CN204068350U - 一种风电储能运行控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种风电储能运行控制器，其主要技术特点是：包括CPU单元、电源单元、通信单元、数据采集单元、充电功率开关电路和放电功率开关电路，电源单元与CPU单元相连接为其供电，该CPU单元与通信单元、数据采集单元、充电功率开关电路和放电功率开关电路相连接。本实用新型实时对蓄电池温度、外接电压模拟量采样，经过CPU单元逻辑判断蓄电池处于充放电的何种阶段，通过CPU单元输出PWM波的高低电平来控制功率开关，使用合理方式对蓄电池充放电；并且在运行过程中能够做到故障切除、异常信息报警等功能，保证蓄电池不过放不过充，同时能够快速充放电，提高蓄电池充放电效率和使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型属于风电储能运行控制技术领域，尤其是一种风电储能运行控制器。
背景技术
随着常规能源的逐渐衰竭和环境污染的日益加重，世界各国日益关注分布式发电技术，使得分布式发电技术的不断创新。目前，分布式电源类型发展为主要包括微燃机、太阳能光伏电池、风力发电机、蓄电池、飞轮等。作为分布式发电的重要组成形式，微电网通常由分布式电源、储能装置、能量变换器、相关负荷、监控系统、保护系统、电力传输设备等汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。
采用储能装置可以更好的实现微电网能量管理，提高系统运行稳定性和可靠性。储能装置包括电池储能、机械能储能、超级电容储能、高能密度电容储能等类型，而储能电池的类型又分为铅酸蓄电池、锂电池、钠硫电池等。当对蓄电池过量充电、过量放电时，会影响蓄电池寿命，因此，如何对蓄电池的充放电进行储能控制以提高蓄电池的利用率和使用寿命是目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、能够提高蓄电池充放电效率和使用寿命的风电储能运行控制器。
本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种风电储能运行控制器，包括CPU单元、电源单元、通信单元、数据采集单元、充电功率开关电路和放电功率开关电路，电源单元与CPU单元相连接为其供电，该CPU单元与通信单元、数据采集单元、充电功率开关电路和放电功率开关电路相连接，该通信单元与风力发电系统中的微电网控制器相连接，该数据采集单元与风力发电系统中的蓄电池相连接，该充电功率开关电路与风力发电系统中的DC-DC转换电路及蓄电池相连接，该放电功率开关电路与风力发电系统中的蓄电池相及用户负载相连接。
而且，所述的数据采集单元包括采集蓄电池电压的电压采集模块和采集蓄电池温度的温度采集模块，该电压采集模块采用电阻分压采集模块并连接在蓄电池与CPU单元的A/D接口之间，该温度采集模块采用温度传感器并连接在蓄电池与CPU单元的A/D接口之间。
而且，所述的充电功率开关电路采用大功率三极管作为开关器件，该大功率三极管的基极与CPU单元输出的PWM信号相连接，其集电极和发射极分别与DC-DC电路、蓄电池相连接。
而且，所述的放电功率开关电路采用大功率三极管作为开关器件，该大功率三极管的基极与CPU单元输出的PWM信号相连接，其集电极和发射极分别与蓄电池、用户负载相连接。
而且，所述的通信单元为RS232接口或RS485接口。
而且，所述的CPU单元还连接一人机交互模块实现人机交互功能。
而且，所述CPU单元还连接一外部存储器用于存储数据。
而且，所述的CPU单元还连接一JTAG仿真接口单元用于实现仿真调试功能。
而且，所述的CPU单元采用ARM7TDMI-STM微控制器。
本实用新型的优点和积极效果是：
本实用新型实时对蓄电池温度、外接电压模拟量采样，经过CPU单元逻辑判断蓄电池处于充放电的何种阶段，通过CPU单元输出PWM波的高低电平来控制功率开关，使用合理方式对蓄电池充放电；并且在运行过程中能够做到故障切除、异常信息报警等功能，保证蓄电池不过放不过充，同时能够快速充放电，提高蓄电池充放电效率和使用寿命。
2、本控制器的CPU单元采用ARM7芯片作为控制器的核心，其通过内部的A/D转换功能对数据采集单元采集的电压和温度进行转换，并有人机界面、RS232、RS485通信接口等，功能丰富、结构简单、成本低廉。
附图说明
图1是本实用新型的电路方框图；
图2是一种风力发电系统的连接示意图；
图3是本实用新型的充电功率开关电路图；
图4是本实用新型的放电功率开关电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述：
一种风电储能运行控制器，如图2所示，包括CPU单元、电源单元、外部存储器、通信单元、人机界面单元、JTAG仿真接口单元、数据采集单元、充电功率开关电路和放电功率开关电路，CPU单元与电源单元、外部存储器、通信单元、人机界面单元、JTAG仿真接口单元、数据采集单元、充电功率开关电路和放电功率开关电路相连接。本风电储能运行控制器可与风力发电机、DC-DC变换电路、蓄电池、功率开关、微电网控制器和用户负载连接一起构成风力发电系统，如图1所示，风电储能运行控制器分别与微电网控制器、蓄电池相连接，该风力发电系统的整体工作流程是在微电网控制器控制下由风力发电机所发出经过DC-DC变换电路转换成蓄电池充电的适用电压，充入蓄电池；通过对蓄电池的电压、温度进行采样，经过储能控制器的逻辑运算，发控制信号给微电网控制器控制风力发电机发电，并通过控制信号控制功率开关，从而来决定蓄电池的充放电方式给负载供电。在该系统中，DC-DC变换电路目的是把风电机发电所产生的电压转换成适合蓄电池充电用的恒定电压，即是把风电机产生的6V～20V电压转换成12V电压给蓄电池充电，假设蓄电池充满电压为UF。
下面对风电储能运行控制器的各个部分分别进行说明：
CPU单元使用LPC2214模块，LPC2214模块是一种具有实时仿真和跟踪功能的16/32位ARM7TDMI-STM CPU的微控制器，并带有256KB嵌入的高速Flash存储器主频可达60MHz，外扩4Mb外部RAM运行程序，并外扩512Kb的EEPROM存储电路(外部存储器)用于存储数据、事件记录等。
人机界面单元包括液晶显示屏、LED告警灯及按键输入实现人机交互功能。
JTAG仿真接口单元作为一个仿真接口用于与外部计算机相连接实现软件调试及升级功能。
通信单元采用RS232或RS485通信模块，CPU单元通过通信模块向微电网控制器发送控制信号以控制风电发电机发电。
数据采集单元包括采集蓄电池电压的电压采集模块和采集蓄电池温度的温度采集模块。对蓄电池电压采集是通过控制器在一定时间间隔断开蓄电池外接电压的方法进行电压采样。因为，如果直接对蓄电池采样的话，由于其外接由风力发电机而处于在充电状态，所以测得两端电压不一定是真实准确的电压，而在测定其两端电压后，根据测量结果来判断充电的方式。本电压采集模块使用电阻分压法，分压所得的电压信号接入CPU单元(LPC2214)的AIN0管脚，通过内部A/D转换，计算获得蓄电池的电压值。温度采集模块采用美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS18820,蓄电池通过数字化温度传感器DS18820接入LPC2214的AIN1管脚，通过内部A/D转换，计算获得蓄电池的温度值。
充电功率开关电路如图3所示，该充电功率开关电路使用2N3773型大功率三极管M1作为开关器件，该大功率三极管的基极与CPU单元输出的PWM信号相连接，其集电极和发射极分别与DC-DC电路、蓄电池相连接。放电功率开关电路如图4所示，分别控制蓄电池充放电，该充电功率开关电路使用2N3773型大功率三极管M2作为开关器件，该大功率三极管的基极与CPU单元输出的PWM信号相连接，其集电极和发射极分别与蓄电池、用户负载相连接。功率开关电路的动作控制是在CPU单元的控制下进行的，CPU单元(LPC2214)对数据采集单元获得蓄电池电压和温度进行运算和逻辑判断，分别由I/O口输出两路PWM信号控制三极管2N3773的导通和截止。
CPU单元对蓄电池充电控制过程如下：CPU单元接到充电指令后，判断蓄电池电压，如果蓄电池电压小于10％UF，采用修复充电缓慢进行充电，储能控制器输出较小PWM波占空比、较小脉宽的波形；当蓄电池电压达到10％UF以上，进行快速充电，输出高电平使充电功率开关管M1长开，此时输出PWM波占空比较大；当充电蓄电池电压达到80％UF，即蓄电池超过警戒电压UCHW时，测量蓄电池端电压频率提高一倍，输出较小PWM波占空比、较小脉宽波形控制充电功率开关管M1，保证不过充。
CPU单元对蓄电池放电控制过程如下：CPU单元接到放电指令后，判断蓄电池电压，当蓄电池电压在20％UF以上后，进行快速放电，输出高电平使放电功率开关M2长开，此时输出PWM波占空比较大；当蓄电池电压达到20％UF以下，即当蓄电池超过警戒电压UDISW时，测量蓄电池端电压频率提高一倍，保证蓄电池不过放。
在蓄电池充放电过程中，实时监控蓄电池温度，一旦温度过高，立即发出异常信息报警，并能够做到故障切除，断开充放电功率开关的导通，并停止蓄电池充放电。
本实用新型的工作原理是：通过对蓄电池温度、外接电压模拟量采样，经过控制器逻辑判断蓄电池处于充放电的何种阶段，选择使用合理的充放电方式。在蓄电池充电循环中，判断蓄电池电压范围，从而选择不同占空比、频率的PWM波控制充电功率开关，来进行蓄电池不同阶段的充电；同样在放电循环中，判断蓄电池电压范围，从而选择不同占空比、频率的PWM波控制放电功率开关，进行有效合理的放电。并且，在运行过程中能够做到故障切除、异常信息报警等功能。通过对蓄电池的控制管理，提高储能装置充放电效率和使用寿命。
需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。
Claims (9)
1.一种风电储能运行控制器，其特征在于：包括CPU单元、电源单元、通信单元、数据采集单元、充电功率开关电路和放电功率开关电路，电源单元与CPU单元相连接为其供电，该CPU单元与通信单元、数据采集单元、充电功率开关电路和放电功率开关电路相连接，该通信单元与风力发电系统中的微电网控制器相连接，该数据采集单元与风力发电系统中的蓄电池相连接，该充电功率开关电路与风力发电系统中的DC-DC转换电路及蓄电池相连接，该放电功率开关电路与风力发电系统中的蓄电池相及用户负载相连接。
2.根据权利要求1所述的一种风电储能运行控制器，其特征在于：所述的数据采集单元包括采集蓄电池电压的电压采集模块和采集蓄电池温度的温度采集模块，该电压采集模块采用电阻分压采集模块并连接在蓄电池与CPU单元的A/D接口之间，该温度采集模块采用温度传感器并连接在蓄电池与CPU单元的A/D接口之间。
3.根据权利要求1所述的一种风电储能运行控制器，其特征在于：所述的充电功率开关电路采用大功率三极管作为开关器件，该大功率三极管的基极与CPU单元输出的PWM信号相连接，其集电极和发射极分别与DC-DC电路、蓄电池相连接。
4.根据权利要求1所述的一种风电储能运行控制器，其特征在于：所述的放电功率开关电路采用大功率三极管作为开关器件，该大功率三极管的基极与CPU单元输出的PWM信号相连接，其集电极和发射极分别与蓄电池、用户负载相连接。
5.根据权利要求1所述的一种风电储能运行控制器，其特征在于：所述的通信单元为RS232接口或RS485接口。
6.根据权利要求1所述的一种风电储能运行控制器，其特征在于：所述的CPU单元还连接一人机交互模块实现人机交互功能。
7.根据权利要求1所述的一种风电储能运行控制器，其特征在于：所述CPU单元还连接一外部存储器用于存储数据。
8.根据权利要求1所述的一种风电储能运行控制器，其特征在于：所述的CPU单元还连接一JTAG仿真接口单元用于实现仿真调试功能。
9.根据权利要求1至8任一项所述的一种风电储能运行控制器，其特征在于：所述的CPU单元采用ARM7TDMI-STM微控制器。
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