CN110460124A - 一种野战机动微电网储能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种野战机动微电网储能系统，所述系统包括手机APP、云平台数据中心、物联网模块、就地控制电路、驱动电路、电压采集电路、缓冲电路、双向充放电电路、温度采集电路、超级电容、蓄电池和风机，所述手机APP调用和修改所述云平台数据中心的数据，所述物联网模块将数据传输至所述云平台数据中心，所述双向充放电电路向所述超级电容和所述蓄电池供电，所述缓冲电路抑制所述双向充放电电路的电流过快变化，所述就地控制电路向所述驱动电路提供输入，所述风机安装在所述超级电容和所述蓄电池两侧，所述测温电路向所述就地控制电路传输温度信号。该储能装置利用超级电容和蓄电池混合充放电，能量密度高、便于机动携带，且方便远程监测。
Description
技术领域
本发明涉及电源设备技术领域，具体的，涉及一种野战机动微电网储能系统。
背景技术
近年来，风能、太阳能之类可再生、环境友好型新能源用于发电的规模越来越大。截至2017年底，我国风电累计装机容量达到1.64亿千瓦，同比增长10.5％；光伏发电累计装机容量达到1.3亿千瓦，同比增长68.7％。在新能源装机不断发展背景下，传统的户外作业过程中的能源已经开始由原来的汽油发电机和柴油发电机在向使用风能、太阳能灯就地的清洁能源发展。
然而，与传统同步发电机不同，风机、光伏电源等分布式电源设备常会产生不稳定的供电，可能会出现提供的能量时而很高时而很低，为了满足对不稳定供电条件下的储能需求，需要储能装置既可以快速充电且容量大，由能够有足够的存储能量和放电速度。目前，市场上的储能电源的主要是磷酸锂铁电池，充电过程的速度慢，但是快速充电可能会造成快速升温，造成电池过热分解。此外，在机动微电网环境下使用的电池除去需要考虑充电速度和高温分解的问题，还需考虑能量密度要足够高，体积要足够小，这样才能够进行机动的配置，适合户外工作和作业场所，由于上述原因，在实际应用过程中尚未有适合的机动微电网使用的储能装置输出，这限制了机动作业中微电网能源的使用。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种野战机动微电网储能系统，实现机动作业中微电网能源的使用。
为了实现上述目的，本发明提供了一种野战机动微电网储能系统，所述野战机动微电网储能系统包括手机APP、云平台数据中心、物联网模块、就地控制电路、驱动电路、电压采集电路、缓冲电路、双向充放电电路、温度采集电路、超级电容、蓄电池和风机，所述手机APP调用和修改所述云平台数据中心的数据，所述物联网模块将数据传输至所述云平台数据中心，所述双向充放电电路向所述超级电容和所述蓄电池供电，所述缓冲电路抑制所述双向充放电电路的电流过快变化，所述就地控制电路向所述驱动电路提供输入，所述风机安装在所述超级电容和所述蓄电池两侧，所述测温电路向所述就地控制电路传输温度信号。
优选地，所述双向充放电电路采用Buck-Boost变换器，所述双向充放电电路输入信号为电源和负载。
优选地，所述蓄电池通过Boost功率变换器给负载供电，超级电容器组通过双向充放电电路给负载供电，负载获得稳定的电压输出。
优选地，所述储能装置存在两种放电模式包括低功率和高功率模式；所述储能装置在低功率模式时，所述蓄电池向负载提供全部能量；所述储能装置在高功率模式时，所述超级电容会迅速弥补负载所需的大功率。
优选地，所述超级电容与所述蓄电池协调配合充电，所述超级电容器应对新能源电源产生的高功率突变。
优选地，所述就地控制器利用PID控制对输出电压进行调控，所述PID控制的参考电压由所述电压采集电路提供，所述就地控制器利用所述温度采集电路对机箱内温度进行监控，所述风机用于所述蓄电池和超级电容的制冷，当温度高于约束上限时运行。
优选地，所述闭环控制电路的控制流程如下：
步骤1、所述述就地控制器的分析由物联网模块获得的设定值uref(k)；
步骤2、所述述就地控制器的采集初始时刻采样值uo(k)；
步骤3、计算初始时刻采样值uo(k)与设定值的差值e(k)和e(k-1)；
步骤4、根据比例参数Kp、积分参数Ki和微分参数Kd，计算输出值u(k)：
步骤5、输出u(k)通过数模转换电流控制线性稳压电路。
优选地，所述就地控制器将运行状态上传至所述物联网模块，所述物联网模块间隔固定的时间将运行数据上传至所述云平台数据中心。
优选地，所述就地控制器收集由所述物联网模块传输的数据，所述物联网模块传输的数据来自于云平台数据中心。
优选地，所述物联网模块传输的数据包括电压设定值和温度阈值。
优选地，所述手机APP通过所述网络云平台数据中心进行数据的查看、电压定值的修改和温度阈值的修改。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)本发明利用超级电容和蓄电池混合充电方式，不单能量密度高、占地面积小便于机动携带，还能够更加使装置获得更稳定的充电和放电过程。
(2)本发明利用风机对充电电池进行监控，降低了电池高温分解的风险。
(3)本发明中在手机APP上可以通过云平台数据中心对参考值和监测数据进行调整，方便了操作人员对进行在线监控和远程调节。
附图说明
图1为本发明的野战机动微电网储能系统的结构示意图；
图2为本发明的双向充放电电路图；
图3为本发明的电源充放电控制流程图；
图4为本发明的就地控制器与温度采集电路；
图5为本发明的物联网模块电路图。
具体实施方式
为了能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
如图1所示，图1是本发明的一种野战机动微电网储能系统。图中的野战机动微电网储能系统包括包括手机APP、云平台数据中心、物联网模块、就地控制电路、驱动电路、电压采集电路、缓冲电路、双向充放电电路、温度采集电路、超级电容、蓄电池和风机。所述双向充放电电路向超级电容和蓄电池供电，所述驱动电路控制双向充放电电路，所述缓冲电路抑制双向充放电电路的电流过快变化，所述电压采集电路接在双向充放电电网两端；所述就地控制电路向驱动电路提供输入信号，所述驱动电路为双向充放电电路的输入，所述电压检测电路的输出连接到就地控制电路，所述就地控制电路将电压和温度等信息传递至物联网模块，所述物联网模块将数据传输至云平台数据中心，所述手机APP直接调用和修改云平台数据中心中的数据；所述风机安装在超级电容和蓄电池两侧，所述测温电路安装在储能装置机箱内向就地控制电路传输装置温度信号。
如图2所示，图2是本发明的双向充放电电路图，微电网获得的能量经过整流和滤波处理后供给到直流母线端，经由DC/DC变换器控制，最终流向能量消耗及存储装置的蓄电池和超级电容；为了防止产生电流倒灌损害光伏发电系统，其产生的电能需要通过防反二极管，再由DC/DC变换器控制，流向能量消耗及存储环节；R15和R16为超级电容和蓄电池的等效内阻；缓冲电感L1和L2选择0.8MH，电阻为为了克服传统储能结构模型不能迅速放电以及超级电容能量相对较小，充放电能力有限的缺点，把超级电容和蓄电池模型都经过双向充放电电路直流母线端相连；采用双PWM控制，让2个功率半导体器件同时工作，在不同的时段给予器件互补的驱动信号，让超级电容构成的双向变换器和蓄电池构成的变换器在不同时刻工作，均可以获得双向状态切换，而且相对于独立的PWM技术，不需要状态逻辑单元就可以获得双向切换，系统响应更快。
所述储能装置存在两种放电模式，包括低功率和高功率模式；低功率模式蓄电池向负载提供全部能量；当负载发生变化，功率大幅升高时，直流母线电容会迅速弥补负载所需的大功率。
充电过程采用超级电容与蓄电池协调配合充电，超级电容器应对新能源电源产生的高功率突变，避免蓄电池大充电电流。
图3为本发明的电源充放电控制流程图；所述就地控制中心负责微电网发电系统的能量协调分配决策；当微电网发电系统提供的能量Pgrid超过输出负载时，超级电容器蓄电池需要及时吸收多余的电能；如果多余的电能超出了混合储能系统的最大容量Pmax，调整超级电容的充电能量，使超级电容承担多出的能量；如果微电网发电系统提供的能量Pgrid低于输出负载时，超出的能量需要向外发出卸负载指令，当卸负载能量超出了卸荷负载的最大容量Prl_max时，此时考虑对超级电容的出力做出调整，最终实现超级电容和蓄电池充放电的协调控制。
充电过程采用超级电容与蓄电池协调配合充电，超级电容器应对新能源电源产生的高功率突变，避免蓄电池大充电电流。
所述就地控制器利用PID控制对输出电压进行调控，PID控制的参考电压由电压量测值提供。
所述闭环控制电路的控制流程如下：
步骤1、所述述就地控制器的分析由物联网模块获得的设定值uref(k)；
步骤2、所述述就地控制器的采集初始时刻采样值uo(k)；
步骤3、计算初始时刻采样值uo(k)与设定值的差值e(k)和e(k-1)；
步骤4、根据比例参数Kp、比例参数Ki和比例参数Kd，计算输出值u(k)：
步骤5、输出u(k)通过数模转换电流控制线性稳压电路。
所述温度控制装置为风扇加水制冷结合，所述风扇为受控制冷设备，当温度高于约束上限时运行风扇。所述水冷为常运行设备，开机后则正常运行。
图4为本专利的就地控制器与温度采集模块图；所采用的温度床干起为DS18B20；输出为全数字量，监测温度范围为-55℃-+125℃；连接到单片机的一个I/O接口P7上；利用上拉电阻R9确保设备单片机能够正常获得输入信号；所述就地控制装置的CPU为单片机；所述单片机型号为STC12C5A60S2。
所述就地控制器利用温度测量电路对机箱内温度进行监控，根据温度V的约束条件控制所述风机的启动档位Kwind：
所述就地控制器可以将运行状态上传至物联网模块，所述物联网模块间隔固定的时间将运行数据上传至云平台数据中心。
图5为本专利的物联网无线通信模块；根据物联网煤矿检测监控系统的特殊性，系统中的ZigBee无线模块采用CC2431芯片；该方案满足IEEE802.15.4且低功耗；支持ZigBee协议；可以实现节点密度管理、数据负荷管理、频率捷变和定位功能。物联网模块将就地监测装置中的监测数据通过ZigBee无线网络传输到云平台数据中心。
所述就地控制器可收集由物联网模块传输的数据；所述物联网模块传输的数据来自于云平台数据中心；所述物联网模块传输的数据包括电压设定值和温度阈值。
所述手机APP通过网络云平台数据中心，可以进行数据的查看和定值的修改。
本发明的机动微电网储能系统与现有技术相比有如下的积极效果：
1.能够通过物联网快速监控储能装置运行状态；
2.通过超级电容与蓄电池混合储能提高充放电功率。
需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种野战机动微电网储能系统，其特征在于，所述野战机动微电网储能系统包括手机APP、云平台数据中心、物联网模块、就地控制电路、驱动电路、电压采集电路、缓冲电路、双向充放电电路、温度采集电路、超级电容、蓄电池和风机，所述手机APP调用和修改所述云平台数据中心的数据，所述物联网模块将数据传输至所述云平台数据中心，所述双向充放电电路向所述超级电容和所述蓄电池供电，所述缓冲电路抑制所述双向充放电电路的电流过快变化，所述就地控制电路向所述驱动电路提供输入，所述风机安装在所述超级电容和所述蓄电池两侧，所述测温电路向所述就地控制电路传输温度信号。
2.根据权利要求1所述的野战机动微电网储能系统，其特征在于，所述双向充放电电路采用Buck-Boost变换器，所述双向充放电电路输入信号为电源和负载。
3.根据权利要求1所述的野战机动微电网储能系统，其特征在于，所述蓄电池通过Boost功率变换器给负载供电，超级电容器组通过双向充放电电路给负载供电，负载获得稳定的电压输出。
4.根据权利要求1所述的野战机动微电网储能系统，其特征在于，所述储能装置存在两种放电模式包括低功率和高功率模式；所述储能装置在低功率模式时，所述蓄电池向负载提供全部能量；所述储能装置在高功率模式时，所述超级电容会迅速弥补负载所需的大功率。
5.根据权利要求1所述的野战机动微电网储能系统，其特征在于，所述超级电容与所述蓄电池协调配合充电，所述超级电容器应对新能源电源产生的高功率突变。
6.根据权利要求1所述的野战机动微电网储能系统，其特征在于，所述就地控制器利用PID控制对输出电压进行调控，所述PID控制的参考电压由所述电压采集电路提供，所述就地控制器利用所述温度采集电路对机箱内温度进行监控，所述风机用于所述蓄电池和超级电容的制冷，当温度高于约束上限时运行。
7.根据权利要求1所述的野战机动微电网储能系统，其特征在于，所述就地控制器将运行状态上传至所述物联网模块，所述物联网模块间隔固定的时间将运行数据上传至所述云平台数据中心。
8.根据权利要求1所述的野战机动微电网储能系统，其特征在于，所述就地控制器收集由所述物联网模块传输的数据，所述物联网模块传输的数据来自于云平台数据中心。
9.根据权利要求1所述的野战机动微电网储能系统，其特征在于，所述物联网模块传输的数据包括电压设定值和温度阈值。
10.根据权利要求1所述的野战机动微电网储能系统，其特征在于，所述手机APP通过所述网络云平台数据中心进行数据的查看、电压定值的修改和温度阈值的修改。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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