CN108418291B - 一种管道式自发电微型储能电源 - Google Patents
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Abstract
本发明主要提供一种管道式自发电微型储能电源，包括微型水流发电机、微型储能系统，安装在发电水流管道上的微型水流发电机将水流动能转换成电能，生成的电能储存在微型储能系统中，为电动调节阀和电动调节阀控制器供电。本发明通过自发电的小电源来实现为间歇性大功率负载连续、可靠、安全的、稳定的供电，解决了协办220V配电手续繁杂，与物业及居民协商困难，铺设220V配网输电线路耗费大量人力、物力、财力与时间等诸多问题，以及解决蓄电池供电系统不易安装、供电可靠性及连续性不高、运维成本过大等问题。
Description
技术领域
本发明涉及管网供电技术领域，特别与一种管道式自发电微型储能电源有关。
背景技术
随着“互联网+”的深入推进，物联网技术日渐成熟，众多学者在致力于供热管网、自来水管网智能化的推进。目前发电的水流管道10上的电动调节阀20及其电动调节阀控制系统30的电源主要采用如图1中方式一所示的220V的市电，或者采用如图1中方式二所示的蓄电池40供电。但发电的水流管道10一般位于地下或者十分偏远的地方，要将市电的220V配网输电线路铺设到如此困难的地点，需要耗费大量人力、物力、财力来推进项目进行，而且办理220V配电线路前期工程批复手续也需要和政府各相关部门及电业局协调，手续复杂且繁琐，即使位于居民楼等离220V市电较近管道上的电动阀，也难以就近取得电源，因为小区物业及居民不会同意将众多电动调节阀接在各家各户的私人线路上，且计量电能设备成本远大于每年收纳电能费用，经济性极差。
如采用蓄电池作为电动调节阀的电源，虽然可以解决上述问题，但由于蓄电池能量密度较低致使其体积大，重量高，安装运输着实不便。潮湿的环境也将造成蓄电池故障率较高，严重影响供电的可靠性及连续性，且为蓄电池充电时，首先需要将大量蓄电池进行拆卸运输至充电区域，待充电完毕后，还需将大量蓄电池进行安装，整个过程耗费了大量的人工成本，给后期运维造成了极大的压力与不便。因此急需发明一种安全可靠、持续稳定、简单经济的电源系统为管网电动阀提供电能。以下为现有管网中电动阀系统供电的具体问题：
1)220V配电无法到达的地方，无法实现对电动阀系统及控制设备的安全可靠、持续经济的供电，无法采集监控电动阀系统的状态；
2)协办电动阀及控制设备220V的电源建设手续繁杂，施工建造也不简单易行，需要耗费大量的人力、物力、财力与时间；
3)对于已采用220V市电供电的电动调节阀来说，一旦输电线路故障，就将导致电动阀及控制设备无法正常工作，严重影响系统的可靠持续安全运行；
4)由于无法计量众多电动阀的电能，致使与小区物业及居民协调困难，难以就近为电动阀取得动力电源，新增220V配电线路将提升项目建设成本，同时耗费大量的人力、物力、财力与时间。
5)对于采用蓄电池的供电系统来说，其体积过大给安装过程设置了障碍，设备易出现故障严重影响供电的可靠性及连续性，充电过程繁琐，需要耗费大量人力、物力、财力，给后期运维造成了极大的不便。
因此，本发明人针对现状设计了一种管道式自发电微型储能电源，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的是提供一种管道式自发电微型储能电源，通过自发电的小电源来实现为间歇性大功率负载连续、可靠、安全的、稳定的供电，解决了协办220V配电手续繁杂，与物业及居民协商困难，铺设220V配网输电线路耗费大量人力、物力、财力与时间等诸多问题，以及解决蓄电池供电系统不易安装、供电可靠性及连续性不高、运维成本过大等问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种管道式自发电微型储能电源，包括微型水流发电机、微型储能系统，安装在发电水流管道上的微型水流发电机将水流动能转换成电能，生成的电能储存在微型储能系统中，为电动调节阀和电动调节阀控制器供电。
所述的微型水流发电机包括安装在水流管道上的涡轮机，以及与涡轮机连接的发电机。
所述的微型储能系统包括电池、DC-DC变流器，微型水流发电机的电能连接在电池两端，电池通过DC-DC变流器进行稳压，DC-DC变流器连接电动调节阀。
所述的微型水流发电机和微型储能系统分别连接微型集成控制芯片，同时微型集成控制芯片和电动调节阀控制器分别与主控芯片通信连接。
所述的微型水流发电机、微型储能系统、微型集成控制芯片形成模块化产品。
一种管道式自发电微型储能电源供电方法，包括以下步骤：
步骤一，主控芯片判断是否处于正常工作状态，如果工作异常，微型储能电源停止运行，进行故障判别及检修；如果是工作正常，等待主控命令；
步骤二，检测微型水流发电机是否工作正常；
状态一，当检测到微型水流发电机运行正常时，检测电池的荷电状态，当SOC≤SOCmin，则微型水流发电机为电池充电，具体充电功率为Pbattery＝PG，微型储能系统则根据主控命令随时为电动阀伺服电机及控制设备提供有功功率与无功功率的支撑，具体数值为公式1；充电过程持续到SOC＞SOCmax，则停止充电，返回到步骤一；
状态二，当检测到微型水流发电机运行正常时，检测电池的荷电状态，当SOC＞SOCmin，则此时微型储能系统根据主控调度指令，为电动调节阀伺服电机及控制设备提供有功功率与无功功率的支撑，具体数值为公式1，然后返回到步骤一；
状态三；当检测到微型水流发电机运行异常时，检测电池的荷电状态，当SOC＞SOCm-min，微型储能系统根据主控调度指令，为电动调节阀伺服电机及控制设备提供有功功率与无功功率的短时支撑，具体数值为公式1；然后返回到步骤一；
状态四；当检测到微型水流发电机运行异常时，检测电池的荷电状态，当SOC≤SOCm-min，停止系统工作，然后返回到步骤一；
其中SOC为检测的电池荷电状态，SOCmin为设定的电池荷电状态下限值，SOCmax为设定的电池荷电状态上限值，SOCm-min电池荷电状态的极小值，SOCm-min＜SOCmin＜SOCmax，Pbattery是充电功率，PG是微型水流发电机发出的功率，PC、QC分别为微型储能系统发出的有功功率与无功功率；电动阀动作时PM需要为电机有功功率与控制设备有功功率之和，不动作时PM需要为控制设备有功功率；电动阀动作时QM需要为电机无功功率与控制设备无功功率之和，不动作时QM需要为控制设备无功功率。
上述的方法中，还可以进一步完善：
所述的步骤二中状态一，在充电时，主控芯片实时判断整个系统是否处于正常工作状态，如果工作异常，微型储能电源停止运行，进行故障判别及检修，如果是工作正常，等待主控命令；然后再检测微型水流发电机是否工作正常；如果是正常则继续充电，如果异常，则重复步骤二中检测到微型水流发电机运行异常时的操作。
本发明的有益效果如下：
(1)在220V市电无法到达的地方，引入管道式自发电微型储能电源，不仅可以解决电动阀及控制等设备的供电问题，实现远程调度监控，而且该设备价格低廉、可靠性高、安装及运维检修方便。
(2)在新建管网中，采用管道式自发电微型储能电源代替现有220V市电供电方式，可以避免协办繁杂的相关手续及工程建设，可以有效解决与物业居民协商供电电源的难题，大量的节省财力、人力、物力与时间。
(3)在管网中采用管道式自发电微型储能电源为电动调节阀供电，无需为电池充电，减免繁琐的拆卸、安装等环节，节省大量人力、物力及财力，且这种管道式自发电微型储能电源为集成化、模块化产品，其体积小，现场安装及其便利，同时更实现了小电源为间歇性大功率负载可靠、连续、安全、稳定的供电。
附图说明
图1为现有技术的结构示意图；
图2为本发明较佳实施例的结构示意图；
图3为本发明较佳实施例的原理电路图；
图4为本发明较佳实施例的流程图。
具体实施方式
参见图2-图4，对本发明较佳实施例做进一步阐述。
一种管道式自发电微型储能电源，主要涉及到的几大部件包括微型水流发电机1、微型储能系统2、微型集成控制芯片3、主控芯片4。
微型水流发电机1包括两个主要部分，涡轮机11和发电机12。涡轮机11安装在发电水流管道10，水在管道内的流动，驱动涡轮机11旋转，涡轮机11上的轴转动，涡轮机11通过轴连接外部的发电机12，发电机12的转子和定子之间做磁力线切割绕组，继而发电。因此通过微型水流发电机1，将水流的动能，转换为轴转动的机械能，继而再转换为电能，为微型储能系统2提供电源。
微型储能系统2主要包括电池21、DC-DC变流器22，电池21即为充电电池，微型水流发电机1产生的电能为电池21充电，电池21的电压通过DC-DC变流器22匹配到本发明所要控制的电动调节阀5中伺服电机额定电压，为电动调节阀5和电动调节阀控制器6进行供电。
本实施例中，还包括有微型集成控制芯片3，与微型水流发电机1的发电机12和微型储能系统2连接，进行数据传递。为了让本发明专利安装和操作更为便捷，可以把上面所有的安装部件，包括涡轮机11、发电机12、电池21、DC-DC变流器22及微型集成控制芯片3集成为一个体积小、安装便捷的模块化产品，直接连接到管道10上，其中涡轮机11安装在流管道10内部。
本发明完全可以不依赖外部电源，直接借助水流管道上的自身的动能即可。而且不受安装地点的限制，实现最优调节。现场只需将外配固定电气盒子直接安装在管道10上即可实现供电。另外，微型水流发电机1的额定功率可以为电动调节阀5额定功率的1/2甚至1/3，通过微型储能装置电能的收集作用满足对电动调节阀5的供电，实现了小功率电源对大功率间歇性负载的供电。
本发明可以配上主控芯片8进行系统化、远程网络控制。将主控芯片8与微型集成控制芯片和电动调节阀控制器6进行数据通信，并对整个系统进行软件化控制。
参见图3，是本发明的电气原理示意图，发电机12产生的电流通过稳压电路13稳压形成UG，为电池21充电，电池21两端的电压Ub经过DC-DC变流器22匹配到电动调节阀5上。
本发明中的供电方法流程如图4所示：
步骤一，主控芯片8判断是否处于正常工作状态，如果工作异常，微型储能电源停止运行，进行故障判别及检修；如果是工作正常，等待主控命令；
步骤二，检测微型水流发电机1是否工作正常；当微型水流发电机1正常和异常时，做不同操作。
状态一，当检测到微型水流发电机1运行正常时，此时再检测电池的荷电状态，当满足检测的电池荷电状态SOC≤SOCmin(SOCmin是设定的电池荷电状态下限值)，则微型水流发电机1为电池21充电，具体充电功率Pbattery＝PG，微型储能系统2则根据主控命令随时为电动阀伺服电机及控制设备提供有功功率与无功功率的支撑，具体数值为公式1。其中公式1中的PC、QC分别为微型储能系统2发出的有功功率与无功功率。电动阀动作时PM需要为电机有功功率与控制设备有功功率之和，不动作时PM需要为控制设备有功功率；电动阀动作时QM需要为电机无功功率与控制设备无功功率之和，不动作时QM需要为控制设备无功功率。
充电过程中实时判断检测电池荷电状态SOC＞SOCmax(SOCmax为设定的电池荷电状态上限值)是否满足。若SOC＞SOCmax，则停止充电，返回到步骤一上。若SOC＜SOCmax，则在充电环节中再增加检测环节，主控芯片实时判断整个系统是否处于正常工作状态，如果工作异常，微型储能电源停止运行，进行故障判别及检修，如果是工作正常，等待主控命令，然后再检测微型水流发电机1是否工作正常。如果微型水流发电机1是正常则继续充电，形成充电循环。如果微型水流发电机1异常，则返回步骤二中，按照检测到微型水流发电机1运行异常时的条件，继续进行下面步骤。
状态二，当检测到微型水流发电机1运行正常时，此时若检测电池的荷电状态是SOC＞SOCmin，此时说明电池21还有足够的电量来进行供电，微型储能系统2根据主控调度指令，为电动调节阀伺服电机及控制设备提供有功功率与无功功率的支撑，具体数值为公式1，然后返回到步骤一。
状态三；当检测到微型水流发电机1运行异常时，检测电池的荷电状态，此时为了方便操作人员的抢修和安装，本发明中还设置了SOCm-min，SOCm-min＜SOCmin＜SOCmax，SOCm-min电池荷电状态的极小值，也是一个极限值，在SOCm-min＜SOCmin，本发明还是可以为电动调节阀提供短暂的电力支撑，为维修安装人员争取有效时间。因此，当SOC＞SOCm-min，微型储能系统2根据主控调度指令，为电动调节阀伺服电机及控制设备提供有功功率与无功功率的短时支撑，具体数值为公式1，然后返回到步骤一。
状态四；当检测到微型水流发电机运行异常时，且检测电池的荷电状态SOC≤SOCm-min，停止系统工作，然后返回到步骤一。
本发明的供电方法，当主控系统检测到微型水流发电机1故障时，微型储能系统2为电动调节阀及控制设备提供电能，保证电动阀及控制设备正常运转的同时，为微型水流发电机1检修赢得时间。当主控系统检测到微型水流发电机1正常且电池的荷电状态大于设定的下限值时，微型储能系统2为电动调节阀伺服电机及控制设备提供电能，当电池21的荷电状态小于设定的下限值时，微型水流发电机1为电池充电，直到电池21的荷电状态达到设定的上限值，且在充电期间电动阀需要动作时，微型储能系统2在充电的同时也为电动阀伺服电机及控制设备提供有功功率与无功功率的支撑。
以上是本发明优选实施方式，在本发明构思前提下所做出若干其他简单替换和改动，都应当视为属于本发明的保护范畴。
Claims (2)
1.一种管道式自发电微型储能电源供电方法，其特征在于：包括一种管道式自发电微型储能电源，该电源包括微型水流发电机、微型储能系统，安装在发电水流管道上的微型水流发电机将水流动能转换成电能，生成的电能储存在微型储能系统中，为电动调节阀和电动调节阀控制器供电；所述的微型水流发电机包括安装在水流管道上的涡轮机，以及与涡轮机连接的发电机；所述的微型储能系统包括电池、DC-DC变流器，微型水流发电机的电能连接在电池两端，电池通过DC-DC变流器稳定电压，DC-DC变流器连接电动调节阀；所述的微型水流发电机和微型储能系统分别连接微型集成控制芯片，同时微型集成控制芯片和电动调节阀控制器分别与主控芯片通信连接；所述的微型水流发电机、微型储能系统、微型集成控制芯片形成模块化产品；
一种管道式自发电微型储能电源供电方法如以下步骤：
步骤一，主控芯片判断是否处于正常工作状态，如果工作异常，微型储能电源停止运行，进行故障判别及检修；如果是工作正常，等待主控命令；
步骤二，检测微型水流发电机是否工作正常；
状态一，当检测到微型水流发电机运行正常时，检测电池的荷电状态，当SOC≤SOCmin，则微型水流发电机为电池充电，具体充电功率Pbattery＝PG，微型储能系统则根据主控命令随时为电动阀伺服电机及控制设备提供有功功率与无功功率的支撑，具体数值为公式1，其中PC、QC分别为微型储能系统发出的有功功率与无功功率，充电过程持续到SOC＞SOCmax，则停止充电，返回到步骤一；
状态二，当检测到微型水流发电机运行正常时，检测电池的荷电状态，当SOC＞SOCmin，则此时微型储能系统根据主控调度指令，为电动调节阀伺服电机及控制设备提供有功功率与无功功率的支撑，具体数值为然后返回到步骤一；
状态三；当检测到微型水流发电机运行异常时，检测电池的荷电状态，当SOC＞SOCm-min，微型储能系统根据主控调度指令，为电动调节阀伺服电机及控制设备提供有功功率与无功功率的短时支撑，具体数值为然后返回到步骤一；
状态四；当检测到微型水流发电机运行异常时，检测电池的荷电状态，当SOC≤SOCm-min，停止系统工作，然后返回到步骤一；
其中SOC为检测的电池荷电状态，SOCmin为设定的电池荷电状态下限值，SOCmax为设定的电池荷电状态上限值，SOCm-min电池荷电状态的极小值，SOCm-min＜SOCmin＜SOCmax，Pbattery是充电功率，PG是微型水流发电机发出的功率，PC、QC分别为微型储能系统发出的有功功率与无功功率；电动阀动作时PM需要为电机有功功率与控制设备有功功率之和，不动作时PM需要为控制设备有功功率；电动阀动作时QM需要为电机无功功率与控制设备无功功率之和，不动作时QM需要为控制设备无功功率。
2.如权利要求1所述的一种管道式自发电微型储能电源供电方法，其特征在于：所述的步骤二中状态一，在充电时，主控芯片实时判断整个系统是否处于正常工作状态，如果工作异常，微型储能电源停止运行，进行故障判别及检修，如果是工作正常，等待主控命令；然后再检测微型水流发电机是否工作正常；如果是正常则继续充电，如果异常，则重复步骤二中检测到微型水流发电机运行异常时的操作。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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