CN202034807U - 一种风光互补充放电控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风光互补充放电控制装置，其特征在于：它包括主控板，主控板与风机控制模块、光伏控制模块和直流控制模块相连。本实用新型可以高效地实现风光互补系统的充放电控制，可大大提高风光互补系统的可靠性和稳定性。

Description

一种风光互补充放电控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种充放电控制装置，尤其是一种用于风光互补供电系统高效充放电的控制装置。

背景技术

风光互补供电系统是一套太阳能发电及风力发电的集成系统。它的特点是集合了不同再生能源的互补性。能源是国民经济发展和人民生活必须的重要物质基础，在过去的200多年里，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系极大的推动了人类社会的发展。但是人类在使用化石燃料的同时，带来了严重的环境污染和生态系统破坏。近年来，世界各国逐渐认识到能源对人类的重要性，更认识到常规能源利用过程中对环境和生态系统的破坏，各国纷纷开始根据国情，治理和缓解已经恶化的环境，并把可再生、无污染的新能源的开发利用作为可持续发展的重要内容。风光互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性，具有较高性价比的一种新型能源发电系统，具有很好的应用前景。

风光互补系统主要由交流风机和太阳能光伏阵列组成，交流风机和太阳能光伏阵列对蓄电池充电，蓄电池给用点设备供电。但是，由于风力以及太阳辐射的不稳定性，风光互补系统需要合理地控制充放电，才能实现风光互补系统高效稳定的工作。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种风光互补充放电控制装置。它可以高效地实现风光互补系统的充放电控制，可大大提高风光互补系统的可靠性和稳定性。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案：

一种风光互补充放电控制装置，其特征在于：它包括主控板(主处理单元)，主控板与风机控制模块、光伏控制模块和直流控制模块相连。

前述的风光互补充放电控制装置中，所述主控板通过内部定时器和外部看门狗芯片与备用副板相连。

前述的风光互补充放电控制装置中，所述主控板上还与数据采集模块、远程传输模块、存储模块和人机交互模块相连。数据采集模块包括采集各路风机和太阳能光伏电池的充电电流，以及蓄电池电压的采集电路，还包括风力传感器和温度传感器。

前述的风光互补充放电控制装置中，所述远程传输模块为3G模块、GPRS模块或GSM模块。

前述的风光互补充放电控制装置中，所述主控板的内核为美国Microchip公司的32位、五级流水线内核MIPS32-M4K。

与现有技术相比，本实用新型的控制方法采用集中式控制方式，可统筹各路采集的数据，集中控制各路充放电，提高了控制的效率，且可集约化设备空间，本实用新型由通过双机热备份机制，可大大提高系统的可靠性和稳定性。

实验与研究表明，通常条件下的元器件失效率分三部分：早期失效期视效率是很高的，因为初期不可用的带有缺陷的器件数很多，这一阶段常常称为“早期失效期”或称为“老化期”；中间一段称为“中期失效率”或称为“生存期”，这一段时间失效率可以近似地认为是常数；后一段时间的失效率随时间迅速增加，称为“晚期失效率”或者“耗尽期”。老化期可以通过老化试验尽可能的避免。耗尽期时设备已经达到了设计寿命，可以通过更换设备或者升级换代来消除。我们所说的提高系统的可靠性主要是指通过提高器件的中期可靠性即生存期可靠性实现的。生存期的失效率是常数，常用λ表示。器件的可靠度经过一系列的推导，可以得到下面的公式：

可靠度R(t)为

R(t)＝e^-λt    (1-1)

在数量上评价系统的可靠性，除了可靠度以外，还有另外一种方式，就是采用系统可靠性的寿命特征。研究可靠度是基于一种概率设计的计算方法，同样，研究系统可靠性的寿命特征也是从概率出发的。可靠度的研究方法会提供更加准确的可靠性评价，而可靠性寿命特征的采用，将会提供更为方便直观的可靠性数量上的评价。

在系统可靠性的寿命上我们引入了可靠性的平均寿命这一概念。系统可靠性是一个概率，从数学上来讲，可靠度的概率均值，即代表了平均寿命。可维修系统的平均寿命用MTBF(Mean Time BetweenFailure)来表示，即“平均系统失效间隔时间”。

MTBF即可靠度R(t)的均值，可以通过积分得到

$\mathrm{MTBF}=\underset{0}{\overset{\∞}{\∫}}{e}^{-\mathrm{\λt}}\mathrm{dt}=\frac{1}{\mathrm{\λ}}---(1-2)$

MTBF是失效率的倒数，以小时为单位来度量。

本实用新型的双机备份系统的可靠性数学模型为并联可靠性系统中并联数目为2的简化版本。在假定每个CPU器件的可靠度都为R(t)的情况下，系统的可靠度Rs(t)为：

Rs(t)＝1-(1-R(t))*(1-R(t))＝R(t)(2-R(t))

相对于单机的可靠度R(t)来说

Rs(t)-R(t)＝R(t)(1-R(t))因为0＜R(t)＜1可以看到系统的可靠性得到了提高。

单机和双机的可靠性对比如下表所示：

R(t)	0.9980	0.9985	0.9990	0.9995
						单机可靠度	0.9980	0.9985	0.9990	0.9995
双机可靠度	0.999996	0.99999775	0.999999	0.99999975

从系统的寿命特征角度考虑

$\mathrm{MTBFs}={\∫}_0^{\∞}\mathrm{Rs}\left(t\right)\mathrm{dt}=\underset{i=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{\mathrm{i\λ}}=1.5\frac{1}{\mathrm{\λ}}---(1-3)$

结合公式(1-2)和(1-3)可见双机热备份系统是单系统的平均

且本实用新型在实际试验中，实测数据基本和上面的理论推导吻合。系统失效间隔时间的1.5倍。

附图说明

图1是本实用新型的装置结构示意图。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

具体实施方式

实施例。

一种风光互补充放电控制装置，它包括主控板，主控板与各路风机控制模块、光伏控制模块和直流控制模块相连。

风机控制模块的工作方式是在默认参数值或设定参数值的范围内以稳定高电平、脉宽调制状态、低电平三种工作状态运行。最终驱动的是场效应开关管电路，其开启点是11.4V，关断点为0V。在风机控制模块中，有两组开关，其工作状态为相反。两组开关分别接到充电回路和卸荷回路。当工作在脉宽调制方式时两组回路交替工作。

光伏控制模块的工作方式是在默认参数值或设定参数值的范围内以稳定高电平、脉宽调制状态、低电平三种工作状态运行。最终驱动的是场效应开关管电路，其开启点是11.4V，关断点为0V。工作区间与风机相同。

在光伏控模块中，有一组开关，只接到充电回路。

直流控制模块的作用是保护蓄电池过度放电而导致损坏的装置。通过检测系统电压判断向负载是否供电、断电、恢复供电。其不存在PWM工作模式。

当系统电压在43.5V-56V或设定值时，控制端给出高电平使开关电路一直处于打开状态，向负载供电。如果系统电压低于43.5V或设定值时控制端呈低电平停止向负载供电，直到系统电压恢复到53.5V或设定值后再次向负载恢复供电。

两路直流控制模块可以单独按照不同的设置参数进行运行，也可以按照统一的默认设定模式工作。

默认工作模式：蓄电池亏电保护点43.5V，恢复供电电压点53.5V。

设定工作模式：蓄电池亏电保护点(43.5V-48V)，恢复供电电压点(48V-56V)。

所述主控板通过内部定时器和外部看门狗芯片与备用副板相连。当主控板出现故障而无法运行时使外部看门狗复位，从而把系统切换到副板继续运行，以提高系统的可靠性和稳定性。

所述主控板上还与数据采集模块、远程传输模块、存储模块和人机交互模块相连。数据采集模块包括采集各路风机和太阳能光伏电池的充电电流，以及蓄电池电压的采集电路，还包括风力传感器(检测机柜内部温度和蓄电池表面温度)和温度传感器。存储模块可支持外部存储介质，如USB存储盘等。同时支持热插拔功能。

所述远程传输模块为3G模块、GPRS模块或GSM模块。通过3G/GPRS/GSM实时数据传输，可在本实用新型的控制装置上预留工业Modem接口，该接口即可作为GSM Modem的接口也可作为GPRS Modem的接口，可实现远程数据输出，命令收发，随时掌控控制器自身的电流、电压等数据，同时还对风机和太阳能电池的数据进行采集和控制。

所述主控板的内核为美国Microchip公司的32位、五级流水线内核MIPS32-M4K。采用美国Microchip公司的32位、五级流水线内核MIPS32-M4K，具有80MHz主频，USB2.0接口，256K FLASH，32K SRAM，RTCC，RS232，PWM(脉宽调制信号)，低功耗，10位精度AD转换等特点。

其工作原理是：通过一个主控系统对各路风机和太阳能光伏电池的充电电流，以及蓄电池电压进行集中采用、集中控制，从而控制各路充电单元对蓄电池进行高效充放电。主控系统根据采集的各路风机的充电电流、各路太阳能光伏电池的充电电流和蓄电池电压，以及风速和温度信息，驱动各路风机和太阳能光伏电池的控制单元，从而控制对蓄电池进行高效充放电。所述主控系统，包括主控板和副板，采用双机热备份机制，通过内部定时器和外部看门狗配合工作，当主控板出现故障而无法运行时使外部看门狗复位，从而把系统切换到副板继续运行，以提高系统的可靠性和稳定性。所述主控系统通过3G、GPRS或GSM进行实时数据传输。所述主控系统通过PWM脉宽调制充放电机制，PWM采用14级调制信号控制蓄电池充放电。

Claims (5)

1.一种风光互补充放电控制装置，其特征在于:它包括主控板，主控板与风机控制模块、光伏控制模块和直流控制模块相连。

2.根据权利要求1所述的风光互补充放电控制装置，其特征在于：所述主控板通过内部定时器和外部看门狗芯片与备用副板相连。

3.根据权利要求1所述的风光互补充放电控制装置，其特征在于：所述主控板还与数据采集模块、远程传输模块、存储模块和人机交互模块相连。

4.根据权利要求3所述的风光互补充放电控制装置，其特征在于：所述远程传输模块为3G模块、GPRS模块或GSM模块。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的风光互补充放电控制装置，其特征在于：所述主控板的内核为美国Microchip公司的32位、五级流水线内核MIPS32-M4K。

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