CN107257139A - 小型船舶的风光互补能量系统及控制方法 - Google Patents

小型船舶的风光互补能量系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种小型船舶的风光互补能量系统，包括200W螺旋形垂直轴风力发电机、单晶100W光伏发电板、LHLN02‑01/12型号风光互补控制器和储能装置，储能装置包括三元锂电池和超级电容；200W螺旋形垂直轴风力发电机的输出端分别连接LHLN02‑01/12型号风光互补控制器的1、2、3号端子；单晶100W光伏发电板的输出端分别连接LHLN02‑01/12型号风光互补控制器的4、5号端子；三元锂电池和超级电容均连接LHLN02‑01/12型号风光互补控制器的6、7号端子；船用直流负载与三元锂电池并联；船用直流负载为生活用电负载。本发明利用LHLN02‑01/12型号风光互补控制器，对风能发电和光发电的电能进行合理协调；超级电容的应用使得纯电船在启动或制动时更稳定；最终实现船舶零排放，并且运行稳定。

Description

小型船舶的风光互补能量系统及控制方法
技术领域
本发明属于小型船舶及节能领域，具体涉及一种小型船舶的风光互补能量系统及控制方法。
背景技术
近年来全球依然在提倡节能减排，大多数国家在研究风能和太阳能，因为这两种能源均零污染、可再生而且分布广泛。但是缺点是能量密度低、随机性强，尤其对于小容发电系统，两者都很难单独作为稳定连续的电能供应源。同时人们研究发现二者有着很好的互补性，如果将两者按照合理的容量配置互补运行并安装合适的蓄电池组以及超级电容进行能量存储和负载的均衡，则能够使二者的弱势得以均衡，得到比较稳定的电源输出。这种结构的发电系统被称为风光互补发电系统，随着燃料成本的持续增高和港口环境安全检查的日益严格，船舶运输行业对清洁能源的利用也越来越重视。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种小型船舶的风光互补能量系统及控制方法，能够使船舶实现零排放，并且运行稳定。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种小型船舶的风光互补能量系统，其特征在于：它包括200W螺旋形垂直轴风力发电机、单晶100W光伏发电板、LHLN02-01/12型号风光互补控制器和储能装置，储能装置包括三元锂电池和超级电容；
所述的200W螺旋形垂直轴风力发电机的输出端分别连接LHLN02-01/12型号风光互补控制器的1、2、3号端子；单晶100W光伏发电板的输出端分别连接LHLN02-01/12型号风光互补控制器的4、5号端子；三元锂电池和超级电容均连接LHLN02-01/12型号风光互补控制器的6、7号端子；船用直流负载与三元锂电池并联；所述的船用直流负载为生活用电负载；
所述的LHLN02-01/12型号风光互补控制器包括整流电路和DC/DC电路。
所述的小型船舶的风光互补能量系统的控制方法，其特征在于：
200W螺旋形垂直轴风力发电机将风能转化为机械能再进一步转化为电能，经过整流电路和DC/DC电路后输出12V电能；
当光源照射单晶100W光伏发电板时，单晶100W光伏发电板内部PN结的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流，从而将光转化为电能，经DC/DC电路后输出12V电能；
LHLN02-01/12型号风光互补控制器对200W螺旋形垂直轴风力发电机进行过转速、过电压、过电流限制，一旦200W螺旋形垂直轴风力发电机超过设定的上限转速、上限电压或上限电流，LHLN02-01/12型号风光互补控制自动启动PWM 智能卸载，从而保护200W螺旋形垂直轴风力发电机；当200W螺旋形垂直轴风力发电机电压低于三元锂电池电压时，LHLN02-01/12型号风光互补控制器自动启动升压模块，将200W螺旋形垂直轴风力发电机电压提升到充电电压，此时200W螺旋形垂直轴风力发电机进行升压充电；当200W螺旋形垂直轴风力发电机电压高于三元锂电池电压时，LHLN02-01/12型号风光互补控制器自动启动降压模块，此时200W螺旋形垂直轴风力发电机进行降压充电；当200W螺旋形垂直轴风力发电机处于微风情况下，船用直流负载使200W螺旋形垂直轴风力发电机转速下降，从而降低200W螺旋形垂直轴风力发电机的功率输出，通过最大电流跟踪和最大功率点跟踪，200W螺旋形垂直轴风力发电机输出被稳定在风能利用的最大平衡点，与升降压电路相结合，进而提高风能利用率；
根据实际情况，在LHLN02-01/12型号风光互补控制器上手动设置当前使用的三元锂电池容量上限，LHLN02-01/12型号风光互补控制器根据所设置的三元锂电池容量上限，计算出充电电流上限，从而对三元锂电池进行保护；
系统工作时，当太阳能和风能所产生电量总和多于船用直流负载所需电量时，风能所产生电能经过LHLN02-01/12型号风光互补控制器整流稳压、太阳能所产生电能通过LHLN02-01/12型号风光互补控制器稳压，向直流负载供电，多余电量进入三元锂电池存储；
当太阳能和风能所产生电量总和等于船用直流负载所需电量时，风能所产生电能经过LHLN02-01/12型号风光互补控制器整流稳压、太阳能所产生电能通过LHLN02-01/12型号风光互补控制器稳压，向船用直流负载供电；
当太阳能和风能所产生电量总和少于船用直流负载所需电量时，风能所产生电能经过LHLN02-01/12型号风光互补控制器整流稳压、太阳能所产生电能通过LHLN02-01/12型号风光互补控制器稳压，向船用直流负载供电，同时所差电量由三元锂电池电池供给；
在启动或制动时，超级电容提供或吸收大量能量，三元锂电池作为辅助；在稳定运行时，由三元锂电池持续提供推进能量。
本发明的有益效果为：将风能和太阳能转化为电能，并通过LHLN02-01/12型号风光互补控制器整流、稳压，将多余电能储存于三元锂电池中；由于三元锂电池和超级电容为并联，纯电船在启动或制动时，主要由超级电容提供或吸收大量能量，三元锂电池作为辅助；纯电船在稳定运行时，完全由三元锂电池持续提供能量。
附图说明
图1为本发明一实施例的结构框图。
具体实施方式
下面结合实例和附图对本发明做进一步说明。
本发明提供一种小型船舶的风光互补能量系统，如图1所示，它包括200W螺旋形垂直轴风力发电机、单晶100W光伏发电板、LHLN02-01/12型号风光互补控制器和储能装置，储能装置包括三元锂电池和超级电容；所述的200W螺旋形垂直轴风力发电机的输出端分别连接LHLN02-01/12型号风光互补控制器的1、2、3号端子；单晶100W光伏发电板的输出端分别连接LHLN02-01/12型号风光互补控制器的4、5号端子；三元锂电池和超级电容均连接LHLN02-01/12型号风光互补控制器的6、7号端子；船用直流负载与三元锂电池并联；所述的船用直流负载为生活用电负载；所述的LHLN02-01/12型号风光互补控制器包括整流电路和DC/DC电路。LHLN02-01/12型号风光互补控制器的剩余三个端子作为备用接口。本实施例中超级电容为Maxwell牌超级电容。
所述的小型船舶的风光互补能量系统的控制方法，200W螺旋形垂直轴风力发电机将风能转化为机械能再进一步转化为电能，经过整流电路和DC/DC电路后输出12V电能。
当光源照射单晶100W光伏发电板时，单晶100W光伏发电板内部PN结的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流，从而将光转化为电能，经DC/DC电路后输出12V电能。
LHLN02-01/12型号风光互补控制器对200W螺旋形垂直轴风力发电机进行过转速、过电压、过电流限制，一旦200W螺旋形垂直轴风力发电机超过设定的上限转速、上限电压或上限电流，LHLN02-01/12型号风光互补控制自动启动PWM 智能卸载，从而保护200W螺旋形垂直轴风力发电机；当200W螺旋形垂直轴风力发电机电压低于三元锂电池电压时，LHLN02-01/12型号风光互补控制器自动启动升压模块，将200W螺旋形垂直轴风力发电机电压提升到充电电压，此时200W螺旋形垂直轴风力发电机进行升压充电；当200W螺旋形垂直轴风力发电机电压高于三元锂电池电压时，LHLN02-01/12型号风光互补控制器自动启动降压模块，此时200W螺旋形垂直轴风力发电机进行降压充电；当200W螺旋形垂直轴风力发电机处于微风情况下，船用直流负载使200W螺旋形垂直轴风力发电机转速下降，从而降低200W螺旋形垂直轴风力发电机的功率输出，通过最大电流跟踪和最大功率点跟踪，200W螺旋形垂直轴风力发电机输出被稳定在风能利用的最大平衡点，与升降压电路相结合，进而提高风能利用率。
根据实际情况，在LHLN02-01/12型号风光互补控制器上手动设置当前使用的三元锂电池容量上限，LHLN02-01/12型号风光互补控制器根据所设置的三元锂电池容量上限，计算出充电电流上限，从而对三元锂电池进行保护。
系统工作时，当太阳能和风能所产生电量总和多于船用直流负载所需电量时，风能所产生电能经过LHLN02-01/12型号风光互补控制器整流稳压、太阳能所产生电能通过LHLN02-01/12型号风光互补控制器稳压，向直流负载供电，多余电量进入三元锂电池存储。
当太阳能和风能所产生电量总和等于船用直流负载所需电量时，风能所产生电能经过LHLN02-01/12型号风光互补控制器整流稳压、太阳能所产生电能通过LHLN02-01/12型号风光互补控制器稳压，向船用直流负载供电。
当太阳能和风能所产生电量总和少于船用直流负载所需电量时，风能所产生电能经过LHLN02-01/12型号风光互补控制器整流稳压、太阳能所产生电能通过LHLN02-01/12型号风光互补控制器稳压，向船用直流负载供电，同时所差电量由三元锂电池电池供给。
在启动或制动时，超级电容提供或吸收大量能量，三元锂电池作为辅助；在稳定运行时，由三元锂电池持续提供推进能量。
本发明的意义在于：（1）使船舶实现零排放；（2）合理利用风能和太阳能，并使其产生稳定电能；（3）引入储能单元，可以在产生电能富余时将多余电能储存，减少浪费；产生电能不足时补足所缺能量，使负载稳定运行；（4）引入削谷填峰概念，减少电网的波动。
本发明的核心创新点在于：（1）风光互补方式：MPPT在风能和太阳能发电中的应用。（2）锂电池-超级电容在船舶上的协调运作方式：纯电船在启动或制动时，如何分配超级电容提和三元锂电池的能量；纯电船在稳定运行时，如何由三元锂电池持续提供能量以及提供方式。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种小型船舶的风光互补能量系统，其特征在于：它包括200W螺旋形垂直轴风力发电机、单晶100W光伏发电板、LHLN02-01/12型号风光互补控制器和储能装置，储能装置包括三元锂电池和超级电容；
所述的200W螺旋形垂直轴风力发电机的输出端分别连接LHLN02-01/12型号风光互补控制器的1、2、3号端子；单晶100W光伏发电板的输出端分别连接LHLN02-01/12型号风光互补控制器的4、5号端子；三元锂电池和超级电容均连接LHLN02-01/12型号风光互补控制器的6、7号端子；船用直流负载与三元锂电池并联；所述的船用直流负载为生活用电负载；
所述的LHLN02-01/12型号风光互补控制器包括整流电路和DC/DC电路。
2.权利要求1所述的小型船舶的风光互补能量系统的控制方法，其特征在于：
200W螺旋形垂直轴风力发电机将风能转化为机械能再进一步转化为电能，经过整流电路和DC/DC电路后输出12V电能；
当光源照射单晶100W光伏发电板时，单晶100W光伏发电板内部PN结的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流，从而将光转化为电能，经DC/DC电路后输出12V电能；
LHLN02-01/12型号风光互补控制器对200W螺旋形垂直轴风力发电机进行过转速、过电压、过电流限制，一旦200W螺旋形垂直轴风力发电机超过设定的上限转速、上限电压或上限电流，LHLN02-01/12型号风光互补控制自动启动PWM 智能卸载，从而保护200W螺旋形垂直轴风力发电机；当200W螺旋形垂直轴风力发电机电压低于三元锂电池电压时，LHLN02-01/12型号风光互补控制器自动启动升压模块，将200W螺旋形垂直轴风力发电机电压提升到充电电压，此时200W螺旋形垂直轴风力发电机进行升压充电；当200W螺旋形垂直轴风力发电机电压高于三元锂电池电压时，LHLN02-01/12型号风光互补控制器自动启动降压模块，此时200W螺旋形垂直轴风力发电机进行降压充电；当200W螺旋形垂直轴风力发电机处于微风情况下，船用直流负载使200W螺旋形垂直轴风力发电机转速下降，从而降低200W螺旋形垂直轴风力发电机的功率输出，通过最大电流跟踪和最大功率点跟踪，200W螺旋形垂直轴风力发电机输出被稳定在风能利用的最大平衡点，与升降压电路相结合，进而提高风能利用率；
根据实际情况，在LHLN02-01/12型号风光互补控制器上手动设置当前使用的三元锂电池容量上限，LHLN02-01/12型号风光互补控制器根据所设置的三元锂电池容量上限，计算出充电电流上限，从而对三元锂电池进行保护；
系统工作时，当太阳能和风能所产生电量总和多于船用直流负载所需电量时，风能所产生电能经过LHLN02-01/12型号风光互补控制器整流稳压、太阳能所产生电能通过LHLN02-01/12型号风光互补控制器稳压，向直流负载供电，多余电量进入三元锂电池存储；
当太阳能和风能所产生电量总和等于船用直流负载所需电量时，风能所产生电能经过LHLN02-01/12型号风光互补控制器整流稳压、太阳能所产生电能通过LHLN02-01/12型号风光互补控制器稳压，向船用直流负载供电；
当太阳能和风能所产生电量总和少于船用直流负载所需电量时，风能所产生电能经过LHLN02-01/12型号风光互补控制器整流稳压、太阳能所产生电能通过LHLN02-01/12型号风光互补控制器稳压，向船用直流负载供电，同时所差电量由三元锂电池电池供给；
在启动或制动时，超级电容提供或吸收大量能量，三元锂电池作为辅助；在稳定运行时，由三元锂电池持续提供推进能量。
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