小型風、光、電、熱聯(lián)合能源系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種小型風、光、電、熱聯(lián)合能源系統(tǒng)，包括光能采集轉(zhuǎn)換和風能采集轉(zhuǎn)換裝置，還包括電熱元件變阻器組、電器執(zhí)行中間控制器、系統(tǒng)狀態(tài)控制器、風光互補控制器、蓄熱器、蓄電池和逆變器。光能采集轉(zhuǎn)換裝置和風能采集轉(zhuǎn)換裝置的電能輸出端子分別連接到風光互補控制器的第一受電端子和第二受電端子，風光互補控制器的第一電能輸出端子連接蓄電池的受電端子，風光互補控制器的第二電能輸出端子連接蓄熱器的受電端子；系統(tǒng)狀態(tài)控制器的第一控制信號輸出端連接風光互補控制器的控制信號輸入端。各設(shè)備的工作狀態(tài)參數(shù)通過傳感器進行實時采集，與數(shù)據(jù)通信總線相連接。保證設(shè)備實現(xiàn)能源的最大限度轉(zhuǎn)換。
【專利說明】小型風、光、電、熱聯(lián)合能源系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能源存儲裝置，特別是涉及一種能源以不同形態(tài)轉(zhuǎn)換的存儲裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國國土面積幅員遼闊，在偏遠地區(qū)也往往居住有零散分布的居民點或小型居住 區(qū)域。同時在草原、高原和林地區(qū)域，還有大量從事畜牧業(yè)、礦業(yè)開采的流動人口和生產(chǎn)單 位。受自然條件限制無法以集中供能模式為其提供電能或熱能，使得他們無法獲得足夠的 能源供應(yīng)，生產(chǎn)生活都受到極大限制。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，利用固體蓄熱原理形成的蓄熱式換熱器已經(jīng)有產(chǎn)品出現(xiàn)，在集中 供能模式下穩(wěn)定供電下基本可以滿足電能轉(zhuǎn)換熱能、熱能存儲、熱量緩釋的需求。
[0004]但是對于偏遠地區(qū)無法實現(xiàn)集中供能，目前的解決途徑是盡可能利用風能或光能 產(chǎn)生一部分能量轉(zhuǎn)換，但是受自然條件和單一設(shè)備性能局限，效果很差。
[0005]風力發(fā)電機在不同的風力風速下，所發(fā)出的電壓和電流不同，而蓄熱器的電熱元 件組阻抗固定，無法根據(jù)風力發(fā)電機不同風力下發(fā)電狀態(tài)隨之調(diào)整以適應(yīng)發(fā)電機的瞬時工 況，使得風速與蓄熱器間的匹配區(qū)間狹窄，造成能源轉(zhuǎn)化效率有限。同樣，太陽能的存儲受 蓄電池容量限制，而蓄電池的輸出功率又受用電器負載的影響，使得蓄電池高效充電區(qū)間 與蓄電池高功率輸出區(qū)間無法匹配，造成太陽能轉(zhuǎn)化電能效率受限。而蓄熱器的儲熱溫度 往往設(shè)計在750°C左右，采用隔熱層對蓄熱器高溫蓄熱池部分進行隔熱，蓄熱池的蓄熱材料 主要包括顯熱蓄熱材料、相變蓄熱材料、熱化學(xué)蓄熱材料和吸附蓄熱材料集中類型，比較高 效的材料有高溫焙燒而成的固體氧化鎂，通過能源向電能轉(zhuǎn)換使負載電阻加熱升溫輻射， 氧化鎂吸熱蓄熱。蓄熱池溫度達到750°C時，蓄熱器外殼溫度設(shè)計值在105°C以下(我國家 用電暖氣規(guī)范規(guī)定為110°C以下)，根據(jù)本設(shè)計規(guī)范，能量轉(zhuǎn)化過程中電壓、電流的變化對蓄 熱效率的影響巨大。在野外日照、風力、溫度和時段的綜合環(huán)境因素影響下，風能、太陽能轉(zhuǎn) 化對蓄熱器往往不能進行高效能量轉(zhuǎn)化，使得蓄熱器蓄熱不足。而當風能、太陽能出現(xiàn)極限 量值轉(zhuǎn)化時，蓄熱器蓄熱過程又不能及時響應(yīng)，造成能源白白流失。如果在設(shè)計規(guī)范的極端 條件下進行能量轉(zhuǎn)化，又會對各設(shè)備的使用壽命帶來潛在危害。
[0006]在現(xiàn)有技術(shù)條件下，通常利用可控硅(晶閘管)組合電路完成對高電壓和高電流的 流向控制，因此在不同形式的能源向電能轉(zhuǎn)化過程，有可能將不同來源的電能通過可控硅 電路有效地融合，并根據(jù)需要進行調(diào)配。
[0007]開關(guān)矩陣在自動測試系統(tǒng)中已經(jīng)廣泛應(yīng)用，是實現(xiàn)自動測試的接口設(shè)計的關(guān)鍵， 擔負著控制信號流向的任務(wù)，有可能將開關(guān)矩陣應(yīng)用在蓄熱器的電熱元件電路上，完成調(diào) 整蓄熱功率作用。
[0008]對控制信號流進行高效編碼，并進行電平能量轉(zhuǎn)換的技術(shù)也比較成熟，將編碼控 制流分發(fā)到同一類型的眾多受控單元，實現(xiàn)控制結(jié)果的時間一致性，是現(xiàn)有技術(shù)完全可以 可靠實現(xiàn)的。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種小型風光電熱聯(lián)合能源系統(tǒng)，解決現(xiàn)有能源在電熱轉(zhuǎn)換蓄熱過程中，能源瞬時功率與蓄熱器額定蓄熱過程無法有效匹配，造成蓄熱效能低下的技術(shù)問題。
[0010]本發(fā)明的小型風光電熱聯(lián)合能源系統(tǒng)，包括光能采集轉(zhuǎn)換裝置和風能采集轉(zhuǎn)換裝置，還包括電熱元件變阻器組、電器執(zhí)行中間控制器、系統(tǒng)狀態(tài)控制器、風光互補控制器、蓄熱器、蓄電池和逆變器；
[0011]光能采集轉(zhuǎn)換裝置和風能采集轉(zhuǎn)換裝置的電能輸出端子分別連接到風光互補控制器的第一受電端子和第二受電端子，風光互補控制器的第一電能輸出端子連接蓄電池的受電端子，蓄電池的電能輸出端子連接逆變器的直流輸入回路，逆變器的交流輸出回路連接電器負載；風光互補控制器的第二電能輸出端子連接蓄熱器的受電端子；系統(tǒng)狀態(tài)控制器的第一控制信號輸出端連接風光互補控制器的控制信號輸入端，系統(tǒng)狀態(tài)控制器的第二控制信號輸出端連接電器執(zhí)行中間控制器的控制信號輸入端，電器執(zhí)行中間控制器的控制信號輸出端連接電熱元件變阻器組的控制信號輸入端，電熱元件變阻器組的控制信號輸出端連接蓄熱器的受控端子；
[0012]電熱元件變阻器組、電器執(zhí)行中間控制器、風光互補控制器、蓄電池和逆變器，以及光能采集轉(zhuǎn)換裝置和風能采集轉(zhuǎn)換裝置的工作狀態(tài)參數(shù)通過相應(yīng)的傳感器進行實時采集，各傳感器的輸出回路通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)終端連接到數(shù)據(jù)通信總線上，系統(tǒng)狀態(tài)控制器的數(shù)據(jù)輸入輸出端口與數(shù)據(jù)通信總線相連接；形成系統(tǒng)中設(shè)備狀態(tài)信號采集線路、設(shè)備控制線路和電力傳輸線路相隔離。
[0013]系統(tǒng)狀態(tài)控制器，用于實時接收系統(tǒng)中各設(shè)備通過數(shù)據(jù)通信總線傳輸?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)參數(shù)，與內(nèi)置的信號處理模型進行對比，根據(jù)各設(shè)備工作狀態(tài)參數(shù)的變化趨勢，生成兩路控制信號流，一路控制信號流根據(jù)蓄電池的工作電壓參數(shù)和逆變器輸出功率參數(shù)，控制風光互補控制器中風能轉(zhuǎn)換電流與光能轉(zhuǎn)換電流的功率流向，另一路控制信號流根據(jù)光能采集轉(zhuǎn)換裝置和風能采集轉(zhuǎn)換裝置的工作參數(shù)，控制電熱元件變阻器組中開關(guān)矩陣的狀態(tài)；
[0014]所述電器執(zhí)行中間控制器，用于將輸入控制信號進行編碼調(diào)制，進行電平變換形成驅(qū)動信號輸出；
[0015]風光互補控制器，用于連接不同的電能輸入源，根據(jù)控制信號調(diào)整輸出功率流向；
[0016]蓄熱器，用于將輸入的電能轉(zhuǎn)換為熱能儲存；
[0017]蓄電池，用于將輸入的電能進行儲存，并向逆變器供電；
[0018]逆變器，用于根據(jù)電器負荷功率輸出電能。
[0019]所述電熱元件變阻器組中包括開關(guān)矩陣與蓄熱器中電熱元件連接，其中開關(guān)矩陣由繼電器K組成，電熱元件采用耐高溫的電阻R，若干個繼電器K依次串聯(lián)形成串聯(lián)繼電器電路，若干個串聯(lián)繼電器電路并聯(lián)形成繼電器開關(guān)矩陣，在每個繼電器K的兩端并聯(lián)一個或幾個電阻R，在相鄰兩個串聯(lián)繼電器間連接若干個串聯(lián)電阻R，各繼電器K通過控制線路受電器執(zhí)行中間控制器控制。
[0020]所述系統(tǒng)狀態(tài)控制器包括數(shù)據(jù)輸入輸出端口、數(shù)據(jù)處理單元、第一數(shù)據(jù)存儲單元、第二數(shù)據(jù)存儲單元、第一控制數(shù)據(jù)緩存單元和第二控制數(shù)據(jù)緩存單元；
[0021]數(shù)據(jù)輸入輸出端口，通過通信總線，接收各設(shè)備實時傳輸?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù) 據(jù)集數(shù)據(jù)和告警數(shù)據(jù)；
[0022]數(shù)據(jù)處理單元，用于接收各設(shè)備的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)根據(jù)時間，同步工作狀態(tài)數(shù)據(jù)形 成各設(shè)備工作狀態(tài)與時間相關(guān)的數(shù)據(jù)集進行存儲，讀取存儲的信號處理模型的判斷參數(shù)， 對數(shù)據(jù)集中工作狀態(tài)的變化趨勢進行判斷，形成針對相應(yīng)受控設(shè)備的控制數(shù)據(jù)和告警數(shù) 據(jù)；
[0023]第一數(shù)據(jù)存儲單元，用于存儲信號處理模型和相應(yīng)的判斷參數(shù)；
[0024]第二數(shù)據(jù)存儲單元，用于存儲相關(guān)數(shù)據(jù)集、控制數(shù)據(jù)和告警數(shù)據(jù)；
[0025]第一控制數(shù)據(jù)緩存單元，緩存針對風光互補控制器的控制數(shù)據(jù)，根據(jù)后續(xù)的控制 指令進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；
[0026]第二控制數(shù)據(jù)緩存單元，緩存針對電器執(zhí)行中間控制器的控制數(shù)據(jù)，進行緩存，根 據(jù)后續(xù)的控制指令進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。
[0027]所述蓄熱器為一封閉箱體，自外向內(nèi)設(shè)置有散熱外殼、絕熱材料層，散熱外殼和絕 熱材料層之間形成空氣保溫層，絕熱材料層的腔體內(nèi)填充固體蓄熱材料，蓄熱材料中沿水 平方向平行開設(shè)有若干固定通孔，固定通孔內(nèi)壁上設(shè)置有螺紋，固定通孔內(nèi)通過螺紋固定 不同阻值的電阻R ;各電阻通過螺紋將引線匯聚形成分別連接各電阻兩端的第一電纜和第 二電纜，第一電纜和第二電纜穿過封閉箱體上的預(yù)留密封孔連接電熱元件變阻器組中的開 關(guān)矩陣，在絕熱材料層外側(cè)加裝熱泵式換熱器，通過熱交換將絕熱材料層中的熱量釋放到 空氣保溫層中。
[0028]利用所述小型風光電熱聯(lián)合能源系統(tǒng)進行能源轉(zhuǎn)換的控制方法，包括以下步驟:
[0029]太陽能光伏電池組單獨發(fā)電；
[0030]slOO，太陽能光伏電池組向風光互補控制器輸出電能，系統(tǒng)狀態(tài)控制器控制風光 互補控制器的功率流向，將電能完全輸出至蓄電池；
[0031]SllO，系統(tǒng)狀態(tài)控制器通過數(shù)據(jù)通信總線持續(xù)采集太陽能光伏電池組的輸出功 率、蓄電池的電壓、逆變器的輸出功率；
[0032]S120，系統(tǒng)狀態(tài)控制器根據(jù)逆變器的輸出功率和蓄電池的電壓下降趨勢調(diào)整風光 互補控制器的功率流向；
[0033]s 130，當蓄電池的電壓下降速率低于確定參數(shù)值，且太陽能光伏電池組的輸出功 率高于確定參數(shù)值時，系統(tǒng)狀態(tài)控制器調(diào)整風光互補控制器的相應(yīng)功率流向至蓄熱器。
[0034]包括以下步驟:
[0035]水平軸風力發(fā)電機組單獨發(fā)電；
[0036]s200，水平軸風力發(fā)電機組向風光互補控制器輸出電能，系統(tǒng)狀態(tài)控制器控制風 光互補控制器的功率流向，將電能完全輸出至蓄熱器；
[0037]S210，系統(tǒng)狀態(tài)控制器通過數(shù)據(jù)通信總線持續(xù)采集水平軸風力發(fā)電機組的輸出功 率、蓄熱器的蓄熱溫度、蓄電池的電壓；
[0038]S220，系統(tǒng)狀態(tài)控制器根據(jù)蓄熱器的蓄熱溫度和蓄電池的電壓下降趨勢調(diào)整風光 互補控制器的功率流向；
[0039]s230,當蓄熱器的蓄熱溫度下降速率低于確定參數(shù)值時，系統(tǒng)狀態(tài)控制器調(diào)整風光互補控制器的相應(yīng)功率流向至蓄電池；
[0040]s240，當水平軸風力發(fā)電機組的輸出功率和蓄熱器的蓄熱溫度高于確定參數(shù)值，且蓄電池的電壓下降趨勢低于確定參數(shù)值時，系統(tǒng)狀態(tài)控制器通過數(shù)據(jù)通信總線向水平軸風力發(fā)電機組告警。
[0041]包括以下步驟:
[0042]水平軸風力發(fā)電機組和太陽能光伏電池組聯(lián)合發(fā)電；
[0043]S300，水平軸風力發(fā)電機組和太陽能光伏電池組向風光互補控制器輸出電能，系統(tǒng)狀態(tài)控制器控制風光互補控制器的功率流向，將電能以70:30比例分別輸出至蓄熱器和蓄電池；
[0044]s310，系統(tǒng)狀態(tài)控制器通過數(shù)據(jù)通信總線持續(xù)采集太陽能光伏電池組的輸出功率、水平軸風力發(fā)電機組的輸出功率、蓄電池的電壓、蓄熱器的蓄熱溫度；
[0045]s320，當蓄電池的電壓下降趨勢和蓄熱器的蓄熱溫度上升趨勢低于相應(yīng)確定參數(shù)值時，系統(tǒng)狀態(tài)控制器調(diào)整風光互補控制器的相應(yīng)功率流向，將電能的70%至90%至蓄熱器；
[0046]s330，當蓄電池的電壓下降趨勢和蓄熱器的蓄熱溫度上升趨勢高于相應(yīng)確定參數(shù)值時，系統(tǒng)狀態(tài)控制器調(diào)整風光互補控制器的相應(yīng)功率流向，將電能的30%至50%至蓄電池；
[0047]S340，當蓄電池的電壓和蓄熱器的蓄熱溫度接近相應(yīng)確定參數(shù)值，并且太陽能光伏電池組的輸出功率和水平軸風力發(fā)電機組的輸出功率趨勢繼續(xù)上升時,系統(tǒng)狀態(tài)控制器向太陽能光伏電池組或水平軸風力發(fā)電機組發(fā)送告警信號。
[0048]包括以下步驟:
[0049]S400，系統(tǒng)狀態(tài)控制器通過數(shù)據(jù)通信總線持續(xù)采集風光互補控制器向蓄熱器輸出的相應(yīng)電能功率、蓄熱器的蓄熱溫度；
[0050]s410,當電能功率趨勢持續(xù)上升，且蓄熱溫度上升趨勢低于確定參數(shù)值時，系統(tǒng)狀態(tài)控制器向電器執(zhí)行中間控制器發(fā)送控制信號，電器執(zhí)行中間控制器形成驅(qū)動信號控制電熱元件變阻器組中的開關(guān)矩陣改變連接順序，增加蓄熱器中接入加熱回路的電熱元件數(shù)量;
[0051]s420，當電能功率趨勢持續(xù)上升，且蓄熱溫度上升趨勢高于確定參數(shù)值時，系統(tǒng)狀態(tài)控制器向電器執(zhí)行中間控制器發(fā)送控制信號，電器執(zhí)行中間控制器形成驅(qū)動信號控制電熱元件變阻器組中的開關(guān)矩陣改變連接順序，改變蓄熱器中接入加熱回路的電熱元件排列方式；
[0052]s430,當電能功率趨勢持續(xù)上升，且蓄熱溫度接近確定參數(shù)值時，系統(tǒng)狀態(tài)控制器向電器執(zhí)行中間控制器發(fā)送控制信號，電器執(zhí)行中間控制器形成驅(qū)動信號控制電熱元件變阻器組中的開關(guān)矩陣改變連接順序，增加蓄熱器中接入加熱回路的電熱元件數(shù)量，并向太陽能光伏電池組或水平軸風力發(fā)電機組發(fā)送告警信號；
[0053]s440,當電能功率趨勢持續(xù)下降，且蓄熱溫度上升趨勢低于確定參數(shù)值時，系統(tǒng)狀態(tài)控制器向電器執(zhí)行中間控制器發(fā)送控制信號，電器執(zhí)行中間控制器形成驅(qū)動信號控制電熱元件變阻器組中的開關(guān)矩陣改變連接順序，減少蓄熱器中接入加熱回路的電熱元件數(shù)量。[0054]現(xiàn)有的小型風力發(fā)電系統(tǒng)，只是給蓄電池組充電，不能蓄熱供暖，太陽能光電也不 能蓄熱，本發(fā)明不但可以供電，也可以解決無熱源地區(qū)供熱的問題，極大提高了風光能源的 利用率，又可以為無電無熱地區(qū)的老百姓提供極大的實惠，同時為環(huán)保節(jié)能事業(yè)做出巨大 的貢獻，實為社會效益經(jīng)濟效益雙收。
[0055]通過本系統(tǒng)風力發(fā)電機在最低啟動風速下，發(fā)電電壓最低，此時電熱元件組的電 阻值也處于最低值。風速在最高時(風力發(fā)電機設(shè)計時確定)，電熱元件組的電阻值也隨之 處于最高值。控制系統(tǒng)隨風力發(fā)電機轉(zhuǎn)速和電壓的變化，將電熱元件組的電阻值自動調(diào)整 為匹配值，即可以最大限度的提高風力發(fā)電機的輸出功率，又將回路電流始終限制在允值 以下，避免風力發(fā)電機燒毀。
[0056]風力發(fā)電機在實際運行中，它的環(huán)境溫度工況差異性是很大的，它的溫升不單是 取決于工作電流，它同時受環(huán)境溫度影響也是很大的。所以我們的保護程序是同時參考電 流和發(fā)電機的溫度，因此綜合評價后作出保護動作。
[0057]電熱元件組是由若干模塊分組組合而成，通過不同的變化組合的方式而改變回路 的阻值。這個方式的實現(xiàn)，是通過多路繼電器不同的組合變換而完成的。
[0058]風力發(fā)電機的瞬時工況，由電壓、電流、轉(zhuǎn)速和發(fā)電機繞組、機體溫度傳感器，將數(shù) 據(jù)傳輸至信號接收電路，這些信號經(jīng)過預(yù)先編制好的程序解讀，然后程序會自動將控制信 號輸出至執(zhí)行控制器中，由執(zhí)行控制元件來控制組合繼電器的不同組合狀態(tài)，從而實現(xiàn)對 整個回路電阻值的調(diào)整確定。這樣就實現(xiàn)了不論風速高還是風速低，電熱元件組都會有有 效電流做功而廣生熱能，將風力發(fā)電機效率提聞至最大。
[0059]程序自動判斷風力發(fā)電機的實時工況，在蓄熱效率較低的情況下，將能量自動轉(zhuǎn) 給蓄電池組充電。如果此時蓄電池組已充滿電能，程序?qū)⒆詣愚D(zhuǎn)入蓄熱狀態(tài)，避免能量浪費。
[0060]光電能量優(yōu)先用于蓄電池組充電，如果蓄電池組已充滿電能，程序?qū)⒐怆娔芰孔?動轉(zhuǎn)入蓄熱工作狀態(tài)，避免能量浪費。
[0061]風力發(fā)電機發(fā)電系統(tǒng)、太陽能光電系統(tǒng)、電加熱蓄熱系統(tǒng)、蓄熱器熱能輸出、負載 配電系統(tǒng)、蓄電池組充放電系統(tǒng)、電能量分配系統(tǒng)、變阻器、風力發(fā)電機過載保護、負載電器 超載保護等，均由一套完整的系統(tǒng)狀態(tài)控制處理模型完成。
[0062]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作進一步說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0063]圖1為本發(fā)明小型風光電熱聯(lián)合能源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0064]圖2為本發(fā)明小型風光電熱聯(lián)合能源系統(tǒng)中系統(tǒng)狀態(tài)控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0065]圖3為本發(fā)明小型風光電熱聯(lián)合能源系統(tǒng)中電熱元件變阻器組中串并聯(lián)切換矩 陣與蓄熱器中電熱元件的一種具體連接示意圖；
[0066]圖4為本發(fā)明小型風光電熱聯(lián)合能源系統(tǒng)的一種具體結(jié)構(gòu)示意圖，其中，I為電熱 元件變阻器組，2為電器執(zhí)行中間控制器，3為系統(tǒng)狀態(tài)控制器，4為風光互補控制器，5為光 能采集轉(zhuǎn)換裝置，6為風能采集轉(zhuǎn)換裝置，7為蓄熱器，8為蓄熱器散熱外殼，9為蓄熱器絕熱 層，10為蓄熱器中固體的蓄熱材料，11為電熱元件組，12為蓄電池組，13為逆變器；
[0067]圖5至圖8為本發(fā)明小型風光電熱聯(lián)合能源系統(tǒng)進行能量轉(zhuǎn)換時不同工作狀態(tài)的控制流程示意圖。
【具體實施方式】
[0068]如圖1所示，本發(fā)明的小型風光電熱聯(lián)合能源系統(tǒng)包括電熱元件變阻器組1、電器執(zhí)行中間控制器2、系統(tǒng)狀態(tài)控制器3、風光互補控制器4、光能采集轉(zhuǎn)換裝置5、風能采集轉(zhuǎn)換裝置6、蓄熱器7、蓄電池12和逆變器13。
[0069]光能采集轉(zhuǎn)換裝置5和風能采集轉(zhuǎn)換裝置6的電能輸出端子分別連接到風光互補控制器4的第一受電端子和第二受電端子，風光互補控制器4的第一電能輸出端子連接蓄電池12的受電端子，蓄電池12的電能輸出端子連接逆變器13的直流輸入回路，逆變器13的交流輸出回路連接電器負載。
[0070]風光互補控制器4的第二電能輸出端子連接蓄熱器7的受電端子。
[0071]系統(tǒng)狀態(tài)控制器3的第一控制信號輸出端連接風光互補控制器4的控制信號輸入端，系統(tǒng)狀態(tài)控制器3的第二控制信號輸出端連接電器執(zhí)行中間控制器2的控制信號輸入端，電器執(zhí)行中間控制器2的控制信號輸出端連接電熱元件變阻器組I的控制信號輸入端，電熱元件變阻器組I的控制信號輸出端連接蓄熱器7的受控端子。
[0072]電熱元件變阻器組1、電器執(zhí)行中間控制器2、風光互補控制器4、蓄電池12和逆變器13，以及光能采集轉(zhuǎn)換裝置5和風能采集轉(zhuǎn)換裝置6的工作狀態(tài)參數(shù)通過相應(yīng)的傳感器進行實時采集，各傳感器的輸出回路通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)終端連接到數(shù)據(jù)通信總線上，系統(tǒng)狀態(tài)控制器3的數(shù)據(jù)輸入輸出端口與數(shù)據(jù)通信總線相連接。
[0073]電熱元件變阻器組1，用于根據(jù)驅(qū)動信號變換包含的開關(guān)矩陣連通狀態(tài)，改變與開關(guān)矩陣相連接的蓄熱器7中電熱元件的排列順序和連通數(shù)量；
[0074]電器執(zhí)行中間控制器2，用于將輸入控制信號進行編碼調(diào)制，進行電平變換形成驅(qū)動信號輸出；
[0075]系統(tǒng)狀態(tài)控制器3，用于實時接收系統(tǒng)中各設(shè)備通過數(shù)據(jù)通信總線傳輸?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)參數(shù)，與內(nèi)置的信號處理模型進行對比，根據(jù)各設(shè)備工作狀態(tài)參數(shù)的變化趨勢，生成兩路控制信號流，一路控制信號流根據(jù)蓄電池12的工作電壓參數(shù)和逆變器13輸出功率參數(shù)，控制風光互補控制器4中風能轉(zhuǎn)換電流與光能轉(zhuǎn)換電流的功率流向，另一路控制信號流根據(jù)光能采集轉(zhuǎn)換裝置5和風能采集轉(zhuǎn)換裝置6的工作參數(shù)，控制電熱元件變阻器組I中開關(guān)矩陣的狀態(tài)；
[0076]風光互補控制器4，用于連接不同的電能輸入源，根據(jù)控制信號調(diào)整輸出功率流向；
[0077]蓄熱器7，用于將輸入的電能轉(zhuǎn)換為熱能儲存；
[0078]蓄電池12，用于將輸入的電能進行儲存，并向逆變器供電；
[0079]逆變器13，用于根據(jù)電器負荷功率輸出電能。
[0080]本實施例實現(xiàn)了風能和光能的同時采集，同時轉(zhuǎn)換，同時存儲，通過在轉(zhuǎn)換過程中判斷儲能設(shè)備的工作狀態(tài)，實現(xiàn)了被轉(zhuǎn)換后的電能通過風光互補控制器根據(jù)儲能需要向不同儲能設(shè)備的實時調(diào)配，保護了儲能設(shè)備。在電能轉(zhuǎn)換為熱能存儲時，通過判斷電能轉(zhuǎn)換設(shè)備的瞬時功率，及時調(diào)整熱能轉(zhuǎn)換設(shè)備的功率部件能力，使得電能轉(zhuǎn)換設(shè)備在較大功率區(qū)間內(nèi)劇烈變化時，熱能轉(zhuǎn)換設(shè)備的負載能力都可以動態(tài)匹配。實現(xiàn)了自然資源的最大利用率，發(fā)揮了既有設(shè)備的充分效能。
[0081]如圖2所示，系統(tǒng)狀態(tài)控制器3包括數(shù)據(jù)輸入輸出端口 3a、數(shù)據(jù)處理單元3b、第一 數(shù)據(jù)存儲單元3c、第二數(shù)據(jù)存儲單元3d、第一控制數(shù)據(jù)緩存單元3e和第二控制數(shù)據(jù)緩存單 元3f。
[0082]數(shù)據(jù)輸入輸出端口 3a，通過通信總線，接收各設(shè)備實時傳輸?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)數(shù)據(jù)，發(fā)送 數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)和告警數(shù)據(jù)；
[0083]數(shù)據(jù)處理單元3b，用于接收各設(shè)備的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)根據(jù)時間，同步工作狀態(tài)數(shù)據(jù) 形成各設(shè)備工作狀態(tài)與時間相關(guān)的數(shù)據(jù)集進行存儲，讀取存儲的信號處理模型的判斷參 數(shù)，對數(shù)據(jù)集中工作狀態(tài)的變化趨勢進行判斷，形成針對相應(yīng)受控設(shè)備的控制數(shù)據(jù)和告警 數(shù)據(jù)；
[0084]第一數(shù)據(jù)存儲單元3c，用于存儲信號處理模型和相應(yīng)的判斷參數(shù)；
[0085]第二數(shù)據(jù)存儲單元3d，用于存儲相關(guān)數(shù)據(jù)集、控制數(shù)據(jù)和告警數(shù)據(jù)；
[0086]第一控制數(shù)據(jù)緩存單元3e，緩存針對風光互補控制器4的控制數(shù)據(jù)，根據(jù)后續(xù)的 控制指令進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；
[0087]第二控制數(shù)據(jù)緩存單元3f，緩存針對電器執(zhí)行中間控制器2的控制數(shù)據(jù)，進行緩 存，根據(jù)后續(xù)的控制指令進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。
[0088]本實施例中將系統(tǒng)中各設(shè)備的工作狀態(tài)信號和控制信號以獨立的傳遞方式進行 設(shè)計，滿足了系統(tǒng)在惡劣野外環(huán)境中的高可靠性和系統(tǒng)組成的靈活性。各設(shè)備的工作狀態(tài) 信號多為小量綱、高帶寬信號和數(shù)據(jù)，特點是頻繁、突發(fā)，而設(shè)備的控制信號多為大量綱、低 帶寬信號和數(shù)據(jù)，特點是持續(xù)、趨勢明顯，通過建立分離的信號傳輸結(jié)構(gòu)可以有針對性的保 證特定數(shù)據(jù)和信號傳遞的可靠性，避免能量轉(zhuǎn)換的劇烈變化使得信號發(fā)生畸變產(chǎn)生潛在危 險。同時利用兩種信號傳遞結(jié)構(gòu)，可以充分適應(yīng)系統(tǒng)中設(shè)備的升級變化，適應(yīng)系統(tǒng)性能的提 升。
[0089]如圖3所示，為一種具體的電熱元件變阻器組I中開關(guān)矩陣與蓄熱器7中電熱元 件的連接結(jié)構(gòu)，其中開關(guān)矩陣由繼電器K組成，電熱元件采用耐高溫的電阻R，若干個繼電 器K依次串聯(lián)形成串聯(lián)繼電器電路，若干個串聯(lián)繼電器電路并聯(lián)形成開關(guān)矩陣。在每個繼 電器K的兩端并聯(lián)一個或幾個電阻R，在相鄰兩個串聯(lián)繼電器間連接若干個串聯(lián)電阻R。各 繼電器K通過控制線路受電器執(zhí)行中間控制器2控制。利用繼電器形成的調(diào)節(jié)電熱元件連 接順序的開關(guān)矩陣可以有效承載大電流、高電壓的電能過載。利用可控硅對開關(guān)矩陣進行 適應(yīng)性設(shè)計，可以更好地完成實時響應(yīng)速度，減小電流波動，抑制波紋效應(yīng)的形成，避免對 高頻控制器產(chǎn)生干擾。
[0090]本實施例中的數(shù)據(jù)終端與采用的數(shù)據(jù)通信總線類型相匹配，用來完成總線上數(shù)據(jù) 的封裝、傳輸、尋址和拆封，接受總線控制器或總線通信協(xié)議的傳輸性能協(xié)調(diào)。根據(jù)光能采 集轉(zhuǎn)換裝置5和風能采集轉(zhuǎn)換裝置6的物理安裝位置，蓄熱器7和蓄電池12的容量規(guī)模， 以及系統(tǒng)中各設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)檢測類型、檢測數(shù)量和傳感器的信號輸出特征，可以選用CAN 通信總線，ZigBee傳輸網(wǎng)絡(luò)，或光纖網(wǎng)絡(luò)。
[0091]系統(tǒng)狀態(tài)控制器3采用的ARM處理器，可以對各傳感器采集的設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù) 進行實時響應(yīng)，避免了控制系統(tǒng)通用INTEL處理器對高級事件的處理，延誤對各傳感器信 號合成的底層事件的處理時效，從而保證了系統(tǒng)的可靠性。利用ARM處理器成熟的外圍接口模塊，可以快速的與各種通信總線和通信網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)相匹配，快速實現(xiàn)信號傳輸鏈路。
[0092]如圖4所不,蓄熱器7為一封閉箱體，自外向內(nèi)設(shè)置有散熱外殼8、絕熱材料層9,散熱外殼8和絕熱材料層9之間形成空氣保溫層，絕熱材料層9的腔體內(nèi)填充以氧化鎂作為主要物質(zhì)的固體蓄熱材料10，蓄熱材料10中沿水平方向平行開設(shè)有若干固定通孔，固定通孔內(nèi)壁上設(shè)置有螺紋，固定通孔內(nèi)通過螺紋固定不同阻值的電阻R。各電阻通過螺紋將引線匯聚形成分別連接各電阻兩端的第一電纜和第二電纜，第一電纜和第二電纜穿過封閉箱體上的預(yù)留密封孔連接電熱元件變阻器組I中的開關(guān)矩陣。
[0093]在絕熱材料層9外側(cè)加裝熱泵式換熱器，通過熱交換將絕熱材料層中的熱量釋放到空氣保溫層中。
[0094]如圖5至圖8所示，本系統(tǒng)一個具體的實施例中，光能采集轉(zhuǎn)換裝置采用太陽能光伏電池組組件，風能采集轉(zhuǎn)換裝置采用水平軸風力發(fā)電機組，蓄電池采用蓄電池組。
[0095]利用本系統(tǒng)進行能源轉(zhuǎn)換的控制方法，在第一種工作狀態(tài)中，太陽能光伏電池組單獨發(fā)電，通過以下步驟進行能源轉(zhuǎn)換:
[0096]slOO，太陽能光伏電池組向風光互補控制器4輸出電能，系統(tǒng)狀態(tài)控制器3控制風光互補控制器4的功率流向，將電能完全輸出至蓄電池；
[0097]SllO，系統(tǒng)狀態(tài)控制器3通過數(shù)據(jù)通信總線持續(xù)采集太陽能光伏電池組的輸出功率、蓄電池12的電壓、逆變器13的輸出功率；
[0098]sl20，系統(tǒng)狀態(tài)控制器3根據(jù)逆變器13的輸出功率和蓄電池12的電壓下降趨勢調(diào)整風光互補控制器4的功率流向；
[0099]sl30，當蓄電池12的電壓下降速率低于確定參數(shù)值，且太陽能光伏電池組的輸出功率高于確定參數(shù)值時，系統(tǒng)狀態(tài)控制器3調(diào)整風光互補控制器4的相應(yīng)功率流向至蓄熱器7。
[0100]在第二種工作狀態(tài)中，水平軸風力發(fā)電機組單獨發(fā)電，通過以下步驟進行能源轉(zhuǎn)換:
[0101]s200，水平軸風力發(fā)電機組向風光互補控制器4輸出電能，系統(tǒng)狀態(tài)控制器3控制風光互補控制器4的功率流向，將電能完全輸出至蓄熱器7 ;
[0102]s210，系統(tǒng)狀態(tài)控制器3通過數(shù)據(jù)通信總線持續(xù)采集水平軸風力發(fā)電機組的輸出功率、蓄熱器7的蓄熱溫度、蓄電池12的電壓；
[0103]s220，系統(tǒng)狀態(tài)控制器3根據(jù)蓄熱器7的蓄熱溫度和蓄電池12的電壓下降趨勢調(diào)整風光互補控制器4的功率流向；
[0104]s230,當蓄熱器7的蓄熱溫度下降速率低于確定參數(shù)值時，系統(tǒng)狀態(tài)控制器3調(diào)整風光互補控制器4的相應(yīng)功率流向至蓄電池12 ；
[0105]s240，當水平軸風力發(fā)電機組的輸出功率和蓄熱器7的蓄熱溫度高于確定參數(shù)值，且蓄電池12的電壓下降趨勢低于確定參數(shù)值時，系統(tǒng)狀態(tài)控制器3通過數(shù)據(jù)通信總線向水平軸風力發(fā)電機組告警。
[0106]在第三種工作狀態(tài)中，水平軸風力發(fā)電機組和太陽能光伏電池組聯(lián)合發(fā)電，通過以下步驟進行能源轉(zhuǎn)換:
[0107]s300，水平軸風力發(fā)電機組和太陽能光伏電池組向風光互補控制器4輸出電能，系統(tǒng)狀態(tài)控制器3控制風光互補控制器4的功率流向，將電能以70:30比例分別輸出至蓄熱器7和蓄電池12 ；
[0108]s310，系統(tǒng)狀態(tài)控制器3通過數(shù)據(jù)通信總線持續(xù)采集太陽能光伏電池組的輸出功 率、水平軸風力發(fā)電機組的輸出功率、蓄電池12的電壓、蓄熱器7的蓄熱溫度；
[0109]s320,當蓄電池12的電壓下降趨勢和蓄熱器7的蓄熱溫度上升趨勢低于相應(yīng)確定 參數(shù)值時，系統(tǒng)狀態(tài)控制器3調(diào)整風光互補控制器4的相應(yīng)功率流向，將電能的70%至90% 至蓄熱器7 ；
[0110]s330,當蓄電池12的電壓下降趨勢和蓄熱器7的蓄熱溫度上升趨勢高于相應(yīng)確定 參數(shù)值時，系統(tǒng)狀態(tài)控制器3調(diào)整風光互補控制器4的相應(yīng)功率流向，將電能的30%至50% 至蓄電池12 ；
[0111]s340，當蓄電池12的電壓和蓄熱器7的蓄熱溫度接近相應(yīng)確定參數(shù)值，并且太陽 能光伏電池組的輸出功率和水平軸風力發(fā)電機組的輸出功率趨勢繼續(xù)上升時，系統(tǒng)狀態(tài)控 制器3向太陽能光伏電池組或水平軸風力發(fā)電機組發(fā)送告警信號。
[0112]在風光互補控制器4的調(diào)整功率流向，向蓄熱器7進行輸電加熱電熱元件進行儲 熱過程中通過以下步驟進行產(chǎn)熱功率動態(tài)控制:
[0113]s400，系統(tǒng)狀態(tài)控制器3通過數(shù)據(jù)通信總線持續(xù)采集風光互補控制器4向蓄熱器 7輸出的相應(yīng)電能功率、蓄熱器7的蓄熱溫度；
[0114]s410,當電能功率趨勢持續(xù)上升，且蓄熱溫度上升趨勢低于確定參數(shù)值時，系統(tǒng)狀 態(tài)控制器3向電器執(zhí)行中間控制器2發(fā)送控制信號，電器執(zhí)行中間控制器2形成驅(qū)動信號 控制電熱元件變阻器組I中的開關(guān)矩陣改變連接順序，增加蓄熱器7中接入加熱回路的電 熱元件數(shù)量；
[0115]s420，當電能功率趨勢持續(xù)上升，且蓄熱溫度上升趨勢高于確定參數(shù)值時，系統(tǒng)狀 態(tài)控制器3向電器執(zhí)行中間控制器2發(fā)送控制信號，電器執(zhí)行中間控制器2形成驅(qū)動信號 控制電熱元件變阻器組I中的開關(guān)矩陣改變連接順序，改變蓄熱器7中接入加熱回路的電 熱元件排列方式；
[0116]s430，當電能功率趨勢持續(xù)上升，且蓄熱溫度接近確定參數(shù)值時，系統(tǒng)狀態(tài)控制器 3向電器執(zhí)行中間控制器2發(fā)送控制信號，電器執(zhí)行中間控制器2形成驅(qū)動信號控制電熱兀 件變阻器組I中的開關(guān)矩陣改變連接順序，增加蓄熱器7中接入加熱回路的電熱元件數(shù)量， 并向太陽能光伏電池組或水平軸風力發(fā)電機組發(fā)送告警信號；
[0117]s440，當電能功率趨勢持續(xù)下降，且蓄熱溫度上升趨勢低于確定參數(shù)值時，系統(tǒng)狀 態(tài)控制器3向電器執(zhí)行中間控制器2發(fā)送控制信號，電器執(zhí)行中間控制器2形成驅(qū)動信號 控制電熱元件變阻器組I中的開關(guān)矩陣改變連接順序，減少蓄熱器7中接入加熱回路的電 熱元件數(shù)量。
[0118]通過以上控制方法，可以使蓄熱器7中電熱元件的熱功率與動態(tài)分配的電能功率 相匹配，使得蓄熱器7可以工作在較寬的電能波動范圍內(nèi)。
[0119]本系統(tǒng)一個具體的實施例中，系統(tǒng)首先將電能轉(zhuǎn)換為熱能，然后與固體蓄熱器進 行熱交換，蓄熱材料采用固體氧化鎂特殊配方高溫焙燒而成。家用蓄熱器內(nèi)部蓄熱溫度 設(shè)計在750°C左右。采用特殊隔熱熱層對蓄熱器高溫蓄熱部分進行隔熱，蓄熱池溫度達到 750°C時，蓄熱器外殼溫度設(shè)計在105°C以下(我國家用電暖氣規(guī)范規(guī)定為110°C以下)，當蓄 熱池降到一定的溫度時(約300°C左右)，蓄熱器的小型軸流風扇自動開啟，強制進行熱風輸出對室內(nèi)供熱，具有良好的安全性和較高的設(shè)備熱效率。
[0120]蓄熱器配一組變阻器，它可根據(jù)風電、光電的即時電壓電流，自動調(diào)節(jié)電熱元件的相對阻值，這樣就可以在光電和風電的不論大小電壓電流，都可以通過電阻發(fā)熱原理對能源收集，進行電熱轉(zhuǎn)換蓄熱。
[0121]通過系統(tǒng)狀態(tài)控制器，在一定的電壓范圍內(nèi)，對其整流、升壓、穩(wěn)壓對蓄電池組充電。蓄電池的電能通過逆變器，將直流電轉(zhuǎn)換為220伏50赫茲交流電，為家用電器(電腦、洗衣機、電冰箱、電磁爐、電視機、電飯鍋、電烤箱、電水壺等)供電。
[0122]整個系統(tǒng)由系統(tǒng)狀態(tài)控制器控制，通過電壓、電流、蓄熱器溫度、蓄電池組存儲電量等傳感器，將信號送入控制器，由處理程序?qū)⒏鞣N指令送達控制器中的執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行。
[0123]利用系統(tǒng)狀態(tài)控制器實現(xiàn)的主要控制方法和實現(xiàn)的功能如下:
[0124]根據(jù)風電的即時電壓，給出最適合的電熱元件電阻的匹配組合，通過執(zhí)行機構(gòu)由繼電器組完成(單組、多組的串并聯(lián)，單三角形、多三角型或單Y型、多Y型等各種變換接法)其變阻功能，使其能夠保證有效工作電流，產(chǎn)生熱效能進行熱交換蓄熱；
[0125]根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)的即時狀態(tài)，通過控制器對蓄電池組進行充電，如果蓄電池組不需充電，控制程序會自動將光電能量切換至蓄熱器加熱蓄熱狀態(tài)；
[0126]程序能夠自動檢測風力發(fā)電機過載，過載時控制器將對風力發(fā)電機實施剎車保護；
[0127]程序?qū)ο到y(tǒng)各單元進行實時監(jiān)控，根據(jù)各單元工況實時分析，確定優(yōu)先權(quán)，如:蓄電池組由于大功率的電器連續(xù)使用造成缺電狀態(tài)，程序會將蓄熱自動暫停，優(yōu)先對蓄電池組進行大電流快充，待達到安全容電量時自動切換至正常工作狀態(tài)；
[0128]程序會自動判別實時電壓電流工況，使其做到最適合的能量利用分配，通過執(zhí)行機構(gòu)不斷改變和適配最佳工作狀態(tài)；
[0129]系統(tǒng)狀態(tài)控制器可以使風力發(fā)電機發(fā)揮超額定功率的三倍進行工作。風力發(fā)電機通常是按照固定的負載負荷進行運行控制的，因為有固定的負荷，所以它的電流大小是根據(jù)發(fā)電機的電壓而同步改變的。當電流超過一定的限值時，就要對風力發(fā)電機進行“剎車”，否則發(fā)電機會過流燒毀。我們通過對負載電熱元件的變阻，即便發(fā)電機在高出設(shè)計標稱額定電壓時，使其回路電流始終控制在安全值內(nèi)，這樣就可以讓發(fā)電機繼續(xù)安全運轉(zhuǎn)。電流值在額定值的狀態(tài)下，電壓值的升高，發(fā)電機的功率也隨之升高，因此功率雖然大出額定值的三倍，但是發(fā)電機始終是安全的，不會過熱燒毀。如:一臺額定3KW的三相交流風力發(fā)電機，負載為星型接法，它的額定電流一般是16—17安培左右，電壓為105伏左右，最大允許電流在25安培左右。當風速高的時候，電壓會升至200多伏，此時如果改變負載電阻，使其電流不超過25安培，它的輸出功率會達到額定值的三倍，即；
[0130]額定時:105V (線電壓)/1.732 (相電壓)X16.5AX3 (星型三組電熱)=3KW ;
[0131]變阻時:210V (線電壓)/1.732 (相電壓)X25AX3 (星型三組電熱)=9.09KW ；
[0132]由此可以看出，利用了實時變阻技術(shù)，可以將設(shè)備的效率提高至三倍。
[0133]以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種小型風光電熱聯(lián)合能源系統(tǒng)，包括光能采集轉(zhuǎn)換裝置(5)和風能采集轉(zhuǎn)換裝置(6)，其特征在于:還包括電熱元件變阻器組(I)、電器執(zhí)行中間控制器(2)、系統(tǒng)狀態(tài)控制器(3)、風光互補控制器(4)、蓄熱器(7)、蓄電池(12)和逆變器(13)； 光能采集轉(zhuǎn)換裝置(5)和風能采集轉(zhuǎn)換裝置(6)的電能輸出端子分別連接到風光互補控制器(4)的第一受電端子和第二受電端子，風光互補控制器(4)的第一電能輸出端子連接蓄電池(12)的受電端子，蓄電池(12)的電能輸出端子連接逆變器(13)的直流輸入回路，逆變器(13)的交流輸出回路連接電器負載；風光互補控制器(4)的第二電能輸出端子連接蓄熱器(7)的受電端子；系統(tǒng)狀態(tài)控制器(3)的第一控制信號輸出端連接風光互補控制器(4)的控制信號輸入端，系統(tǒng)狀態(tài)控制器(3)的第二控制信號輸出端連接電器執(zhí)行中間控制器(2)的控制信號輸入端，電器執(zhí)行中間控制器(2)的控制信號輸出端連接電熱元件變阻器組(I)的控制信號輸入端，電熱元件變阻器組(I)的控制信號輸出端連接蓄熱器(7)的受控端子； 電熱元件變阻器組(I)、電器執(zhí)行中間控制器(2)、風光互補控制器(4)、蓄電池(12)和逆變器(13)，以及光能采集轉(zhuǎn)換裝置(5)和風能采集轉(zhuǎn)換裝置(6)的工作狀態(tài)參數(shù)通過相應(yīng)的傳感器進行實時采集，各傳感器的輸出回路通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)終端連接到數(shù)據(jù)通信總線上，系統(tǒng)狀態(tài)控制器(3)的數(shù)據(jù)輸入輸出端口與數(shù)據(jù)通信總線相連接；形成系統(tǒng)中設(shè)備狀態(tài)信號采集線路、設(shè)備控制線路和電力傳輸線路相隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型風光電熱聯(lián)合能源系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)狀態(tài)控制器(3)，用于實時接收系統(tǒng)中各設(shè)備通過數(shù)據(jù)通信總線傳輸?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)參數(shù)，與內(nèi)置的信號處理模型進行對比，根據(jù)各設(shè)備工作狀態(tài)參數(shù)的變化趨勢，生成兩路控制信號流，一路控制信號流根據(jù)蓄電池(12)的工作電壓參數(shù)和逆變器(13)輸出功率參數(shù)，控制風光互補控制器 (4)中風能轉(zhuǎn)換電流與光能轉(zhuǎn)換電流的功率流向，另一路控制信號流根據(jù)光能采集轉(zhuǎn)換裝置(5)和風能采集轉(zhuǎn)換裝置(6)的工作參數(shù)，控制電熱元件變阻器組(I)中開關(guān)矩陣的狀態(tài)； 所述電器執(zhí)行中間控制器(2)，用于將輸入控制信號進行編碼調(diào)制，進行電平變換形成驅(qū)動信號輸出； 風光互補控制器(4)，用于連接不同的電能輸入源，根據(jù)控制信號調(diào)整輸出功率流向； 蓄熱器(7)，用于將輸入的電能轉(zhuǎn)換為熱能儲存； 蓄電池(12 )，用于將輸入的電能進行儲存，并向逆變器供電； 逆變器(13)，用于根據(jù)電器負荷功率輸出電能。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的小型風光電熱聯(lián)合能源系統(tǒng)，其特征在于:所述電熱元件變阻器組(I)中包括開關(guān)矩陣與蓄熱器(7)中電熱元件連接，其中開關(guān)矩陣由繼電器K組成，電熱元件采用耐高溫的電阻R，若干個繼電器K依次串聯(lián)形成串聯(lián)繼電器電路，若干個串聯(lián)繼電器電路并聯(lián)形成繼電器開關(guān)矩陣，在每個繼電器K的兩端并聯(lián)一個或幾個電阻R，在相鄰兩個串聯(lián)繼電器間連接若干個串聯(lián)電阻R，各繼電器K通過控制線路受電器執(zhí)行中間控制器(2)控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的小型風光電熱聯(lián)合能源系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)狀態(tài)控制器(3)包括數(shù)據(jù)輸入輸出端口(3a)、數(shù)據(jù)處理單元(3b)、第一數(shù)據(jù)存儲單元(3c)、第二數(shù)據(jù)存儲單元(3d)、第一控制數(shù)據(jù)緩存單元(3e)和第二控制數(shù)據(jù)緩存單元(3f)；數(shù)據(jù)輸入輸出端口(3a)，通過通信總線，接收各設(shè)備實時傳輸?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)和告警數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理單元(3b)，用于接收各設(shè)備的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)根據(jù)時間，同步工作狀態(tài)數(shù)據(jù)形成各設(shè)備工作狀態(tài)與時間相關(guān)的數(shù)據(jù)集進行存儲，讀取存儲的信號處理模型的判斷參數(shù)， 對數(shù)據(jù)集中工作狀態(tài)的變化趨勢進行判斷，形成針對相應(yīng)受控設(shè)備的控制數(shù)據(jù)和告警數(shù)據(jù)；第一數(shù)據(jù)存儲單元(3c)，用于存儲信號處理模型和相應(yīng)的判斷參數(shù)；第二數(shù)據(jù)存儲單元(3d)，用于存儲相關(guān)數(shù)據(jù)集、控制數(shù)據(jù)和告警數(shù)據(jù)；第一控制數(shù)據(jù)緩存單元(3e)，緩存針對風光互補控制器(4)的控制數(shù)據(jù)，根據(jù)后續(xù)的控制指令進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；第二控制數(shù)據(jù)緩存單元(3f)，緩存針對電器執(zhí)行中間控制器(2)的控制數(shù)據(jù)，進行緩存，根據(jù)后續(xù)的控制指令進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的小型風光電熱聯(lián)合能源系統(tǒng)，其特征在于:所述蓄熱器(7) 為一封閉箱體，自外向內(nèi)設(shè)置有散熱外殼(8 )、絕熱材料層(9 ),散熱外殼(8 )和絕熱材料層 (9 )之間形成空氣保溫層，絕熱材料層(9 )的腔體內(nèi)填充固體蓄熱材料(10 )，蓄熱材料(10 ) 中沿水平方向平行開設(shè)有若干固定通孔，固定通孔內(nèi)壁上設(shè)置有螺紋，固定通孔內(nèi)通過螺紋固定不同阻值的電阻R ;各電阻通過螺紋將引線匯聚形成分別連接各電阻兩端的第一電纜和第二電纜，第一電纜和第二電纜穿過封閉箱體上的預(yù)留密封孔連接電熱元件變阻器組(I)中的開關(guān)矩陣，在絕熱 材料層(9)外側(cè)加裝熱泵式換熱器，通過熱交換將絕熱材料層中的熱量釋放到空氣保溫層中。
6.利用權(quán)利要求1至5任一所述小型風光電熱聯(lián)合能源系統(tǒng)進行能源轉(zhuǎn)換的控制方法，包括以下步驟:太陽能光伏電池組單獨發(fā)電；slOO,太陽能光伏電池組向風光互補控制器(4)輸出電能,系統(tǒng)狀態(tài)控制器(3)控制風光互補控制器(4)的功率流向，將電能完全輸出至蓄電池；sllO，系統(tǒng)狀態(tài)控制器(3)通過數(shù)據(jù)通信總線持續(xù)采集太陽能光伏電池組的輸出功率、 蓄電池(12)的電壓、逆變器(13)的輸出功率；sl20，系統(tǒng)狀態(tài)控制器(3)根據(jù)逆變器(13)的輸出功率和蓄電池(12)的電壓下降趨勢調(diào)整風光互補控制器(4)的功率流向；sl30，當蓄電池(12)的電壓下降速率低于確定參數(shù)值，且太陽能光伏電池組的輸出功率高于確定參數(shù)值時，系統(tǒng)狀態(tài)控制器(3)調(diào)整風光互補控制器(4)的相應(yīng)功率流向至蓄熱器(7)。
7.如權(quán)利要求6所述進行能源轉(zhuǎn)換的控制方法，包括以下步驟:水平軸風力發(fā)電機組單獨發(fā)電；s200，水平軸風力發(fā)電機組向風光互補控制器(4)輸出電能，系統(tǒng)狀態(tài)控制器(3)控制風光互補控制器(4)的功率流向，將電能完全輸出至蓄熱器(7)；s210，系統(tǒng)狀態(tài)控制器(3)通過數(shù)據(jù)通信總線持續(xù)采集水平軸風力發(fā)電機組的輸出功率、蓄熱器(7)的蓄熱溫度、蓄電池(12)的電壓；s220，系統(tǒng)狀態(tài)控制器(3)根據(jù)蓄熱器(7)的蓄熱溫度和蓄電池(12)的電壓下降趨勢調(diào)整風光互補控制器(4)的功率流向； s230，當蓄熱器(7)的蓄熱溫度下降速率低于確定參數(shù)值時，系統(tǒng)狀態(tài)控制器(3)調(diào)整風光互補控制器(4)的相應(yīng)功率流向至蓄電池(12)； s240，當水平軸風力發(fā)電機組的輸出功率和蓄熱器(7)的蓄熱溫度高于確定參數(shù)值，且蓄電池(12 )的電壓下降趨勢低于確定參數(shù)值時，系統(tǒng)狀態(tài)控制器(3 )通過數(shù)據(jù)通信總線向水平軸風力發(fā)電機組告警。
8.如權(quán)利要求7所述進行能源轉(zhuǎn)換的控制方法，包括以下步驟: 水平軸風力發(fā)電機組和太陽能光伏電池組聯(lián)合發(fā)電； s300,水平軸風力發(fā)電機組和太陽能光伏電池組向風光互補控制器(4)輸出電能,系統(tǒng)狀態(tài)控制器(3)控制風光互補控制器(4)的功率流向，將電能以70:30比例分別輸出至蓄熱器(7)和蓄電池(12)； s310，系統(tǒng)狀態(tài)控制器(3)通過數(shù)據(jù)通信總線持續(xù)采集太陽能光伏電池組的輸出功率、水平軸風力發(fā)電機組的輸出功率、蓄電池(12)的電壓、蓄熱器(7)的蓄熱溫度； s320，當蓄電池(12)的電壓下降趨勢和蓄熱器(7)的蓄熱溫度上升趨勢低于相應(yīng)確定參數(shù)值時，系統(tǒng)狀態(tài)控制器(3)調(diào)整風光互補控制器(4)的相應(yīng)功率流向，將電能的70%至90%至蓄熱器(7); s330，當蓄電池(12)的電壓下降趨勢和蓄熱器(7)的蓄熱溫度上升趨勢高于相應(yīng)確定參數(shù)值時，系統(tǒng)狀態(tài)控制器(3)調(diào)整風光互補控制器(4)的相應(yīng)功率流向，將電能的30%至50%至蓄電池(12)； s340，當蓄電池(12)的電壓和蓄熱器(7)的蓄熱溫度接近相應(yīng)確定參數(shù)值，并且太陽能光伏電池組的輸出功率和水平軸風力發(fā)電機組的輸出功率趨勢繼續(xù)上升時，系統(tǒng)狀態(tài)控制器(3)向太陽能光伏電池組或水平軸風力發(fā)電機組發(fā)送告警信號。
9.如權(quán)利要求6至8任一所述進行能源轉(zhuǎn)換的控制方法，包括以下步驟: s400，系統(tǒng)狀態(tài)控制器(3)通過數(shù)據(jù)通信總線持續(xù)采集風光互補控制器(4)向蓄熱器(7)輸出的相應(yīng)電能功率、蓄熱器(7)的蓄熱溫度； s410,當電能功率趨勢持續(xù)上升，且蓄熱溫度上升趨勢低于確定參數(shù)值時，系統(tǒng)狀態(tài)控制器(3)向電器執(zhí)行中間控制器(2)發(fā)送控制信號，電器執(zhí)行中間控制器(2)形成驅(qū)動信號控制電熱元件變阻器組(I)中的開關(guān)矩陣改變連接順序，增加蓄熱器(7)中接入加熱回路的電熱元件數(shù)量； s420,當電能功率趨勢持續(xù)上升，且蓄熱溫度上升趨勢高于確定參數(shù)值時，系統(tǒng)狀態(tài)控制器(3)向電器執(zhí)行中間控制器(2)發(fā)送控制信號，電器執(zhí)行中間控制器(2)形成驅(qū)動信號控制電熱元件變阻器組(I)中的開關(guān)矩陣改變連接順序，改變蓄熱器(7)中接入加熱回路的電熱元件排列方式； s430，當電能功率趨勢持續(xù)上升，且蓄熱溫度接近確定參數(shù)值時，系統(tǒng)狀態(tài)控制器(3)向電器執(zhí)行中間控制器(2)發(fā)送控制信號，電器執(zhí)行中間控制器(2)形成驅(qū)動信號控制電熱元件變阻器組(I)中的開關(guān)矩陣改變連接順序，增加蓄熱器(7)中接入加熱回路的電熱元件數(shù)量，并向太陽能光伏電池組或水平軸風力發(fā)電機組發(fā)送告警信號； s440，當電能功率趨勢持續(xù)下降，且蓄熱溫度上升趨勢低于確定參數(shù)值時，系統(tǒng)狀態(tài)控制器(3)向電器執(zhí)行中間控制器(2)發(fā)送控制信號，電器執(zhí)行中間控制器(2)形成驅(qū)動信號控制電熱元件變阻器 組(I)中的開關(guān)矩陣改變連接順序，減少蓄熱器(7)中接入加熱回路的電熱元件數(shù)量。
【文檔編號】H02J7/35GK103595116SQ201310597559
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】蘇力新 申請人:煙臺卓越新能源科技有限公司