CN201560893U - 一种风光互补电源设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种风光互补电源设备,属于电路领域。所述电源设备包括:风力发电装置、太阳能发电装置、蓄电池装置和主控电路;其中,所述风力发电装置分别与所述蓄电池装置、所述主控电路相连;所述太阳能发电装置分别与所述蓄电池装置、所述主控电路相连。通过本实用新型,有效防止了风力发电机在大风状态失速飞车发生危险和发电机高电压对负载的损坏,提高了风机稳定性和风能的利用率。
Description
技术领域
本实用新型涉及电路领域,特别涉及一种风光互补电源设备。
背景技术
随着科技的发展,人们对自然能源的开发越来越深入,尤其是太阳能和风能,由于其无污染且为可再生资源,所以受到广泛利用。
目前,风力发电机作为风能利用的一种重要方式,在风能资源丰富地区得到了大量应用。但是,大风时的飞车问题制约了其广泛推广,在风速较高情况下风力发电机会高速运转,出现飞车烧毁负载,严重时会损坏风力发电机甚至叶片飞出造成一定的安全隐患。
为了防止风力发电机的飞车问题,目前主要采用的方式:一种为利用风机尾舵进行侧偏,使风机叶轮旋转平面与风向形成一定的夹角,或者直接接入大功率电阻,从而减少风能的吸收,避免风轮的飞车和对整个系统造成的破坏;另一种为在风速较高时,利用电磁制动的方式使风机强行刹车制动,从而避免风轮的飞车和对整个系统造成的破坏。
在实现本实用新型的过程中,发明人发现现有技术至少存在以下缺点:
利用风机尾舵进行侧偏或者直接接入大功率电阻的方式以及利用电磁制动的方式,都是完全卸荷,能起到保护风机的作用,但损失了大量的风能,降低了风能的利用率。
实用新型内容
为了使防止风力发电机在大风状态失速飞车发生危险和发电机高电压对负载的损坏,提高风机稳定性和风能的利用率,本实用新型提供了一种风光互补电源设备,所述电源设备包括:
风力发电装置、太阳能发电装置、蓄电池装置和主控电路;其中,所述风力发电装置分别与所述蓄电池装置、所述主控电路相连;所述太阳能发电装置分别与所述蓄电池装置、所述主控电路相连。
其中,所述风力发电装置包括:风力发电机、三相整流桥、风机充电管理模块、大功率电阻、MOS管、风机电压检测模块、脉冲宽度调制PWM控制模块;
所述风力发电机与所述三相整流桥相连;所述三相整流桥的一个输出端与所述风机电压检测模块的一端相连;所述风机充电管理模块的另一端与所述主控电路相连;所述主控电路与所述PWM控制模块相连;所述PWM控制模块与所述MOS管一端相连;所述MOS管的另一端与所述大功率电阻一端相连;所述大功率电阻另一端与所述三相整流桥的另一个输出端相连;
所述三相整流桥、所述风机电压检测模块、所述主控电路、所述PWM控制模块、所述MOS管、所述大功率电阻组成环路;
所述三相整流桥的一个输出端与所述风机充电管理模块相连的一端;所述风机充电管理模块的另一端与所述蓄电池装置相连;所述风机充电管理模块的一端还与主控电路相连;
所述三相整流桥、所述风机充电管理模块和所述蓄电池装置组成风力充电环路。
其中,所述主控电路控制所述PWM控制模块发出PWM控制信号来控制所述MOS管的通断,实现控制所述大功率电阻接入电路的时间。
其中,所述风力发电机具体为永磁式交流发电机。
其中,所述大功率电阻具体为低阻值大功率电阻。
其中,所述的风机充电管理模块采用PWM脉冲充电方式对所述蓄电池装置进行充电。
其中,所述太阳能发电装置包括:太阳能电池板、太阳能电压检测模块、太阳能充电管理模块;
所述太阳能电池板与所述太阳能电压检测模块相连;所述太阳能电压检测模块与所述主控电路相连;
所述太阳能电池板与所述太阳能充电管理模块相连;所述太阳能充电管理模块与所述蓄电池装置相连;
所述太阳能电池板、所述太阳能充电管理模块和所述蓄电池装置组成太阳能充电环路。
其中,所述的太阳能充电管理模块采用PWM脉冲充电方式对所述蓄电池装置进行充电。
其中,所述蓄电池装置包括:蓄电池和蓄电池电压检测模块;
所述蓄电池与所述蓄电池电压检测模块相连;
所述蓄电池与所述风机充电管理模块相连;
所述蓄电池与所述太阳能充电管理模块相连。
其中,所述设备还包括:输出控制管理装置;
所述输出控制管理装置一端与所述主控电路相连;
所述输出控制管理装置另一端与负载相连。
其中,所述风力发电机和所述太阳能电池板对所述蓄电池分别充电;所述风力发电装置和所述太阳能发电装置相互独立。
本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是:
本实用新型风光互补电源设备,通过对风机电压检测发出PWM控制信号控制大功率电阻的接入时间,实现对风力发电机转速的自动控制,提高风机稳定性和风能的利用率,有效防止风力发电机在大风状态失速飞车发生危险和发电机高电压对负载和蓄电池的损坏;同时风机发电装置与太阳能发电装置相互独立,分别对蓄电池进行充电,提高了设备的整体稳定性。
附图说明
图1是本实用新型提供的风光互补电源设备结构示意图;
图2是本实用新型中提供的风机发电装置结构示意图;
图3是本实用新型中提供的风机发电装置对蓄电池装置充电原理示意图;
图4是本实用新型中提供的太阳能发电装置结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
参见图1,本实用新型提供了一种风光互补电源设备,电源设备包括:
风力发电装置100、太阳能发电装置200、蓄电池装置300和主控电路400;其中,风力发电装置100分别与蓄电池装置300、主控电路400相连;太阳能发电装置200分别与蓄电池装置300、主控电路400相连。
参见图2,风力发电装置100包括:风力发电机1001、三相整流桥1002、风机充电管理模块1003、大功率电阻1004、MOS管1005、风机电压检测模块1006、脉冲宽度调制PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)控制模块1007;
风力发电机1001与三相整流桥1002相连;三相整流桥1002的一个输出端与风机电压检测模块1006的一端相连;风机充电管理模块1003的另一端与主控电路400相连;主控电路400与PWM控制模块1007相连;PWM控制模块1007与MOS管1005一端相连;MOS管1005的另一端与大功率电阻1004一端相连;大功率电阻1004另一端与三相整流桥1002的另一个输出端相连;
三相整流桥1002、风机电压检测模块1006、主控电路400、PWM控制模块1007、MOS管1005、大功率电阻1004组成环路;
三相整流桥1002的一个输出端与风机充电管理模块1003相连的一端;风机充电管理模块1003的另一端与蓄电池装置300相连;风机充电管理模块1003的一端还与主控电路400相连;
三相整流桥1002、风机充电管理模块1003和蓄电池装置300组成风力发电环路。
其中,主控电路400控制PWM控制模块1007发出PWM控制信号来控制MOS管1005的通断,实现控制大功率电阻1004接入电路的时间。
其中,风力发电机1001具体为永磁式交流发电机。
其中,大功率电阻1004具体为低阻值大功率电阻1004。
其中,风机充电管理模块1003采用PWM脉冲充电方式对蓄电池装置300进行充电。
其中,蓄电池装置300包括:蓄电池3001和蓄电池电压检测模块3002;
蓄电池3001与蓄电池电压检测模块3002相连;蓄电池3001与风机充电管理模块1003相连;
具体地,参见图3,风力发电装置100对蓄电池装置300充电的工作原理如下:
301:风力发电机1001产生的电压信号通过三相整流桥1002进行整流,将交流电转换为直流电。
其中,在风速较大时,风力发电机1001产生的电压和电流较大;相应地,在风速较小时,风力发电机1001产生的电压和电流较小;当没有风时,风力发电机1001不能产生电压和电流。
302:风力发电机1001产生的电压信号经三相整流桥1002整流后,输入到风机电压检测模块1006检测出电压值,并输入到主控电路400中。
其中,风机电压检测模块1006对输入的电压信号进行检测,得到电压信号的电压值,并将得到的电压值输入到主控电路400中以供主控电路400判断电压信号的电压值是否过大。
303:主控电路400接收到风机电压检测模块1006发送的电压值,判断该电压值是否过大,如果是,则向PWM控制模块1007发送PWM控制信号;否则,结束。
其中,可以在主控电路400中预先设置一个额定值,超过该额定值的电压,则判断该电压信号过大,此时主控电路400根据接收到的电压值大小,向PWM控制模块1007发送一个PWM控制信号;
其中,PWM信号的脉冲在高电平时,MOS管1005导通;PWM信号的脉冲在低电平时,MOS管1005截止;当电压信号的电压值过大时,主控电路400向PWM控制模块1007发送一个PWM控制信号,用于控制PWM控制模块1007调整PWM信号高电平的脉冲宽度,从而使得发送MOS管1005接入大功率电阻1004的时间加长。
304:PWM控制模块1007接收PWM控制信号,并根据PWM控制信号要求产生PWM信号,并向MOS管1005发送产生的PWM信号。
305:当PWM信号高电平时,MOS管1005导通,接入大功率电阻1004,风力发电机1001的转速降低,电压值变小;当PWM信号低电平时,MOS管1005截止。
当电压信号的电压值过大时,PWM控制模块1007通过主控电路400控制发出的PWM信号的脉冲高电平宽度越宽,MOS管1005导通的时间越长,大功率电阻1004的接入时间越长,从而使得风力发电机1001的转速将低,进而产生的电压信号的电压变小,使风机电压即使在风速较高的情况维持在一个比较稳定的值。
306:风力发电机1001的电压降低后,通过风机充电管理模块1003对蓄电池3001进行充电。
其中,风机充电管理模块1003与主控电路400相连,由主控电路400通过采用PWM脉冲充电方式对蓄电池3001进行充电。
通过上述步骤,使得当风速增大时,风机的实际功率会随之增大,其电压、电流也相应提高,若直接将不稳定的风机电压直接接在蓄电池3001上充电,会对蓄电池3001造成影响,采取PWM方法控制MOS管1005的导通,从实现控制大功率电阻1004接入风机电路的时间,即使风速较高的情况,也会使风机电压维持在一个比较稳定的值,提高了大风下风能的利用率。而传统的卸荷方式一般是电磁制动和大功率电阻1004直接接入,两种方式都是完全卸荷,能起到保护风机的作用,但损失了大量的风能。
参见图4,太阳能发电装置200包括:太阳能电池板2001、太阳能电压检测模块2003、太阳能充电管理模块2002;
太阳能电池板2001与太阳能电压检测模块2003相连;太阳能电压检测模块2003与主控电路400相连;
太阳能电池板2001与太阳能充电管理模块2002相连;太阳能充电管理模块2002与蓄电池装置300相连;
太阳能电池板2001、太阳能充电管理模块2002和蓄电池装置300组成太阳能充电环路。
其中,太阳能充电管理模块2002采用PWM脉冲充电方式对蓄电池装置300进行充电。
具体地,太阳能发电装置200对蓄电池装置300充电的工作原理:
太阳能电池板2001通过太阳能充电管理模块2002对蓄电池3001进行充电;
其中,太阳能充电管理模块2002与主控电路400相连,由主控电路400通过采用PWM脉冲充电方式对蓄电池3001进行充电。
其中,太阳能充电管理模块2002的电压信号接入到太阳能电压检测模块2003,太阳能电压检测模块2003检测电压信号的电压值,并将电压值发送给主控电路400;主控电路400接收到太阳能电压检测模块2003发送的电压值后,如果电压值较高,可以判断此时为白天;如果电压值很低甚至为零,则判断为黑天;如果本实用新型的风光互补电源设备用于路灯照明系统时,主控电路400可以通过电压值的大小判断是否黑天,从而判断是否启动光控开关,决定路灯是否开启。
其中,设备还包括:输出控制管理装置500;
输出控制管理装置500一端与主控电路400相连;
输出控制管理装置500另一端与负载相连。
本实用新型的风光互补电源设备用于路灯照明系统时,输出控制管理装置500符合风光互补路灯的实际需求,包含了光控开、光控关、时控关、过流保护等功能。通过太阳能电压检测模块2003采集电压信号,经主控电路400控制后,控制路灯是否开启。
其中,蓄电池装置300包括:蓄电池3001和蓄电池电压检测模块3002;
蓄电池3001与蓄电池电压检测模块3002相连;
蓄电池3001与风机充电管理模块1003相连;
蓄电池3001与太阳能充电管理模块2002相连。
其中,在蓄电池3001放电时,蓄电池电压检测模块3002用于对蓄电池3001的电压进行检测,可以在蓄电池电压检测模块3002中预设一个最高电压门限和最低电压门限;当蓄电池3001的放电时的电压值大于最高电压门限时,则蓄电池电压检测模块3002将该电压滤除;当蓄电池3001的放电时的电压值小于最低电压门限时,则蓄电池电压检测模块3002也将该电压滤除;通过蓄电池电压检测模块3002实现了对电路以及负载的过冲保护和低压保护。
其中,风力发电机1001和太阳能电池板2001对蓄电池3001分别充电;风力发电装置100和太阳能发电装置200两套充电装置相互独立,互不影响。两套充电管理电路均采用PWM脉冲充电方式,如果其中一路发生故障,另外一路可单独使用,提高了设备的整体稳定性。两套充电管理电路还具有蓄电池防过充、过放保护,防反接保护,太阳能电池板防反接、防反充保护。其中,在蓄电池3001的放电过程中,如果蓄电池电压检测模块3002检测到蓄电池3001中的电池容量低于总容量的一定比例时(如电池容量低于总容量的30%),蓄电池电压检测模块3002会自动断开与蓄电池3001的连接,使得蓄电池3001能够停止放电。
本实用新型适用于以风力发电机1001和太阳能电池板2001为电源的一切电路系统,特别适用于以小型风力发电机1001和太阳能电池板2001为电源的路灯照明系统。
本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是:
本实用新型风光互补电源设备,通过对风机电压检测发出PWM控制信号控制大功率电阻的接入时间,实现对风力发电机转速的自动控制,提高风机稳定性和风能的利用率,有效防止风力发电机在大风状态失速飞车发生危险和发电机高电压对负载的损坏;同时风机发电装置与太阳能发电装置相互独立,分别对蓄电池进行充电,提高了设备的整体稳定性。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种风光互补电源设备,其特征在于,所述电源设备包括:风力发电装置、太阳能发电装置、蓄电池装置和主控电路;其中,所述风力发电装置分别与所述蓄电池装置、所述主控电路相连;所述太阳能发电装置分别与所述蓄电池装置、所述主控电路相连。
2.如权利要求1所述的风光互补电源设备,其特征在于,所述风力发电装置包括:风力发电机、三相整流桥、风机充电管理模块、大功率电阻、MOS管、风机电压检测模块、脉冲宽度调制PWM控制模块;
所述风力发电机与所述三相整流桥相连;所述三相整流桥的一个输出端与所述风机电压检测模块的一端相连;所述风机充电管理模块的另一端与所述主控电路相连;所述主控电路与所述PWM控制模块相连;所述PWM控制模块与所述MOS管一端相连;所述MOS管的另一端与所述大功率电阻一端相连;所述大功率电阻另一端与所述三相整流桥的另一个输出端相连;
所述三相整流桥、所述风机电压检测模块、所述主控电路、所述PWM控制模块、所述MOS管、所述大功率电阻组成环路;
所述三相整流桥的一个输出端与所述风机充电管理模块相连的一端;所述风机充电管理模块的另一端与所述蓄电池装置相连;所述风机充电管理模块的一端还与主控电路相连;
所述三相整流桥、所述风机充电管理模块和所述蓄电池装置组成风力充电环路。
3.根据权利要求2所述的风光互补电源设备,其特征在于:所述主控电路控制所述PWM控制模块发出PWM控制信号来控制所述MOS管的通断,实现控制所述大功率电阻接入电路的时间。
4.根据权利要求2所述的风光互补电源设备,其特征在于:所述风力发电机具体为永磁式交流发电机。
5.根据权利要求2所述的风光互补电源设备,其特征在于:所述大功率电阻具体为低阻值大功率电阻。
6.根据权利要求2所述的风光互补电源设备,其特征在于:所述风机充电管理模块采用PWM脉冲充电方式对所述蓄电池装置进行充电。
7.如权利要求1所述的风光互补电源设备,其特征在于,所述太阳能发电装置包括:太阳能电池板、太阳能电压检测模块、太阳能充电管理模块;
所述太阳能电池板与所述太阳能电压检测模块相连;所述太阳能电压检测模块与所述主控电路相连;
所述太阳能电池板与所述太阳能充电管理模块相连;所述太阳能充电管理模块与所述蓄电池装置相连;
所述太阳能电池板、所述太阳能充电管理模块和所述蓄电池装置组成太阳能充电环路。
8.如权利要求7所述的风光互补电源设备,其特征在于,所述太阳能充电管理模块采用PWM脉冲充电方式对所述蓄电池装置进行充电。
9.如权利要求1所述的风光互补电源设备,其特征在于,所述蓄电池装置包括:蓄电池和蓄电池电压检测模块;
所述蓄电池与所述蓄电池电压检测模块相连;
所述蓄电池与所述风机充电管理模块相连;
所述蓄电池与所述太阳能充电管理模块相连。
10.如权利要求1所述的风光互补电源设备,其特征在于,所述设备还包括:输出控制管理装置;
所述输出控制管理装置一端与所述主控电路相连;
所述输出控制管理装置另一端与负载相连。
11.根据权利要求1所述的风光互补电源设备,其特征在于,所述风力发电机和所述太阳能电池板对所述蓄电池分别充电;所述风力发电装置和所述太阳能发电装置相互独立。
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CN106788138A (zh) * | 2016-12-19 | 2017-05-31 | 贺州学院 | 家用健身式风光互补发电装置 |
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GR01 | Patent grant | ||
C17 | Cessation of patent right | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100825 Termination date: 20121209 |