CN209431287U - 一种基于多能源互补供电的智能路灯装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开的属于新能源路灯技术领域，具体为一种基于多能源互补供电的智能路灯装置，包括主控制器；风力发电模块，所述风力发电模块双向电性连接有风机变流器模块，所述风机变流器模块双向电性连接直流母线；储能模块，所述储能模块包括超级电容、超级电容CLLC变流器模块、蓄电池和蓄电池CLLC变流器模块；利用蓄电池与超级电容配合，变流器采用谐振变流器，LED照明供电采用Buck‑LLC两级方案调整亮度，多变流器通过Zigbee网络与总控制器通讯，提供广告、交通路标警示等功能的全息3D影像装置，通过WIFI与主控制器通讯，增加路灯创收，让警示更直观、醒目，主控制器利用5G网络资源与远程监测控制系统通讯，实现了高带宽数据的实时传输。
Description
技术领域
本实用新型涉及新能源路灯技术领域，具体为一种基于多能源互补供电的智能路灯装置。
背景技术
随着城市照明设施的迅速增加，推广绿色照明，节能减排迫在眉睫。城市智能照明控制系统是为解决当前城市照明管理维护领域的重要课题，是保障绿色照明节能工作开展的有效措施，移动互联网等信息通信技术为城市智慧照明的推广和应用提供了坚实的理论基础。经过多年的技术探索和产品开发，虽然我国已在智能路灯领域取得了一定的成绩，但仍存在一些问题，如发电功率采用直接供给蓄电池和LED的方案，采用传统变流器导致整体电能利用效率较低，频繁充放电对蓄电池寿命有较大影响；传统的路灯装置提供的功能较为单一，并且传统的路灯系统缺少通信方案，给后期故障恢复以及检修造成了很大的困难，虽然有人提出基于NB-IoT等通讯方案，但是对传输数据量较大的情况下显示出其弊端。为此，我们提出一种基于多能源互补供电的智能路灯装置。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于多能源互补供电的智能路灯装置，以解决上述背景技术中提出的现有路灯供电可靠性低、变流器效率低、储能模块寿命短、功能单一、现场布线复杂、通信速率低的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于多能源互补供电的智能路灯装置，
包括主控制器；
风力发电模块，所述风力发电模块双向电性连接有风机变流器模块，所述风机变流器模块双向电性连接直流母线，所述风力发电模块产生交流电，经风机变流器模块连接到直流母线上；
光伏发电模块，所述光伏发电模块双向电性连接有光伏Boost变流器模块，所述光伏发电模块发出的直流经过光伏Boost变流器模块连接到所述直流母线；
储能模块，所述储能模块包括超级电容、超级电容CLLC变流器模块、蓄电池和蓄电池CLLC变流器模块，所述超级电容经所述超级电容CLLC变流器模块连接到所述直流母线，所述蓄电池经所述蓄电池CLLC变流器模块连接到所述直流母线；
照明模块，所述照明模块包括LED灯和Buck-LLC LED驱动模块，所述LED 灯经Buck-LLC LED驱动模块连接到所述直流母线；
电网，所述直流母线经并网全桥PWM变流器模块与变压器升压后通过断路器连接到电网；
太阳能追踪模块，所述太阳能追踪模块双向电性连接步进电机，所述太阳能追踪模块根据采集到的当前光照情况，控制步进电机带动光伏发电模块实现双自由度太阳能追踪；
多个F8914路由，所述多个F8914路由分别与太阳能追踪模块、Buck-LLC LED 驱动模块、并网全桥PWM变流器模块、蓄电池CLLC变流器模块、超级电容CLLC 变流器模块、光伏Boost变流器模块和风机变流器模块连接，多个F8914路由均通过Zigbee无线网络与带有F8914协调器的主控制器连接，所述主控制器通过Zigbee无线网络实现上述模块工作状态采集和控制；
3D全息图像投影模块，所述3D全息图像投影模块通过WIFI模块连接所述主控制器，所述3D全息图像投影模块通过WIFI模块接收由主控制器发送来的图片或视频信息，并将其投影在空中；
远程监测控制系统，所述远程监测控制系统双向电性连接有5G光纤，所述 5G光纤分别双向光信号连接5G天线和光纤收发器，所述光纤收发器通过 LAN8720模块连接所述主控制器，所述远程监测控制系统用于发送广告和交通标志信息，所述主控制器通过LAN8720模块连接光纤收发器到5G光纤与远程监测控制系统通讯。
优选的，所述风机变流器模块包括AC/DC桥式PWM整流器和与AC/DC桥式 PWM整流器串联的LLC谐振变流器。
优选的，所述主控制器为STM32F767微处理器。
优选的，所述主控制器通过RS485/232与所述F8914协调器连接。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：该实用新型提出的一种基于多能源互补供电的智能路灯装置，利用蓄电池与超级电容配合，变流器采用谐振变流器，LED照明供电采用Buck-LLC两级方案调整亮度，多变流器通过Zigbee 网络与总控制器通讯，提供广告、交通路标警示等功能的全息3D影像装置，通过WIFI与主控制器通讯，增加路灯创收，让警示更直观、醒目，主控制器利用 5G网络资源与远程监测控制系统通讯，实现了高带宽数据的实时传输。
附图说明
图1为本实用新型原理框图；
图2为本实用新型储能模块内部原理图；
图3为本实用新型使用时安装结构示意图。
图中：1主控制器、2风力发电模块、3风机变流器模块、4直流母线、5光伏发电模块、6光伏Boost变流器模块、7超级电容、8超级电容CLLC变流器模块、9蓄电池、10蓄电池CLLC变流器模块、11变压器、12并网全桥PWM变流器模块、13电网、14LED灯、15Buck-LLC LED驱动模块、16步进电机、17 太阳能追踪模块、18F8914路由、19F8914协调器、20LAN8720模块、21光纤收发器、22 5G光纤、23 5G天线、24远程监测控制系统、25WIFI模块、26 3D全息图像投影模块、27路灯杆、28箱体、29支杆。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型提供一种技术方案：一种基于多能源互补供电的智能路灯装置，用于实现路灯的供电可靠，使用寿命长，提高通讯效率，请参阅图1，风力发电模块2双向电性连接有风机变流器模块3，风机变流器模块3双向电性连接直流母线4，风力发电模块2产生交流电，经风机变流器模块3连接到直流母线4上，风机变流器模块3包括AC/DC桥式PWM整流器和与AC/DC桥式PWM整流器串联的LLC谐振变流器，PWM整流器完成高功率因数整流过程，LLC谐振变流器实现直流侧调压的功能，光伏发电模块5双向电性连接有光伏Boost变流器模块6，光伏发电模块5发出的直流经过光伏Boost变流器模块6连接到直流母线4，储能模块包括超级电容7、超级电容CLLC变流器模块8、蓄电池9和蓄电池CLLC 变流器模块10，超级电容7经超级电容CLLC变流器模块8连接到直流母线4，蓄电池9经蓄电池CLLC变流器模块10连接到直流母线4，超级电容7平抑功率高频波动部分，第二级利用蓄电池9平抑功率中频波动部分，使得最终直流母线4上的功率稳定，照明模块包括LED灯14和Buck-LLC LED驱动模块15，LED 灯14经Buck-LLC LED驱动模块15连接到直流母线4，LED供电方案采用Buck-LLC 两级变流器串联的方案，控制采用专利号为CN106849686B的双环定频控制策略，直流母线4经并网全桥PWM变流器模块12与变压器11升压后通过断路器连接到电网13，太阳能追踪模块17双向电性连接步进电机16，太阳能追踪模块17 根据采集到的当前光照情况，控制步进电机16带动光伏发电模块5实现双自由度太阳能追踪，多个F8914路由18，所述多个F8914路由18分别与太阳能追踪模块17、Buck-LLC LED驱动模块15、并网全桥PWM变流器模块12、蓄电池CLLC 变流器模块10、超级电容CLLC变流器模块8、光伏Boost变流器模块6和风机变流器模块3连接，多个F8914路由18均通过Zigbee无线网络与带有F8914 协调器18的主控制器1连接，所述主控制器1通过Zigbee无线网络实现上述模块工作状态采集和控制，F8914路由18为7个，主控制器1通过RS485/232 与F8914协调器19连接，主控制器1通过Zigbee无线网络实现上述模块工作状态采集和控制，主控制器1采用ST公司的STM32F767微处理器，提高了数据处理的速度和精度，3D全息图像投影模块26通过WIFI模块25连接主控制器1， 3D全息图像投影模块26通过WIFI模块25接收由主控制器1发送来的图片或视频信息，并将其投影在空中，3D全息影像模块26可提供广告、交通路标警示等功能，利用路灯投放广告能增加路灯的创收，易于回收成本，且利用3D投影实现警示灯功能让警示更直观、醒目，远程监测控制系统24双向电性连接有5G 光纤22，5G光纤22分别双向光信号连接5G天线23和光纤收发器21，光纤收发器21通过LAN8720模块20连接主控制器1，远程监测控制系统24用于发送广告和交通标志信息，主控制器1通过LAN8720模块20连接光纤收发器21到 5G光纤22与远程监测控制系统24通讯，利用5G网络资源实时接收远程监测控制系统24发送来的广告、交通标志等信息，并发送电力电子变流器状态等信息，实现了高带宽数据的实时传输；
请参阅图2，储能模块采用两级平抑过程，第一级采用超级电容7平抑高频波动部分，第二级利用蓄电池9平抑中频波动部分，使得最终直流母线4上的功率稳定。
超级电容7平抑高频波动策略为，系统的总输出功率P1＝Ppmsg+Ppv-PLED，其中Ppmsg为风力发电机输出的功率，Ppv为光伏输出的功率，PLED为LED消耗的功率， P1经过低通滤波器后计算得到与波动成分反相的超级电容7充放电指令ΔP1，计算方法为其中T1为低通滤波器时间常数，该指令经过最大输出功率限制环节得到充放电指令ΔP2，发给超级电容CLLC双向谐振变流器控制其发出和吸收功率的大小。
蓄电池9平抑中频波动策略为，经超级电容7平抑后的输出功率P2＝P1+ΔP2， P2与其经过低通滤波器的功率相减得到与中频波动成分反相的蓄电池9充放电指令其中T2为低通滤波器时间常数，ΔP3经过最大功率限制环节得到蓄电池CLLC双向谐振变流器的充放电指令ΔP4，使得最终直流母线上功率稳定，满足进一步的并网要求。
最大功率限制环节的实现方式为，控制器首先检测储能模块的电量，若低于最低电量，放电功率为零，若高于最高电量，则充电功率为零，其余状态根据储能模块充放电最大功率约束限制其充放电功率。
请参阅图3，在具体安装时，在路灯杆27的顶部通过螺栓安装风力发电模块2和5G天线23，在路灯杆27的外壁顶部安装箱体28，将主控制器1、风机变流器模块3、直流母线4、光伏Boost变流器模块6、超级电容7、超级电容 CLLC变流器模块8、蓄电池9、蓄电池CLLC变流器模块10、并网全桥PWM变流器模块12、Buck-LLC LED驱动模块15、太阳能追踪模块17、F8914路由18、F8914协调器19、LAN8720模块20、光纤收发器21和WIFI模块25均安装在箱体28的内腔，箱体28的一侧安装有一个支杆29，支杆29的中部安装3D全息图像投影模块26，支杆29的尾端安装LED灯14，在路灯杆27的外壁通过支架安装光伏发电模块5，在支杆29上安装步进电机16，并通过连接结构与光伏发电模块5连接。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种基于多能源互补供电的智能路灯装置，其特征在于：
包括主控制器(1)；
风力发电模块(2)，所述风力发电模块(2)双向电性连接有风机变流器模块(3)，所述风机变流器模块(3)双向电性连接直流母线(4)，所述风力发电模块(2)产生交流电，经风机变流器模块(3)连接到直流母线(4)上；
光伏发电模块(5)，所述光伏发电模块(5)双向电性连接有光伏Boost变流器模块(6)，所述光伏发电模块(5)发出的直流经过光伏Boost变流器模块(6)连接到所述直流母线(4)；
储能模块，所述储能模块包括超级电容(7)、超级电容CLLC变流器模块(8)、蓄电池(9)和蓄电池CLLC变流器模块(10)，所述超级电容(7)经所述超级电容CLLC变流器模块(8)连接到所述直流母线(4)，所述蓄电池(9)经所述蓄电池CLLC变流器模块(10)连接到所述直流母线(4)；
照明模块，所述照明模块包括LED灯(14)和Buck-LLC LED驱动模块(15)，所述LED灯(14)经Buck-LLC LED驱动模块(15)连接到所述直流母线(4)；
电网(13)，所述直流母线(4)经并网全桥PWM变流器模块(12)与变压器(11)升压后通过断路器连接到电网(13)；
太阳能追踪模块(17)，所述太阳能追踪模块(17)双向电性连接步进电机(16)，所述太阳能追踪模块(17)根据采集到的当前光照情况，控制步进电机(16)带动光伏发电模块(5)实现双自由度太阳能追踪；
多个F8914路由(18)，所述多个F8914路由(18)分别与太阳能追踪模块(17)、Buck-LLCLED驱动模块(15)、并网全桥PWM变流器模块(12)、蓄电池CLLC变流器模块(10)、超级电容CLLC变流器模块(8)、光伏Boost变流器模块(6)和风机变流器模块(3)连接，多个F8914路由(18)均通过Zigbee无线网络与带有F8914协调器(19)的主控制器(1)连接，所述主控制器(1)通过Zigbee无线网络实现上述模块工作状态采集和控制；
3D全息图像投影模块(26)，所述3D全息图像投影模块(26)通过WIFI模块(25)连接所述主控制器(1)，所述3D全息图像投影模块(26)通过WIFI模块(25)接收由主控制器(1)发送来的图片或视频信息，并将其投影在空中；
远程监测控制系统(24)，所述远程监测控制系统(24)双向电性连接有5G光纤(22)，所述5G光纤(22)分别双向光信号连接5G天线(23)和光纤收发器(21)，所述光纤收发器(21)通过LAN8720模块(20)连接所述主控制器(1)，所述远程监测控制系统(24)用于发送广告和交通标志信息，所述主控制器(1)通过LAN8720模块(20)连接光纤收发器(21)到5G光纤(22)与远程监测控制系统(24)通讯。
2.根据权利要求1所述的一种基于多能源互补供电的智能路灯装置，其特征在于：所述风机变流器模块(3)包括AC/DC桥式PWM整流器和与AC/DC桥式PWM整流器串联的LLC谐振变流器。
3.根据权利要求1所述的一种基于多能源互补供电的智能路灯装置，其特征在于：所述主控制器(1)为STM32F767微处理器。
4.根据权利要求1所述的一种基于多能源互补供电的智能路灯装置，其特征在于：所述主控制器(1)通过RS485/232与所述F8914协调器(19)连接。
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|---|---|---|---|---|
| CN111371129A (zh) * | 2020-05-28 | 2020-07-03 | 南京国信能源有限公司 | 一种直流供电智慧路灯实现方法和装置 |
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