CN104242789A - 自适应风光互补供暖系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自适应风光互补供暖系统，属于绿色能源利用领域，该系统中包括风力发电机、光伏发电模块、控制器、升压单元、蓄电池和负载，风力发电机和光伏发电模块的输入端连接控制器，控制器的输出端连接升压单元，升压单元连接蓄电池，升压单元追踪风力发电机和光伏发电模块输出功率的最大功率点，蓄电池连接至少一个负载。本发明中设置使用了升压单元，该升压单元电路可以实现2种不同性质的电源输入，简化了传统的多输入变换器的电路结构，提高了电压增益，降低了开关器件电压应力，保证发电效率，避免了输出功率低时影响系统的稳定性和能量的有效利用率，解决了现有技术供暖方式存在利用传统能源高碳排放、消耗大、不节能等问题。
Description
技术领域
本发明涉及绿色能源利用领域，特别涉及一种自适应风光互补供暖系统。
背景技术
目前，国内外供暖方式从供暖设备设施划分主要有以下几种类型:一是集中供热。这是比较传统的供暖方式，主要又分为市政热力管网和小区内锅炉集中供热。二是分散式采暖方式:即每户独立成一个供暖体系。三是变频空调，冬季供热、夏季制冷。四是水源中央空调系统，又称地源热泵，利用地下20-30米处120度一350度左右的地下水资源或各类水源，夏季提供5 0C一7 0C的冷水给房间供冷;冬季提供45 0C左右的热水供给房间供暖。
上述几种供暖方式分别存在以下问题:①由于许多住宅楼每户住宅内没有分户计量的阀门和热表，住户不能根据自己的需要调整所需的热量。②分散式采暖和变频空调虽然可以根据自己的需要灵活调整采暖时间和温度，但是其造价十分昂贵，另外造成空气污染也是一个必须面对的重要问题。③水源中央空调又称地源热泵，是一种节能环保的供暖方式，但是受地下水限制十分严重。总之，上述供暖方式均存在利用传统能源高碳排放、消耗大、不节能等缺陷，不符合国家低碳环保、节能减排的政策要求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种自适应风光互补供暖系统。
本发明的技术方案是：一种风光互补自适应供暖系统，该系统中包括风力发电机、光伏发电模块、控制器、升压单元、蓄电池和负载，风力发电机和光伏发电模块的输入端连接控制器，控制器的输出端连接升压单元，升压单元连接蓄电池，升压单元追踪风力发电机和光伏发电模块输出功率的最大功率点，蓄电池连接至少一个负载。
所述蓄电池和各负载之间设有逆变器或斩波器，连接负载时均通过开关连接。所述控制器中包括信号处理单元，信号处理单元根据风力发电机中的转速传感器的转速监测值计算最佳风速，调节系统电路驱动信号的占空比，控制风力发电机的输出功率。所述控制器中利用PID原理处理功率计算，控制器通过风力发电机的转速推测风力发电机最佳的风速，得到最大输出功率，把信号处理单元计算得到的功率与系统的实际功率进行比较，利用PID控制调节误差，产生脉冲宽度调制（PWM）调节DC/AC变换器，改变信号的占空比。
所述光伏发电模块包括太阳能电板和驱动单元，驱动单元推动太阳能电池板运动。所述驱动单元包括感光传感器、驱动电机，感光传感器把检测信号反馈给驱动系统，驱动单元驱动电机旋转，对太阳能电池板的仰角和方位角进行控制实现光源随动跟踪，使太阳能电池板的日照接触而最大，入射角最佳。所述驱动电机包括至少有一个x轴方向的电机和与x轴数量相同的y轴方向的电机。所述升压单元包括三种模式：风力发电机组单独向负载供电、光伏发电模块单独向负载供电、风力发电机组和光伏发电模块联合向负载供电。
本发明有如下积极效果：本发明中设置使用了升压单元，升压单元为双输入BOOST单元，该升压单元电路可以实现2种不同性质的电源输入，简化了传统的多输入变换器的电路结构，提高了电压增益，降低了开关器件电压应力，而且升压单元能够追踪风力发电机和光伏发电模块输出功率的最大功率点，保证发电效率，避免了输出功率低时影响系统的稳定性和能量的有效利用率。本发明中对风力发电和光伏发电军进行了改进，风力发电中利用PID控制算法，保证了风力发电中可以通过调节电路驱动信号的占空比控制风力发电机的输出功率，进而完成对电功率的调节，从而间接的达到了控制风力发电机转速的目的。光伏发电中安装使用了驱动电机，光伏板可以随光源移动，提高了有效日照时间和工作效率，实现了节能减排、低碳环保的目的，充分利用了风能这种可再生能源。
附图说明
图1 是本发明中风光互补自适应供暖系统的工作示意图；
图2 是本发明中控制器的PID原理示意图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
一种风光互补自适应供暖系统，如图1所示，该系统中包括风力发电机、光伏发电模块、控制器、升压单元、蓄电池和负载，风力发电机和光伏发电模块的输入端连接控制器，控制器的输出端连接升压单元，升压单元连接蓄电池，升压单元既是BOOST单元，BOOST单元追踪风力发电机和光伏发电模块输出功率的最大功率点，蓄电池连接至少一个负载，蓄电池和各负载之间设有逆变器或斩波器，连接负载时均通过开关连接。
风力发电机连接风轮，由风轮转动产生能量转化为电能，风力发电机连接有一整流桥电路和双输入BOOST单元，整流桥电路保证了风力发电机生成输出的是直流电，作为双输入Boost单元的一路输入，光伏电板的输出为直流电，作为双输入Boost单元的另一路输入。升压单元包括三种模式：风力发电机组单独向负载供电、光伏发电模块单独向负载供电、风力发电机组和光伏发电模块联合向负载供电。风力发电模块和光伏模块单独或同时向系统供电，经过直流斩波后，得到蓄电池所需直流充电电压。蓄电池经过DC/DC斩波器后给直流负载供电，如果是交流负载则利用DC /AC逆变器变换到所需交流电压。控制器采集风力机和光伏板所产生的电流信号、蓄电池电压信号、负载侧电流信号，经过处理后产生两路PW M脉冲信号，控制双输入Boost变换器中开关管的通断，实现系统的最大功率点跟踪和蓄电池的充放电控制，同时产生另外两路PWM信号控制DC /DC斩波器和DC/AC逆变器中开关管的通断，保证负载的正常供电，斩波器和逆变器连接负载时中间设有开关，分别控制负载的开启和关闭。
系统控制器中包括信号处理单元、，信号处理单元根据风力发电机中的转速传感器的转速监测值计算最佳风速，调节系统电路驱动信号的占空比，控制风力发电机的输出功率。
当风力发电机输入的机械功率小于输出电功率的时候，风力发电机的转速要下降；反之，风力发电机的转速要增加。因此，可以通过调节电路驱动信号的占空比控制风力发电机的输出功率，进而完成对电功率的调节，从而间接的达到了控制风力发电机转速的目的。如图2所示，控制器中利用PID原理处理功率计算过程，控制器通过风力发电机的转速推测风力发电机最佳的风速，得到最大输出功率，把信号处理单元计算得到的功率与系统的实际功率进行比较，利用PID控制调节误差，产生脉冲宽度调制（PWM）调节DC/AC变换器，改变信号的占空比，提高了系统的可靠性和响应速度和达到稳定输出电压的目的。
光伏发电模块包括太阳能电板和驱动单元，驱动单元推动太阳能电池板运动。驱动单元包括感光传感器、驱动电机，感光传感器把检测信号反馈给驱动系统，驱动单元驱动电机旋转，对太阳能电池板的仰角和方位角进行控制实现光源随动跟踪，使太阳能电池板的日照接触而最大，入射角最佳。驱动电机包括至少有一个x轴方向的电机和与x轴数量相同的y轴方向的电机。驱动电机采用步进电机，感光传感器采用光敏三极管，从太阳升起的时候开始随太阳的位置同步转动，使电池板始终接收到最强的太阳辐射，当太阳落山或者阴雨天的时候，电池板归位，往复循环实现光源随动跟踪。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种风光互补自适应供暖系统，其特征在于，该系统中包括风力发电机、光伏发电模块、控制器、升压单元、蓄电池和负载，风力发电机和光伏发电模块的输入端连接控制器，控制器的输出端连接升压单元，升压单元连接蓄电池，升压单元追踪风力发电机和光伏发电模块输出功率的最大功率点，蓄电池连接至少一个负载。
2.根据权利1要求所述的风光互补自适应供暖系统，其特征在于，所述蓄电池和各负载之间设有逆变器或斩波器，连接负载时均通过开关连接。
3.根据权利1要求所述的风光互补自适应供暖系统，其特征在于，所述控制器中包括信号处理单元，信号处理单元根据风力发电机中的转速传感器的转速监测值计算最佳风速，调节系统电路驱动信号的占空比，控制风力发电机的输出功率。
4.根据权利3要求所述的风光互补自适应供暖系统，其特征在于，所述控制器中利用PID原理处理功率计算，控制器通过风力发电机的转速推测风力发电机最佳的风速，得到最大输出功率，把信号处理单元计算得到的功率与系统的实际功率进行比较，利用PID控制调节误差，产生脉冲宽度调制（PWM）调节DC/AC变换器，改变信号的占空比。
5.根据权利1要求所述的风光互补自适应供暖系统，其特征在于，所述光伏发电模块包括太阳能电板和驱动单元，驱动单元推动太阳能电池板运动。
6.根据权利5要求所述的风光互补自适应供暖系统，其特征在于，所述驱动单元包括感光传感器、驱动电机，感光传感器把检测信号反馈给驱动系统，驱动单元驱动电机旋转，对太阳能电池板的仰角和方位角进行控制实现光源随动跟踪，使太阳能电池板的日照接触而最大，入射角最佳。
7.根据权利6要求所述的风光互补自适应供暖系统，其特征在于，所述驱动电机包括至少有一个x轴方向的电机和与x轴数量相同的y轴方向的电机。
8.根据权利1要求所述的风光互补自适应供暖系统，其特征在于，所述升压单元包括三种模式：风力发电机组单独向负载供电、光伏发电模块单独向负载供电、风力发电机组和光伏发电模块联合向负载供电。
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