集成控制方法的控制系统，它包括若干路灯单元，其特征在于：路灯单元间通过电缆相连，并通过电缆经由并网模块接入电网，所述电缆上还设置有监控终端；
上述结构中，所述路灯单元由LED路灯、蓄电池、风机模块、太阳能电池、交直流转换器、逆变器、控制器及电力线通讯模块组成；其中，蓄电池，用于在控制器控制下驱动LED路灯工作；风机模块及太阳能电池，用于获取风能、太阳能，为蓄电池充电；逆变器，用于当蓄电池电能有余量时在控制器控制下将其电能进入电缆的交流网络；交直流转换器，用于当蓄电池放电深度大于一定值时，在控制器控制下蓄电池停止向LED路灯供电，转而导通交直流转换器，改由电缆的交流网络为其供电；控制器，用于控制蓄电池与LED路灯间是否导通工作、控制逆变器及电缆间是否导通工作及交直流转换器与电缆间是否导通工作，同时还通过电力线传输模块像电缆的交流网络实时发送该路灯单元运作状况；
上述结构中，所述控制器由中央控制器及与其相连的两个充电控制器、一个放电控制器组成，中央控制器通过两个充电控制分别控制转换电路及蓄电池，通过放电控制来控制蓄电池是否与LED路灯导通，此外中央控制器还设有用于与电力线通讯模块相连的输出端及控制逆变器、交直流变换的输出端；
上述结构中，所述中央控制器设有用于接收风机电压、太阳能板电压及蓄电池电压的输入端。
上述结构中，所述监控终端包含系统运行状态检测端和客户端设置端两个模块，客户设置端，用于设置工作模式，光控模式和光控/延时模式、延时长短、太阳能板基准电压等参数，系统运行状态检测端，用于显示各个节点电量状态、故障状况。
本发明的有益效果在于可使LED路灯最大程度的利用太阳能、风能资源，消除冬夏两季太阳能资源差距给系统设计带来的影响，同时解决了原有一般独立太阳能系统无法监控的问题。
【附图说明】
下面结合附图详述本发明的具体结构
图1为本发明的控制方法流程图
图2为本发明的控制系统构成图
图3为本发明的控制系统中路灯单元的控制器构成图
【具体实施方式】
如图1所示，本发明涉及一种太阳能风能集成控制方法，它包括步骤：
A)、初始化，初始化设定工作模式，光控模式和光控/延时模式、延时长短、太阳能板基准电压等参数；
B)、是否有太阳能，判断太阳能电池板是否供电，若无供电则进入模式选择，对应进行延时亮灯或亮灯操作，若有供电则对蓄电池进行充电；
C)、蓄电池是否充满电，判断蓄电池是否已充满；
是则通过电力线传输协议于网络中发送广播消息；
若否则进入控制充电，控制充电包括依次的：
C1)、通过最大功率追踪技术(MPPT)进行快速度充电，具体的说，MPPT控制的算法即在启动时，充电控制端输出的一个固定占空比D＝1/2的电压信号，输出频率为200KHz，采用干扰探测法，以一个固定步长改变占空比，检测输入功率，如功率增加，则继续增加占空比，如功率减少则减少占空比，如此找到一个临近点以后，以根据功率的变化率来调整步长的遗传法从而找出最大功率点(MPP)，此方法较一般的“干扰探测法”找到的MPP点更精确。
C2)、采用恒压方式充电
C3)、采用涓流充电的步骤
通过上述控制充电步骤对蓄电池进行充电，同时返回本步骤判断其是否充满，直至充电充满则通过电力线传输协议于网络中发送广播消息。
本发明还涉及一种专用于上述控制方法的控制系统，参见图2，它包括2个以上的若干个路灯单元，路灯单元间通过电缆相连，并通过电缆经由并网模块接入电网，所述电缆上还设置有监控终端，监控终端包含两个模块：系统运行状态检测端和客户端设置端，客户设置端可以设置工作模式，光控模式和光控/延时模式、延时长短、太阳能板基准电压等参数，而系统运行状态检测端则用于显示各个节点电量状态、故障状况。
上述的每个路灯单元由LED路灯、蓄电池、风机模块、太阳能电池、交直流转换器(AC/DC)、逆变器、控制器及电力线通讯模块组成。
其中，蓄电池，用于在控制器控制下驱动LED路灯工作。
风机模块及太阳能电池，用于获取风能、太阳能，为蓄电池充电。
逆变器，用于当蓄电池电能有余量时在控制器控制下将其电能进入电缆的交流网络。
交直流转换器(AC/DC)，用于当蓄电池放电深度大于一定值时，在控制器控制下蓄电池停止向LED路灯供电，转而导通交直流转换器(AC/DC)，改由电缆的交流网络为其供电。
控制器，用于控制蓄电池与LED路灯间是否导通工作、控制逆变器及电缆间是否导通工作及交直流转换器(AC/DC)与电缆间是否导通工作，同时还通过电力线传输模块像电缆的交流网络实时发送该路灯单元运作状况。
参见图3，所使用的控制器由中央控制器及相连的两个充电控制、一个放电控制组成，中央控制器通过两个充电控制分别控制转换电路及蓄电池，通过放电控制来控制蓄电池是否与LED路灯导通，此外中央控制器还设有用于与电力线通讯模块相连的输出端及控制逆变器、交直流变换的输出端；设有用于接收风机电压、太阳能板电压及蓄电池电压的输入端。
由此，太阳能电池、风机模块通过两个MOS管与蓄电池同极性端串联，三者正极直接相连，负极串联二极管，起防反充电保护作用。中央控制器通过充电控制电路，连接两个MOS管，充电电路在中央控制器控制下，输出PWM信号。
LED路灯与蓄电池正极相连，负极串接一个MOS管与蓄电池相连，中央控制器通过放电控制电路连接MOS管栅极，控制LED路灯的启动和关闭。
交直流转换器(AC/DC)正极于LED路灯相连，负极串接MOS管与路灯相连，中央控制器连接MOS管栅极，控制电源供电。当蓄电池放电深度大于40％时，蓄电池停止向LED路灯供电，中央控制器导通交直流转换器(AC/DC)，改由交流网络供电。
逆变器串接双向可控硅连入电缆交流网络，中央控制器控制端通过交流控制电路连接可控硅，当节点电能有余量的时候，导通可控硅，蓄电池电能通过逆变器进入交流网络。
风力放电机、太阳能板、蓄电池电压参数经过交直流转换器(AC/DC)，连接中央控制器。
中央控制器串行通信端口连接编码、译码模块，接入电力线传输模块，实时发送节点运作状况。
中央控制器通过三个端口读取太阳能电池、风机模块、蓄电池三者的电压信号。负载输出端串接一个小电阻，电阻两端的电压用比较器放大，放大的信号连接到中央控制器，中央控制器根据这个信号判断负载的工作情况。
控制器对蓄电池是否充满电进行判断，蓄电池充满电之后，该控制器通过电力线传输协议发出广播消息，同时接通逆变器所在线路的开关，太阳能不足的路灯，收到广播消息之后，会接通整流模块所在线路，使电力线上的电源引入蓄电池，蓄电池充满之后断开整流模块所在线路的开关。太阳能富足的路灯控制器检测到太阳能电路板上的太阳能消失后，控制器断开逆变器所在的开关。

Claims (3)

1.一种太阳能集成控制方法，其特征在于：它包括步骤
A）、初始化，初始化设定；
B）、判断太阳能电池板是否供电，若无供电则进入模式选择，对应进行延时亮灯或亮灯操作，若有供电则对蓄电池进行充电；
C）、判断蓄电池是否已充满，是则通过电力线传输协议于网络中发送蓄电池充电状态，若否则进入控制充电然后返回本步骤直至充电充满。
2.如权利要求1所述的太阳能集成控制方法，其特征在于：所述步骤C中的控制充电还依次包括通过最大功率追踪技术进行快速度充电、采用恒压方式充电、采用涓流充电的步骤。
3.一种专用于权利要求1所述太阳能集成控制方法的控制系统，它包括若干路灯单元，其特征在于：路灯单元间通过电缆相连，并通过电缆经由并网模块接入电网，所述电缆上还设置有用于监控系统运行状态及设置工作模式和系统参数的监控终端；
所述路灯单元由LED路灯、蓄电池、风机模块、太阳能电池、交直流转换器、逆变器、控制器及电力线通讯模块组成；其中，
蓄电池，用于在控制器控制下驱动LED路灯工作；
风机模块及太阳能电池，用于获取风能、太阳能，为蓄电池充电；
逆变器，用于当蓄电池电能有余量时在控制器控制下将其电能进入电缆的交流网络；
交直流转换器，用于当蓄电池放电深度大于一定值时，在控制器控制下蓄电池停止向LED路灯供电，转而导通交直流转换器，改由电缆的交流网络为其供电；
控制器，用于控制蓄电池与LED路灯间是否导通工作、控制逆变器及电缆间是否导通工作及交直流转换器与电缆间是否导通工作，同时还通过电力线通讯模块向电缆的交流网络实时发送该路灯单元运作状况。
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