一种风光互补加热系统及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种风光互补加热系统及其控制方法，该系统包括：输入输出模块，用于接收用户的输入指示，并将用户的输入指示发送至控制模块；控制模块，用于接收输入输出模块传送的用户的输入指示，通过传感器对热水箱内的水温和水量进行检测，并监测能源模块的状态，根据检测结果对能源模块进行控制；能源模块，至少包括太阳能集热子系统、风力发电子系统以及电网，以在控制模块的控制下选择将各子系统接入该加热系统,本发明对于所处环境中的清洁能源进行了充分的利用，同时引入储能装置对系统中风力发电机组产生的过剩电能进行消纳，更好地避免了能源的浪费。
【专利说明】
一种风光互补加热系统及其控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及涉及风力发电技术和太阳能集热技术领域，特别是涉及一种风光互补加热系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]随着太阳能技术的迅速发展，目前一般居民家里使用的热水系统都是太阳能热水系统，但是这种太阳能热水系统只能在天气晴朗阳光充足的时候为系统提供加热热水，其他大部分时间用户需要使用热水时一般都是把热水器接入电网直接加热，造成电力资源的浪费，无法实现节能减排的目的。
【发明内容】
[0003]为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种风光互补加热系统及其控制方法，其充分考虑到了环境中各种不同的情况，对于所处环境中的清洁能源进行了充分的利用，同时引入储能装置对系统中风力发电机组产生的过剩电能进行消纳，更好地避免了能源的浪费，实现了既经济又环保的目的。
[0004]为达上述及其它目的，本发明提出一种风光互补加热系统，包括:
[0005]输入输出模块，用于接收用户的输入指示，并将用户的输入指示发送至控制模块；
[0006]控制模块，用于接收输入输出模块传送的用户的输入指示，通过传感器对热水箱内的水温和水量进行检测，并监测能源模块的状态，根据检测结果对能源模块进行控制；
[0007]能源模块，至少包括太阳能集热子系统、风力发电子系统以及电网，以在控制模块的控制下选择将各子系统接入该加热系统。
[0008]进一步地，该控制模块包括:
[0009]接收单元，用于接收所述输入输出模块传送的用户指令；
[0010]监测单元通过传感器对加热系统热水箱内的水温和水量进行检测，并实时监测所述能源t旲块的运彳丁状态；
[0011]动作及反馈单元，根据能源模块中各子系统的状态变化和接收到的用户指令，发出相应的控制指令。
[0012]进一步地，若所述能源模块的风力发电子系统或太阳能集热子系统处于工作状态，则将该风力发电子系统或太阳能集热子系统接入该加热系统，若该风力发电子系统与太阳能集热子系统都不处于工作状态，则将该电网接入加热系统。
[0013]进一步地，若监测到现场环境出现故障或接收到用户输入的使系统停止运行的指令时，该动作及反馈单元发出控制指令使系统停止运行。
[0014]进一步地，该能源模块还包括储能系统，该储能系统包括储能电池，以用于在该风力发电子系统或太阳能集热子系统产生多余电能时存入该储能电池。
[0015]进一步地，若该风力发电子系统与太阳能集热子系统都不处于工作状态，控制模块先控制将该储能系统接入，在储能系统电量不足时，再控制将该电网接入。
[0016]为达到上述目的，本发明还提供一种风光互补加热系统的控制方法，包括如下步骤:
[0017]步骤一，接收用户的输入指示；
[0018]步骤二，利用传感器对热水箱的水温及水量进行检测，并监控能源模块的状体，根据检测结果向能源模块发出控制指令；
[0019]步骤三，能源模块根据控制指令将对应的子系统接入，以对加热系统进行供电。
[0020]进一步地，于步骤三中，当监测到能源模块的风力发电子系统或太阳能集热子系统处于工作状态，则将风力发电子系统或太阳能集热子系统接入，当监测到能源模块的风力发电子系统或太阳能集热子系统不处于工作状态时，则将电网接入加热系统。
[0021]进一步地，当监测到能源模块的风力发电子系统或太阳能集热子系统不处于工作状态时，先将储能系统接入该加热系统，当监测到储能系统电量不足时，将该电网接入加热系统。
[0022]进一步地，若监测到现场环境出现故障或接收到用户输入的使系统停止运行的指令时，则由控制模块发出控制指令使系统停止运行。
[0023]与现有技术相比，本发明一种风光互补加热系统及其控制方法充分考虑到了环境中各种不同的情况，对于所处环境中的清洁能源进行了充分的利用，同时引入储能装置对系统中风力发电机组与太阳能产生的过剩电能进行消纳，更好地避免能源的浪费，达到了既经济又环保的目的。
【附图说明】
[0024]图1为本发明一种风光互补加热系统的系统架构图；
[0025]图2为本发明较佳实施例中控制模块的结构示意图；
[0026]图3为本发明较佳实施例中风光互补加热系统的系统架构图
[0027]图4为本发明一种风光互补加热系统的控制方法的步骤流程图。
【具体实施方式】
[0028]以下通过特定的具体实例并结合【附图说明】本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
[0029]图1为本发明一种风光互补加热系统的系统架构图。如图1所不，本发明一种风光互补加热系统，包括:输入输出t旲块10、控制_旲块20以及能源_旲块30。
[0030]其中，输入输出模块10，用于接收用户的输入指示，并将用户的输入指示发送至控制模块20。在本发明中，用户的输入指示可为用户对加热最高水温的设定和对热水器加热水量的设定等。
[0031]控制模块20，用于接收输入输出模块10传送的用户的输入指示，通过传感器对热水箱内的水温和水量进行检测，并监测能源模块30的状态，根据检测结果对能源模块30进行控制，即，监测能源模块30中太阳能集热系统与风力发电系统接入系统的状态，并根据用户的输入指示和检测结果对能源模块30发出控制指令，例如，当检测获得热水箱内的水温低于用户设定的加热水温时，监测得知当前风力发电子系统处于工作状态，当前则发出控制指令至能源模块30使能源模块30的风力发电子系统接入加热系统进行供电以对其进行加热。
[0032]能源模块30包括太阳能集热子系统301、风力发电子系统302、储能系统303以及电网304，太阳能集热子系统301用于将太阳能转换为电能，以在控制模块20的控制下接入加热系统，同时将多余的电能输送给储能系统303中的储能电池进行储存，风力发电子系统302，用于将风能转化为电能，以在控制模块20的控制下接入加热系统，并将多余的电能输送至储能系统303中的储能电池进行储存;储能系统303用于对太阳能集热子系统301和风力发电子系统302转化的电能进行储存；电网304，以于储能电池中电量不足或在控制模块20的控制下接入为加热系统供电。具体地说，由于风能和太阳能与当时天气条件有很大的关系，因此能源模块30中各个子系统的运行状态也要根据实际情况决定，一般来说，当天气晴朗阳光充足且风力条件也良好的时候，太阳能集热系统301和风力发电子系统302同时工作，当光照条件充足但无风时，太阳能集热系统301工作，切除风力发电子系统302，如果此时用户需要尽快使用热水器，那么把热水系统可以接入电网S4;当光照条件差且无风时，那么太阳能集热子系统301和风力发电子系统302都不工作，控制模块20控制热水系统直接接入电网304，另外，当能源模块30中风力发电子系统302中产生的电能过剩时，风机发出的电能可以输送给储能系统303中的储能电池进行储存，在太阳能集热子系统301和风力发电子系统302都停止工作后，储能系统303中的储能电池优先为加热系统提供电能，直到储能电池中电量不足时切换到电网304。
[0033]图2为本发明较佳实施例中控制模块的结构示意图。其中，控制模块进一步包括接收单元201、监测单元202以及动作及反馈单元203，其中，接收单元201用于接收输入输出模块10传送的用户指令;监测单元202通过传感器对加热系统热水箱内的水温和水量进行检测，并实时监测能源模块30的运行状态，即监测能源模块30中太阳能加热子系统301和风力发电子系统302接入系统的状态;动作及反馈单兀203根据能源模块30中各子系统的状态变化和接收到的用户指令，发出相应的指令。例如，如果监测单元202发现系统出现异常情况，可能对系统带来严重的损坏，动作及反馈单元203则发出控制指令自动切除所有运行中的设备停机等待检修，同时如果现场环境发生突发状况需要立即使该系统中设备切除停止运行，当用户通过输入输出模块输入使系统停止运行的指令时，控制模块20根据接收到的用户指令，则发出指令使系统停止运行。
[0034]图3为本发明较佳实施例中风光互补加热系统的系统架构图。在本发明具体实施例中，该加热系统分成三个子系统，每个子系统之间都有着直接或间接的联系，这三个子系统之间的互相协调运作保证了加热系统的正常运作。
[0035]其中，操作界面U为输入输出模块10，其作为人机交互界面，包括输入模块U1、显示模块U2以及保护模块U3，用户可以通过操作界面U上的显示模块U2来了解加热系统现在处于什么状态，显示模块U2可以显示本系统现在系统的供电模式(风电、太阳能和电网)、显示实时热水器内水温与水量和系统工作状态(正常状态、故障状态和停机状态)等等，在操作界面U上的输入模块Ul中人们可以对于自己当前的需求进行选择定义，比如加热最高水温设定和热水器加热水量设定，输入模块Ul将用户输入的指令传递给控制系统C。
[0036]控制系统C即控制模块20，作为联通操作界面U和能源系统S的枢纽在系统运行时起着重要作用，控制系统C接收到用户通过操作界面U发出的信号，同时控制系统C中的监测模块Cl通过传感器对热水箱内的水温和水量进行检测，并且监测能源系统S中太阳能加热子系统SI和风力发电子系统S2接入系统的状态，然后根据所有数据情况反馈模块C2发出相应指令，让系统根据用户需求的目标进行运作。
[0037]能源系统S即能源模块30，是系统中最主要的部分，它为系统运行提供充足的能源支持。根据控制系统C中动作模块C2发出的指令，能源系统S中的各个供能子系统工作给用户提供能源，由于风能和太阳能与当时天气条件有很大的关系，因此能源系统S中各个子系统的运行状态也要根据实际情况决定。一般来说，当天气晴朗阳光充足且风力条件也良好的时候，太阳能集热系统SI和风力发电系统S2同时工作；当光照条件充足但无风时，太阳能集热系统SI工作，切除风力发电系统S2，如果此时用户需要尽快使用热水器，那么把热水系统可以接入电网S4;当光照条件差且无风时，那么太阳能集热系统SI和风力发电系统S2都不工作，热水系统直接接入电网S4。另外，当能源系统S中风力发电系统S2中产生的电能过剩时，风机发出的电能可以输送给储能系统S3中的储能电池进行储存。在太阳能集热系统SI和风力发电系统S2都停止工作后，储能系统S3中的储能电池优先为加热系统提供电能，直到储能电池中电量不足时切换到电网S4。
[0038]控制系统C中的监测模块Cl实时收集能源系统S的运行状态信息，根据能源系统S中各个子系统的状态变化和操作界面U输入指令的信息，控制系统C中反馈模块C3会对系统的不同状态发出相应的指令。同时，如果检测模块Cl发现系统出现异常情况，可能对系统带来严重的损坏，系统自动切除所有运行中的设备停机等待检修，同时如果现场环境发生突发状况需要立即使该系统中设备切除停止运行，用户在操作界面U上直接操作保护模块U3让系统停止运行，进而避免不必要的损失。
[0039]可见，本发明中的风光互补加热系统结合了当前发展较为成熟的风电和太阳能技术，同时也采用了储能技术的运用，在一定程度上节约了化石能源的使用，减轻了对环境的污染，为共建美丽和谐的环境提供了一种新方式。
[0040]图4为本发明一种风光互补加热系统的控制方法的步骤流程图。如图4所示，本发明一种风光互补加热系统的控制方法，包括如下步骤:
[0041]步骤401，接收用户的输入指示，在本发明中，用户的输入指示可为用户通过输入输出模块对加热最高水温的设定以及对热水器加热水量的设定等。
[0042]步骤402，利用传感器对热水箱的水温及水量进行检测，并监控能源模块的状体，向能源模块发出控制指令。具体地说，监测能源模块中太阳能集热系统与风力发电系统接入系统的状态，并根据用户的输入指示和检测结果对能源模块发出控制指令。
[0043]步骤403，能源模块根据控制指令将对应的子系统接入，以对加热系统进行供电。具体地说，当监测到能源模块的风力发电子系统或太阳能集热子系统处于工作状态，则优先将风力发电子系统或太阳能集热子系统接入，其中风力发电子系统利用发出的电能直接对冷水进行加热;而太阳能集热系统则是通入冷水利用集热器加热之后将热水送入到热水储存装置内，而在风力发电子系统与太阳能集热子系统都不处于工作状态或提供的电能不足时，将储能系统接入，即利用储能电池中存储的电量给加热系统供电，在储能系统的电量不足时切换到电网，以将加热系统接入市电，当控制模块接收到用户的输入指令为切换至电网供电时，则控制将电网接入。也就是说，能源模块中各个子系统的运行状态是根据实际情况决定的，一般来说，当天气晴朗阳光充足且风力条件也良好的时候，太阳能集热子系统和风力发电系统子系统同时工作，当光照条件充足但无风时，太阳能集热子系统处于工作状态，切除风力发电子系统，如果此时用户需要尽快使用热水器，那么通过输入指令，则控制模块将热水系统接入电网，当光照条件差且无风时，那么太阳能集热子系统和风力发电子系统都不工作，控制模块控制热水系统直接接入电网，另外，当能源模块中风力发电子系统与太阳能集热子系统中产生的电能过剩时，风机和太阳能集热子系统发出的电能可以输送给储能系统中的储能电池进行储存，在太阳能集热子系统和风力发电子系统都停止工作后，由储能系统中的储能电池优先为加热系统提供电能，直到储能电池中电量不足时切换到电网。
[0044]综上所述，本发明一种风光互补加热系统及其控制方法充分考虑到了环境中各种不同的情况，对于所处环境中的清洁能源进行了充分的利用，同时引入储能装置对系统中风力发电机组与太阳能产生的过剩电能进行消纳，更好地避免能源的浪费，达到了既经济又环保的目的。
[0045]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
【主权项】
1.一种风光互补加热系统，包括: 输入输出模块，用于接收用户的输入指示，并将用户的输入指示发送至控制模块； 控制模块，用于接收输入输出模块传送的用户的输入指示，通过传感器对热水箱内的水温和水量进行检测，并监测能源模块的状态，根据检测结果对能源模块进行控制； 能源模块，至少包括太阳能集热子系统、风力发电子系统以及电网，以在控制模块的控制下选择将各子系统接入该加热系统。2.如权利要求1所述的一种风光互补加热系统，其特征在于，该控制模块包括: 接收单元，用于接收所述输入输出模块传送的用户指令； 监测单元通过传感器对加热系统热水箱内的水温和水量进行检测，并实时监测所述能源模块的运行状态； 动作及反馈单元，根据能源模块中各子系统的状态变化和接收到的用户指令，发出相应的控制指令。3.如权利要求2所述的一种风光互补加热系统，其特征在于:若所述能源模块的风力发电子系统或太阳能集热子系统处于工作状态，则将该风力发电子系统或太阳能集热子系统接入该加热系统，若该风力发电子系统与太阳能集热子系统都不处于工作状态，则将该电网接入加热系统。4.如权利要求3所述的一种风光互补加热系统，其特征在于:若监测到现场环境出现故障或接收到用户输入的使系统停止运行的指令时，该动作及反馈单元发出控制指令使系统停止运行。5.如权利要求3所述的一种风光互补加热系统，其特征在于:该能源模块还包括储能系统，该储能系统包括储能电池，以用于在该风力发电子系统或太阳能集热子系统产生多余电能时存入该储能电池。6.如权利要求5所述的一种风光互补加热系统，其特征在于:若该风力发电子系统与太阳能集热子系统都不处于工作状态，控制模块先控制将该储能系统接入，在储能系统电量不足时，再控制将该电网接入。7.一种风光互补加热系统的控制方法，包括如下步骤: 步骤一，接收用户的输入指示； 步骤二，利用传感器对热水箱的水温及水量进行检测，并监控能源模块的状态，根据检测结果向能源模块发出控制指令； 步骤三，能源模块根据控制指令将对应的子系统接入，以对加热系统进行供电。8.如权利要求7所述的一种风光互补加热系统的控制方法，其特征在于:于步骤三中，当监测到能源模块的风力发电子系统或太阳能集热子系统处于工作状态，则将风力发电子系统或太阳能集热子系统接入，当监测到能源模块的风力发电子系统或太阳能集热子系统不处于工作状态时，则将电网接入加热系统。9.如权利要求8所述的一种风光互补加热系统的控制方法，其特征在于:当监测到能源模块的风力发电子系统或太阳能集热子系统不处于工作状态时，先将储能系统接入该加热系统，当监测到储能系统电量不足时，将该电网接入加热系统。10.如权利要求8所述的一种风光互补加热系统的控制方法，其特征在于:若监测到现场环境出现故障或接收到用户输入的使系统停止运行的指令时，则由控制模块发出控制指 令使系统停止运行。
【文档编号】H02J9/06GK105910305SQ201610238080
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】孟畅, 刘天羽, 朱俊
【申请人】上海电机学院