CN105471039A - 一种利用风能供电的雷电预警系统 - Google Patents

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高剑
姜辉
刘娟
毕晓蕾
高鑫
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Abstract

本发明公开了一种利用风能供电的雷电预警系统，其包括风能采集模块、储能供电模块、雷电预警控制模块和大气电场采集模块。本发明可以充分利用大自然界的风能，通过风能采集模块将风能转化成电能并进行存储，同时为雷电预警控制模块和大气电场采集模块提供全天候不间断供电。此外，风能储能模块还可以监测雷电预警系统所处位置的风速和风向信息，并将采集到的风速和风向信息传递给雷电预警控制模块；雷电预警控制模块将当前的风速和风向信息参与雷电预警核心运算，参与评价雷云的运动方向。本发明可以有效的保证野外环境中雷电预警系统的稳定工作，为雷电预警信息的真实准确提供了保障。本发明中的雷电预警系统结构简单可靠，节能且易于实现。

Description

一种利用风能供电的雷电预警系统
技术领域
本发明涉及一种利用风能供电的雷电预警系统。
背景技术
现有技术中雷电预警系统的供电方式多采用市电转直流电的方法。由于雷电预警系统有时需要安装在野外，安装环境比较恶劣，存在电缆线铺设难度大、成本高等问题。因此，如何为雷电预警系统不间断供电就成为一个研究的新课题。虽然在野外环境中可以利用太阳能为雷电预警系统进行供电，然而，太阳能供电方式明显受限于天气影响，而且在一些地区雨季时间比较长，太阳能供电方式显然不能为雷电预警系统提供不间断的供电。相比于太阳能供电方式，利用风能对雷电预警系统进行不间断供电更加符合实际。
发明内容
本发明的目的在于提出一种利用风能供电的雷电预警系统，以解决野外荒芜地区雷电预警系统的不间断供电问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用风能供电的雷电预警系统，包括雷电预警控制模块和大气电场采集模块；所述雷电预警系统还包括风能采集模块和储能供电模块，风能采集模块、储能供电模块、雷电预警控制模块及大气电场采集模块依次连接；风能采集模块将采集到的风能转化为电能，储能供电模块接收从风能采集模块输入的电流，并将该电流进行处理和变换，将经过处理的电流进行储能；同时为雷电预警控制模块和大气电场采集模块供电。
优选地，所述风能采集模块实时采集风速和风向信息，并将采集到的风速和风向信息传递给雷电预警控制模块。
优选地，所述风能采集模块包括旋转叶片、风力发电机以及用于实现旋转叶片水平360度转向的方向机。
优选地，所述旋转叶片是由碳纤维复合材料制成的。
优选地，所述储能供电模块包括PWM调制整流电路、控制单元MCU、充电电路、稳压防反充电路、铅蓄电池以及铅蓄电池电量判断电路；
PWM调制整流电路用于将由风能采集模块输入的电流进行脉宽调制和PWM处理整流变换；控制单元MCU用于根据铅蓄电池的电量状态控制充电电路是否向所述铅蓄电池供电；稳压防反充电路用于防止充电电路对铅蓄电池反向充电。
优选地，所述储能供电模块还包括用于实时监测蓄电池电量百分比的铅蓄电池电量监测电路，铅蓄电池电量监测电路将监测到的铅蓄电池电量信息传递给雷电预警控制模块。
优选地，所述风能采集模块与所述储能供电模块采用带保护套的6mm2三芯全铜电缆相连；所述储能供电模块与所述雷电预警控制模块采用带保护套的6mm2三芯全铜电缆相连；所述雷电预警控制模块与所述大气电场采集模块采用带保护套的4mm2的全铜电缆相连。
本发明具有如下优点：
本发明中的雷电预警系统，其包括风能采集模块、储能供电模块、雷电预警控制模块和大气电场采集模块。本发明可以充分利用大自然界的风能，通过风能采集模块将风能转化成电能进行存储，同时可以为雷电预警控制模块和大气电场采集模块提供全天候不间断供电。此外，风能储能模块还可以监测雷电预警系统所处位置的风速和风向信息，并将采集到的风速和风向信息传递给雷电预警控制模块；雷电预警控制模块将当前的风速和风向信息参与雷电预警核心运算，参与评价雷云的运动方向。本发明可以有效的保证野外环境中雷电预警系统的稳定工作，为雷电预警信息的真实准确提供了保障。本发明中的雷电预警系统结构简单可靠，充分利用自然界的环境特点，节能且易于实现。
附图说明
图1为本发明中一种利用风能供电的雷电预警系统的结构示意图；
图2为本发明中一种利用风能供电的雷电预警系统的供电流程图；
其中，1-风能采集模块，2-储能供电模块，3-雷电预警控制模块，4-大气电场采集模块。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
结合图1所示，一种利用风能供电的雷电预警系统，包括风能采集模块1、储能供电模块2、雷电预警控制模块3和大气电场采集模块4，风能采集模块1、储能供电模块2、雷电预警控制模块3及大气电场采集模块4依次连接。
优选地，风能采集模块1与储能供电模块2采用带保护套的6mm2三芯全铜电缆相连；储能供电模块2与雷电预警控制模块3采用带保护套的6mm2三芯全铜电缆相连；雷电预警控制模块3与大气电场采集模块4采用带保护套的4mm2的全铜电缆相连。
在有风的环境中，风能采集模块1将采集到的风能转化为电能，储能供电模块2接收从风能采集模块1输入的电流，并将该电流进行处理和变换，将经过处理的电流进行储能；同时为雷电预警控制模块3和大气电场采集模块4供电。
此外，风能采集模块1与雷电预警控制模块3之间设有信号连接线。风能采集模块1还可以实时采集风速和风向信息，并将采集到的风速和风向信息通过上述信号连接线传递给雷电预警控制模块3；雷电预警控制模块3将当前的风速风向信息参与雷电预警核心运算，参与评价雷云的运动方向，为雷电预警时间提供更加准确的预报。
具体的，风能采集模块1包括旋转叶片、风力发电机以及方向机。
其中，旋转叶片是由碳纤维复合材料制成的，其刚度好、重量轻、抗疲劳特性好、使用寿命长并可适应恶劣气候，同时使风机的输出功率更平滑，有效的提高风能利用效率。
方向机用于实现旋转叶片水平360度转向，使得风能采集模块1具有随风向自调整功能，最大程度的利用大自然界的风能。
储能供电模块2包括PWM调制整流电路、控制单元MCU、充电电路、稳压防反充电路、铅蓄电池以及铅蓄电池电量判断电路。其中，
PWM调制整流电路用于将由风能采集模块输入的电流进行脉宽调制和PWM处理整流变换；控制单元MCU用于根据铅蓄电池的电量状态控制充电电路是否向所述铅蓄电池供电；稳压防反充电路用于防止充电电路对铅蓄电池反向充电。
此外，储能供电模块2还包括用于实时监测蓄电池电量百分比的铅蓄电池电量监测电路，铅蓄电池电量监测电路将监测到的铅蓄电池电量信息传递给雷电预警控制模块3，以便于后台系统监测雷电预警系统的供电状况。
如图2所示，下面具体说明本发明雷电预警系统的供电过程：
(1)铅蓄电池电量判断电路检测铅蓄电池的电量状态，即满电和亏电状态；
(2)铅蓄电池电量判断电路将检测到的铅蓄电池电量状态发送给控制单元MCU；
(3)当控制单元MCU检测到铅蓄电池处于亏电状态时，执行步骤(4)；当控制单元MCU检测到铅蓄电池处于满电状态时，执行步骤(5)；
(4)PWM调制整流电路将由风能采集模块1输入的电流进行脉宽调制和PWM处理整流变换，控制单元MCU发出充电信号，控制充电电路导通，并对铅蓄电池进行充电，当铅蓄电池充满电后，控制单元MCU发出关断信号，控制充电电路断开；
在充电过程中，稳压防反充电路对充电电流的大小和方向进行保护；
(5)控制单元MCU控制充电电路断开。
在步骤(4)中，储能供电模块2对来自风能采集模块1的三相交流电进行整流滤波处理，通过实时监测铅蓄电池和风力发电机输出的电压比对，对充电电流进行PWM调制，该充电方式具有充电效率高、析氢量低、延长铅蓄电池的使用寿命的特点。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (7)

1.一种利用风能供电的雷电预警系统，包括雷电预警控制模块和大气电场采集模块；其特征在于，所述雷电预警系统还包括风能采集模块和储能供电模块，风能采集模块、储能供电模块、雷电预警控制模块及大气电场采集模块依次连接；风能采集模块将采集到的风能转化为电能，储能供电模块接收从风能采集模块输入的电流，并将该电流进行处理和变换，将经过处理的电流进行储能；同时为雷电预警控制模块和大气电场采集模块供电。
2.根据权利要求1所述的一种利用风能供电的雷电预警系统，其特征在于，所述风能采集模块实时采集风速和风向信息，并将采集到的风速和风向信息传递给雷电预警控制模块。
3.根据权利要求1所述的一种利用风能供电的雷电预警系统，其特征在于，所述风能采集模块包括旋转叶片、风力发电机以及用于实现旋转叶片水平360度转向的方向机。
4.根据权利要求3所述的一种利用风能供电的雷电预警系统，其特征在于，所述旋转叶片是由碳纤维复合材料制成的。
5.根据权利要求1所述的一种利用风能供电的雷电预警系统，其特征在于，所述储能供电模块包括PWM调制整流电路、控制单元MCU、充电电路、稳压防反充电路、铅蓄电池以及铅蓄电池电量判断电路；PWM调制整流电路用于将由风能采集模块输入的电流进行脉宽调制和PWM处理整流变换；控制单元MCU用于根据铅蓄电池的电量状态控制充电电路是否向所述铅蓄电池供电；稳压防反充电路用于防止充电电路对铅蓄电池反向充电。
6.根据权利要求5所述的一种利用风能供电的雷电预警系统，其特征在于，所述储能供电模块还包括用于实时监测蓄电池电量百分比的铅蓄电池电量监测电路，铅蓄电池电量监测电路将监测到的铅蓄电池电量信息传递给雷电预警控制模块。
7.根据权利要求1所述的一种利用风能供电的雷电预警系统，其特征在于，所述风能采集模块与所述储能供电模块采用带保护套的6mm2三芯全铜电缆相连；所述储能供电模块与所述雷电预警控制模块采用带保护套的6mm2三芯全铜电缆相连；所述雷电预警控制模块与所述大气电场采集模块采用带保护套的4mm2的全铜电缆相连。
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