CN103867386A - 一种用于风能发电的集成控制器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于风能发电的集成控制器装置，包括主控制器，所述主控制器通过控制与通讯数据通道分别与通讯模块、分布式DC/DC系统、超级电容系统、双向DC/DC系统和储能系统相连；通讯模块与运动体驱动器进行通讯链接，用于检测运动体的速度、方向、以及运动体的运动趋势；分布式DC/DC系统的一端分别通过通讯控制字连接线、控制驱动连接线和双向能量连接线与外部的发电机系统相连，另一端与超级电容系统相连；超级电容系统还与双向DC/DC系统的一端相连，双向DC/DC系统的另一端还与储能系统相连。本发明用以对风能、运动体的运动特质、以及储能系统实现动态监控，将风能转化和综合利用的效率实现最大化。

Description

一种用于风能发电的集成控制器装置
技术领域
本发明涉及一种集成控制器装置，特别是涉及一种用于风能发电的集成控制器装置。
背景技术
在纯电动汽车和纯电动船被人们高度关注的今天，世界范围，利用动力锂电池或超级电容构成储能系统的车船系统数量在与日俱增。
在纯电动汽车和纯电动船（即运动体）的运行过程中，无可避免地会发生与周围风力的相对流动，这个流动过程具有三个特质，其一，对运动体本身造成阻力，影响运动体行进，产生负向能量的作用；其二，风力流向与运动体同相，对运动产生正向能量，但是，当运动体制动的过程中，这种风力的流向将使运动体的制动能需求量增加，附加了运动体的制动能耗。其三，在运动体的速度调节过程中，风能无疑将对这个调节过程产生相对的运动，以造成与运动方向相反，反作用力成正比的的阻尼反作用力。
由于这种成双成对出现的作用力与反作用力是存在于运动体上的，如何将这些作用力利用成了亟需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于风能发电的集成控制器装置，用以对风能、运动体的运动特质、以及储能系统实现动态监控，将风能转化和综合利用的效率实现最大化。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于风能发电的集成控制器装置，包括主控制器、通讯模块、分布式DC/DC系统、超级电容系统、双向DC/DC系统和储能系统，所述主控制器通过控制与通讯数据通道分别与通讯模块、分布式DC/DC系统、超级电容系统、双向DC/DC系统和储能系统相连；所述通讯模块与运动体驱动器进行通讯链接，用于检测运动体的速度、方向、以及运动体的运动趋势；所述分布式DC/DC系统的一端分别通过通讯控制字连接线、控制驱动连接线和双向能量连接线与外部的发电机系统相连，另一端与所述超级电容系统相连；所述超级电容系统还与双向DC/DC系统的一端相连，所述双向DC/DC系统的另一端还与所述储能系统相连。
当主控制器通过通讯模块检测到运动体进入启动状态时，所述主控制器控制风力发电装置关闭进入进入“零”阻尼状态。
当主控制器通过通讯模块检测到运动体进入滑行状态时，所述主控制器将依照滑动过程风力发电所获得的风能将电能传输给所述储能系统。
当主控制器通过通讯模块检测到运动体进入制动状态时，所述主控制器通过所述分布式DC/DC系统将每个发电机系统的电能采集过程阻尼调节到最大。
当主控制器通过通讯模块检测到运动体进入加速状态时，所述主控制器控制超级电容系统中的部分电能作为发电机系统的驱动电能。
所述主控制器由DSP数字控制器和FPGA数字逻辑控制器构成。
所述储能系统为超级电容系统和/或动力锂电池系统。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过DSP数字控制器和FPGA逻辑控制器构成主控制器，利用主控制器组成的控制与数据通道完成与通讯模块、分布式DC/DC系统的组合控制实现风能发电装置双向能量传递，通过双向能量的传递，实现了风能发电的过程与运动体的运动过程实现正向能量的互补。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的应用示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种用于风能发电的集成控制器装置，如图1所示，包括主控制器3、通讯模块10、分布式DC/DC系统4、超级电容系统5、双向DC/DC系统6和储能系统7，所述主控制器3通过控制与通讯数据通道8分别与通讯模块10、分布式DC/DC系统4、超级电容系统5、双向DC/DC系统6和储能系统7相连；所述通讯模块10与运动体驱动器进行通讯链接，用于检测运动体的速度、方向、以及运动体的运动趋势；所述分布式DC/DC系统4的一端分别通过通讯控制字连接线、控制驱动连接线和双向能量连接线与外部的发电机系统相连，另一端与所述超级电容系统5相连；所述超级电容系统5还与双向DC/DC系统6的一端相连，所述双向DC/DC系统6的另一端还与所述储能系统7相连。
主控制器3采用DSP数字控制器与FPGA逻辑控制器组合，与所连接的辅助控制、执行模块完成核心控制器的内核算法，主要用于根据通讯模块10检测到的运动体状态对外部发电机系统发出控制指令，确定双向DC/DC系统6的能量流向，以实现能量转换的最大化与最优化。
通讯模块10在整个转换的过程中对运动体的速度、方向、以及运动体的运动趋势进行检测，用以判定风能发电装置的能量取向。运动体的运动趋势直接影响了控制器内核的算法，即通过算法组合确定双向DC/DC系统的能量流向。
控制与通讯数据通道8用于完成对所有外部模块之间的数据连接和控制。
分布式DC/DC系统4完成对所有外挂的发电机系统实现过程控制，在主控制器的控制下，实现能量的双向传递，即可控制外挂的发电机系统以多大的能量等级向超级电容系统实现能量输送，众所周知，不同的能量传递，对系统的阻尼影响将是个变量；再者，在本系统的控制下，可以将发电机系统运行在电动机状态，以使运动体的运动获得更大的能量。外挂的发电机系统（或电动及系统）对应了3种相互连接的通道：①、通讯控制字连接线，用以控制能量获取的强度、电动机运行的参数；②、控制驱动连接线，用以确定是能量的传递方向，发电机模式时，发电机系统提供给超级电容系统能量，反之，将是运行在电动机模式；③、双向能量连接线，提供能量的传递渠道。
超级电容系统5在本装置中将完成能量的暂存，传递能量。
双向DC/DC系统6将完成储能系统向超级电容系统的能量送出或收集，当需要发电机系统需要转变成电动机系统时，而且超级电容能量不足以提供时，储能系统将提供能量给超级电容系统。反之，超级电容系统4通过双向DC/DC系统6完成能量储存。
车载、船载储能系统7是利用动力锂电池或超级电容，或超级电容＋动力锂电池构成，其管理系统由本系统的主控制器完成BMS功能。
图2是本发明的应用示意图。
其中，具有储能系统的纯电动汽车或纯电动船，即运动体1，其中的箭头为该纯电动汽车或纯电动船的运动方向。本发明就是要通过将运动体在运动过程中与风能产生的能量进行转换，实现风电转换，将这些电能储存于运动体的储能系统中，做二次应用。
本发明将实现对框架2上的风力发电装置经过接口组合，实现总体控制。该框架2实现所有的分离发电装置与运动体的连接。值得一提的是：本图上描述的框架为方形的构件，但在实际应用过程中，可以是任意形状的，其形状是依照了二个原则：空间的安置便捷和风力发电装置的风叶受风力最大。因此，其结构形式可以是多种多样的，可以是矩形、圆形和任意多边形。
主控制器3是由DSP数字控制器和FPGA数字逻辑控制器构成的智能控制系统，该控制器系统除了完成与纯电动汽车或纯电动船动力驱动系统互相间的数字通讯外，还负责风力发电过程的动态控制和能量流动的协调控制，以及负责管理双向DC/DC系统的管道控制。
每一个风力发电装置2内嵌的DC/DC模块完成与外部系统的分布式DC/DC系统4的连接，每个风力发电装置2都是通过其将能量传递出去。同时，在系统的控制下，还可通过分布式DC/DC系统4使发电机状态转变成电动机状态，用以将风能所提供的能量转变成运动体的动能。分布式DC/DC系统4主要负责将每个风力发电装置2的能量进行采集和传输，由于其具有双向的功能，因此还能将发电机系统转变成电动机。
超级电容系统5是负责将发电机所发出的电能（从分布式DC/DC系统传输获得）进行暂存，并将此能量经过双向DC/DC系统6传输给储能系统7，以完成风力发电的能量堆积；同时，它还将吸取来自储能系统7的能量，以使发电机系统转变成电动机，提供所必须的能量。双向DC/DC系统6主要负责将能量传输给储能系统7，即完成风力发电的能量吸取过程和将能量传输给超级电容系统的发电机逆向过程，给予风能动力。
储能系统7可以是超级电容系统、动力锂电池系统或超级电容加动力锂电池系统，储能系统是本装置的目标系统。
控制系统的数据控制通道8主要负责完成主控制器与各个装置间的过程控制，是实现整个系统协调控制的核心主要连接部分。与纯电动汽车或纯电动船的驱动系统的连接线9是用于获取车船的动力走向：启动、滑行、制动、加速过程的讯息通道。
在车船运行过程中本装置进行如下操作：
①、启动过程
当本控制器装置通过通讯口接收到讯息运动体进入启动过程时，所有的风力发电装置将进入“零”阻尼状态，用以切除所有风力发电装置所固有的“制动阻尼”，此时运动体将没有负面的负载。
②、滑行过程
同样，当控制器得到讯息运动体进入滑行状态时，系统将依照滑动过程风力发电所获得的风能，将电能传输给运动体的储能系统，即进入本发明的风能转换成电能并存储的阶段。
③、制动过程
在制动过程中，系统除了完成滑行过程所赋予的功能外，通过分布式DC/DC系统，将每个发电机的电能采集过程阻尼调节到最大，即发电量最大，这时，由于风阻做负向功的作用，加大了运动体的制动能力，从而获得了更大的电能。
④、加速过程
在运动体的加速过程中，系统除了完成启动过程的“零”阻尼状态外，系统还将依照加速度的给定信号大小进行调节，即完成将风力发电机调节成电动机的功能，以借风力给与运动体加速的部分能量。

Claims (7)

1.一种用于风能发电的集成控制器装置，包括主控制器（3）、通讯模块（10）、分布式DC/DC系统（4）、超级电容系统（5）、双向DC/DC系统（6）和储能系统（7），其特征在于，所述主控制器（3）通过控制与通讯数据通道（8）分别与通讯模块（10）、分布式DC/DC系统（4）、超级电容系统（5）、双向DC/DC系统（6）和储能系统（7）相连；所述通讯模块（10）与运动体驱动器进行通讯链接，用于检测运动体的速度、方向、以及运动体的运动趋势；所述分布式DC/DC系统（4）的一端分别通过通讯控制字连接线、控制驱动连接线和双向能量连接线与外部的发电机系统相连，另一端与所述超级电容系统（5）相连；所述超级电容系统（5）还与双向DC/DC系统（6）的一端相连，所述双向DC/DC系统（6）的另一端还与所述储能系统（7）相连。
2.根据权利要求1所述的用于风能发电的集成控制器装置，其特征在于，当主控制器通过通讯模块检测到运动体进入启动状态时，所述主控制器控制风力发电装置关闭进入进入“零”阻尼状态。
3.根据权利要求1所述的用于风能发电的集成控制器装置，其特征在于，当主控制器通过通讯模块检测到运动体进入滑行状态时，所述主控制器将依照滑动过程风力发电所获得的风能将电能传输给所述储能系统。
4.根据权利要求1所述的用于风能发电的集成控制器装置，其特征在于，当主控制器通过通讯模块检测到运动体进入制动状态时，所述主控制器通过所述分布式DC/DC系统将每个发电机系统的电能采集过程阻尼调节到最大。
5.根据权利要求1所述的用于风能发电的集成控制器装置，其特征在于，当主控制器通过通讯模块检测到运动体进入加速状态时，所述主控制器控制超级电容系统中的部分电能作为发电机系统的驱动电能。
6.根据权利要求1所述的用于风能发电的集成控制器装置，其特征在于，所述主控制器（3）由DSP数字控制器和FPGA数字逻辑控制器构成。
7.根据权利要求1所述的用于风能发电的集成控制器装置，其特征在于，所述储能系统（7）为超级电容系统和/或动力锂电池系统。
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