一种离网型风光储综合测控装置的制作方法

本实用新型属于新能源发电技术领域，尤其涉及一种离网型风光储综合测控装置。

背景技术：

现在已有相关的新能源发电技术的应用，但不是测试相关新能源发电的参数和性能指标，不能实现风力发电机、光伏阵列、铅蓄电池和负载四部分的随机组合测试，不能相对准确的模拟各种自然环境，更不能实现实时检测和控制整个发电系统。

技术实现要素：

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种离网型风光储综合测控装置，旨在解决现有技术无法测试相关新能源发电的参数和性能指标，不能实现风力发电机、光伏阵列、铅蓄电池和负载四部分的随机组合测试，不能相对准确的模拟各种自然环境，更不能实现实时检测和控制整个发电系统的问题。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种离网型风光储综合测控装置，该离网型风光储综合测控装置包括：

模拟各种自然环境下的吹风条件，将风能转化为电能输出，并检测风力发电参数及风速的风力发电检测及输出模块；

模拟各种自然环境下的光照条件，将光能转化为电能输出，并检测光伏发电参数及光照强度的光伏发电检测及输出模块；

用于检测蓄电池的工作参数，接受风力发电检测及输出模块及光伏发电检测及输出模块输出的电能，同时为负载供电，实现蓄电池充放电平衡的蓄电池检测及充放电模块；

与所述风力发电检测及输出模块、光伏发电检测及输出模块、蓄电池检测及充放电模块相连接，用于接收所述风力发电检测及输出模块、光伏发电检测及输出模块、蓄电池检测及充放电模块输出电能的负载输出模块；

与所述风力发电检测及输出模块、光伏发电检测及输出模块、蓄电池检测及充放电模块相连接，用于通过风力发电参数及风速、光伏发电参数及光照强度、铅蓄电池的工作参数、负载的接入状况的检测，控制所述风力发电检测及输出模块、光伏发电检测及输出模块、蓄电池检测及充放电模块、负载输出模块的切入、切出操作的检测及控制模块；

与所述检测及控制模块相连接，用于作为人机接口的工具，以数据和曲线的形式将所述检测及控制模块检测的参数数据实时显示，并输出控制指令的上位机模块。

本实用新型还可以采用如下技术措施：

进一步，所述风力发电检测及输出模块包括：

用于将风能转化为电能输出的风力发电机；

用于对所述风力发电机风轮的转速进行调整的调速模块；

与所述风力发电机相连接，用于检测风力发电参数、风源风速、风源与风力发电机角度、风源与风力发电机距离的第一检测模块；

与所述风力发电机、检测及控制模块相连接，用于所述控制风力发电机电能输出的第一开关模块；

与所述第一开关模块相连接，用于对所述风力发电机输出的电能执行卸荷操作的第一卸荷模块；

与所述第一开关模块相连接，用于对所述风力发电机输出的电能进行滤波及稳压处理的第一滤波及稳压模块；

所述光伏发电检测及输出模块进一步包括：

用于将光能转化为电能输出的光伏阵列；

用于对所述光伏阵列的光照进行调整的调光模块；

与所述光伏阵列相连接，用于检测光伏发电参数、光源功率、光源与光伏阵列照射角、光源与光伏阵列距离的第二检测模块；

与所述光伏阵列、检测及控制模块相连接，用于所述控制光伏阵列电能输出的第二开关模块；

与所述第二开关模块相连接，用于对所述光伏阵列输出的电能执行卸荷操作的第二卸荷模块；

与所述第二开关模块相连接，用于对所述光伏阵列输出的电能进行滤波及稳压处理的第二滤波及稳压模块；

所述蓄电池检测及充放电模块进一步包括：

铅蓄电池；

与所述第一滤波及稳压模块、第二滤波及稳压模块、铅蓄电池、检测及控制模块相连接，通过判断铅蓄电池的电量确定对铅蓄电池的充电方式，实现恒流充电和恒压充电的自动切换的充电模块；

与所述铅蓄电池相连接，用于对所述铅蓄电池的工作参数及电量进行检测的第三检测模块。

进一步，所述风力发电检测及输出模块采用鼓风机提供风源，鼓风机采用380V的2000W异步电动机，所述调速模块采用380V的三相调压器，第一检测模块采用嵌入式单片机测量风力发电机的风轮的转速，再根据空气动力学公式，从而测得鼓风机相应的风速。

进一步，所述光伏发电检测及输出模块采用200W白炽灯提供光源，所述调光模块采用220V的交流调压器，交流调压器采用晶闸管通过调节导通角来调节输出电压，进而调节光照强度，所述第二检测模块采用型号为BH1750的光照强度传感器实现。

进一步，所述检测及控制模块包括：

用于检测风力发电参数及风速、光伏发电参数及光照强度、铅蓄电池的工作参数、负载接入状况的检测电路；

与所述检测电路相连接，用于通过风力发电参数及风速、光伏发电参数及光照强度、铅蓄电池的工作参数、负载接入状况的检测，控制风力发电机、光伏阵列、铅蓄电池及负载的切入、切出，实现铅蓄电池平衡充电的控制电路。

进一步，所述检测电路由电压跟随器、运算放大器、采样电阻、集成芯片INA282、基础元件以及单片机STM32构成，电压跟随器用于防止对测量电压的干扰，采样电阻将电流的变化转变为电压的变化以及用来分压，运算放大器用于将采集的信号放大，集成芯片INA282用来检测采集信号的电压值，采用单片机STM32的AD转换器，就可采集到信号的电压值，并通过转换关系得到相应的具体参数值，通过硬件IIC，读取光照强度传感器的数据，通过定时器和外部中断计算风速，再通过ZigBee无线通信模块，将参数传回到上位机模块显示。

进一步，所述控制电路由自锁开关、继电器、集成芯片ULN2003、单片机STM32以及基础元件组成，自锁开关用于实现系统各组成部分的手动控制，为维护人员提供安全方便的特殊情况处理通道，继电器用于实现系统的自动控制，可切出或切入系统的各组成部分，集成芯片ULN2003用来实现控制信号和外围电路的隔离以及为继电器的动作提供驱动电流，在人为控制模式时，单片机STM32用来接收上位机模块发送的指令，并按照相应指令发出控制信号使相应的继电器动作，在自动控制模式时，单片机STM32根据采集回来的参数做出相应的判断，给每个继电器发出相应的动作指令。

进一步，所述负载输出模块由开关电源芯片LM2576及基础元件组成，用于实现不同电压等级的转换和功率的交换，为负载提供一个稳定可靠的电压源。

进一步，该离网型风光储综合测控装置有两种模式，一种为人工控制模式，一种为自动控制模式；在人工控制模式下，可通过上位机模块人为的实现风能、光能、铅蓄电池和负载输出模块的任意组合，从而模拟各种真实的自然环境下各种组合的发电参数和性能指标，并清晰的显示在上位机模块上；在自动控制模式下，检测及控制模块通过光伏阵列和风力发电机的发电参数以及铅蓄电池的电量和负载输出模块的接入与否判断光伏阵列、风力发电机、负载输出模块以及铅蓄电池的切入或是切出，并通过判断铅蓄电池的电量确定对铅蓄电池的充电方式，实现恒流充电和恒压充电的自动切换，以保护铅蓄电池。

本实用新型具有的优点和积极效果是：本实用新型实施例提供的离网型风光储综合测控装置，可实时测试和控制的发电系统中各个部分的具体参数和性能指标，通过改变风速和风向、光照强度和光照方向模拟各种自然环境，并通过对风力发电机、光伏阵列、铅蓄电池和负载输出模块的各种组合，模拟各种新能源发电系统在各种自然环境条件下的发电参数和性能指标，并将各个发电参数和相关数据以数据和曲线的形式实时显示在上位机模块上，可供高校教学、科研实验及为大型风力或光伏发电厂提供可靠的技术参数等工程应用，提高了新能源发电的发电效率，节约了资源。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的离网型风光储综合测控装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的光伏发电检测及输出模块中调光模块的电路原理图；

图3是本实用新型实施例提供的风力发电检测及输出模块中调速模块的电路原理图；

图中：1、风力发电检测及输出模块；11、风力发电机；12、调速模块；13、第一检测模块；14、第一开关模块；15、第一卸荷模块；16、第一滤波及稳压模块；2、光伏发电检测及输出模块；21、光伏阵列；22、调光模块；23、第二检测模块；24、第二开关模块；25、第二卸荷模块；26、第二滤波及稳压模块；3、蓄电池检测及充放电模块；31、铅蓄电池；32、充电模块；33、第三检测模块；4、负载输出模块；5、检测及控制模块；51、检测电路；52、控制电路；6、上位机模块。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的

技术实现要素：
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：本实用新型所用到的模块或单元都属于已知模块或单元，在购买模块或单元时，已经安装有软件。本实用新型不存在软件或方法的创新。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

图1示出了本实用新型实施例提供的离网型风光储综合测控装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

该离网型风光储综合测控装置包括：

模拟各种自然环境下的吹风条件，将风能转化为电能输出，并检测风力发电参数及风速的风力发电检测及输出模块1；

模拟各种自然环境下的光照条件，将光能转化为电能输出，并检测光伏发电参数及光照强度的光伏发电检测及输出模块2；

用于检测蓄电池的工作参数，接受风力发电检测及输出模块1及光伏发电检测及输出模块2输出的电能，同时为负载供电，实现蓄电池充放电平衡的蓄电池检测及充放电模块3；

与风力发电检测及输出模块1、光伏发电检测及输出模块2、蓄电池检测及充放电模块3相连接，用于接收风力发电检测及输出模块1、光伏发电检测及输出模块2、蓄电池检测及充放电模块3输出电能的负载输出模块4；

与风力发电检测及输出模块1、光伏发电检测及输出模块2、蓄电池检测及充放电模块3相连接，用于通过风力发电参数及风速、光伏发电参数及光照强度、铅蓄电池31的工作参数、负载的接入状况的检测，控制风力发电检测及输出模块1、光伏发电检测及输出模块2、蓄电池检测及充放电模块3、负载输出模块4的切入、切出操作的检测及控制模块5；

与检测及控制模块5相连接，用于作为人机接口的工具，以数据和曲线的形式将检测及控制模块5检测的参数数据实时显示，并输出控制指令的上位机模块6。

本实用新型还可以采用如下技术措施：

进一步，风力发电检测及输出模块1包括：

用于将风能转化为电能输出的风力发电机11；

用于对风力发电机11风轮的转速进行调整的调速模块12；

与风力发电机11相连接，用于检测风力发电参数、风源风速、风源与风力发电机11角度、风源与风力发电机11距离的第一检测模块13；

与风力发电机11、检测及控制模块5相连接，用于控制风力发电机11电能输出的第一开关模块14；

与第一开关模块14相连接，用于对风力发电机11输出的电能执行卸荷操作的第一卸荷模块15；

与第一开关模块14相连接，用于对风力发电机11输出的电能进行滤波及稳压处理的第一滤波及稳压模块16；

光伏发电检测及输出模块2进一步包括：

用于将光能转化为电能输出的光伏阵列21；

用于对光伏阵列21的光照进行调整的调光模块22；

与光伏阵列21相连接，用于检测光伏发电参数、光源功率、光源与光伏阵列21照射角、光源与光伏阵列21距离的第二检测模块23；

与光伏阵列21、检测及控制模块5相连接，用于控制光伏阵列21电能输出的第二开关模块24；

与第二开关模块24相连接，用于对光伏阵列21输出的电能执行卸荷操作的第二卸荷模块25；

与第二开关模块24相连接，用于对光伏阵列21输出的电能进行滤波及稳压处理的第二滤波及稳压模块26；

蓄电池检测及充放电模块3进一步包括：

铅蓄电池31；

与第一滤波及稳压模块16、第二滤波及稳压模块26、铅蓄电池31、检测及控制模块5相连接，通过判断铅蓄电池31的电量确定对铅蓄电池31的充电方式，实现恒流充电和恒压充电的自动切换的充电模块32。

与铅蓄电池31相连接，用于对铅蓄电池31的工作参数及电量进行检测的第三检测模块33。

进一步，风力发电检测及输出模块1采用鼓风机提供风源，鼓风机采用380V的2000W异步电动机，图3为调速模块12的电路原理图；调速模块12采用380V的三相调压器，第一检测模块13采用嵌入式单片机测量风力发电机11的风轮的转速，再根据空气动力学公式，从而测得鼓风机相应的风速。

进一步，光伏发电检测及输出模块2采用200W白炽灯提供光源，调光模块22采用220V的交流调压器，交流调压器采用晶闸管通过调节导通角来调节输出电压，进而调节光照强度，图2为本实用新型实施例提供的调光模块22的电路原理图，第二检测模块23采用型号为BH1750的光照强度传感器实现。

进一步，检测及控制模块5包括：

用于检测风力发电参数及风速、光伏发电参数及光照强度、铅蓄电池31的工作参数、负载接入状况的检测电路51；

与检测电路51相连接，用于通过风力发电参数及风速、光伏发电参数及光照强度、铅蓄电池31的工作参数、负载接入状况的检测，控制风力发电机11、光伏阵列21、铅蓄电池31及负载的切入、切出，实现铅蓄电池31平衡充电的控制电路52。

进一步，检测电路51由电压跟随器、运算放大器、采样电阻、集成芯片INA282、基础元件以及单片机STM32构成，电压跟随器用于防止对测量电压的干扰，采样电阻将电流的变化转变为电压的变化以及用来分压，运算放大器用于将采集的信号放大，集成芯片INA282用来检测采集信号的电压值，采用单片机STM32的AD转换器，就可采集到信号的电压值，并通过转换关系得到相应的具体参数值，通过硬件IIC，读取光照强度传感器的数据，通过定时器和外部中断计算风速，再通过ZigBee无线通信模块，将参数传回到上位机模块6显示。

进一步，控制电路52由自锁开关、继电器、集成芯片ULN2003、单片机STM32以及基础元件组成，自锁开关用于实现系统各组成部分的手动控制，为维护人员提供安全方便的特殊情况处理通道，继电器用于实现系统的自动控制，可切出或切入系统的各组成部分，集成芯片ULN2003用来实现控制信号和外围电路的隔离以及为继电器的动作提供驱动电流，在人为控制模式时，单片机STM32用来接收上位机模块6发送的指令，并按照相应指令发出控制信号使相应的继电器动作，在自动控制模式时，单片机STM32根据采集回来的参数做出相应的判断，给每个继电器发出相应的动作指令。

进一步，负载输出模块4由开关电源芯片LM2576及基础元件组成，用于实现不同电压等级的转换和功率的交换，为负载提供一个稳定可靠的电压源。

该离网型风光储综合测控装置由以下各部分组成，以及完成相应的功能：鼓风机，用来模拟自然条件下的风；调速模块12，用来实现鼓风机的调速，从而实现对风速的调节，模拟自然条件下的各种风速；第一检测模块13，用来实现对实时风速的相对准确检测，可方便直观的知道当前风速的大小；风力发电机11，利用鼓风机吹出的风来发电，实现将风能转换为电能，可通过测试其发电参数确定该风速下的对应发电参数以及绘制成曲线；光源，提供光照，模拟自然条件下的光照；调光模块22，实现对光照强度的调节，模拟自然条件下的各种光照条件；第二检测模块23，实现对当前光照强度的检测，可方便直观的知道当前的光照强度；光伏阵列21，利用光源发出来的光来发电，实现将太阳能转换为电能，可通过测试其发电参数确定该光照强度下的对应发电参数以及绘制成曲线；检测电路51，检测风力发电机11的发电参数（电流、电压、功率）、光伏阵列21的发电参数（电流、电压、功率）、铅蓄电池31的相关参数（充电电流、放电电流、电压）以及光照强度和风速的大小；控制电路52，控制风力发电机11、光伏阵列21、铅蓄电池31以及负载输出模块4的切入或切出，实现对铅蓄电池31的充电控制，可实现平衡充电（恒流充电和恒压充电自动切换）；检测电路51和控制电路52完成与上位机模块6的通信，向上位机模块6发送检测电路51所检测的各个数据以及接受上位机模块6发出的指令，完成指令的功能；上位机模块6，作为人机接口的工具，实时显示检测到的每个参数，实现对系统各部分的控制；负载输出模块4，实现电压的转换和功率的交换，向负载提供可靠的电能；铅蓄电池31，可储存电能，因为自然环境是不稳定的，发出的电能也是不稳定的，所以利用铅蓄电池31可实现削峰填谷的作用，提高供电的可靠性和系统的抗干扰能力，同时充电模块32与地三检测模块相连接，用于对铅蓄电池31进行充放电管理，

该离网型风光储综合测控装置由以下连接关系组成：风力发电检测及输出模块1通过调速模块12实现对鼓风机的调速，从而实现对风速的调节，在通过第一检测模块13实现对风速的检测，以模拟自然条件下的各种风速，在吹动风力发电机11发电，在经过检测电路51实现对风力发电机11发电参数的检测以及风速的检测，通过判断铅蓄电池31的电量和负载的接入与否，确定风力发电机11发出来的电是给铅蓄电池31充电还是直接给负载输出模块4的负载供电，或是都向负载输出模块4的负载供电或向负载输出模块4的负载供电的同时也给铅蓄电池31充电；通过调光模块22实现对光源的调节，从而调节光照强度，模拟自然条件下的各种光照天气，在经过光照检测可以检测出当前的光照强度，在通过光伏阵列21把光能转换成电能，在经过检测电路51实现对光伏阵列21的发电参数的检测以及光照强度的检测，通过判断铅蓄电池31的电量和负载的接入与否确定光伏阵列21发出来的电是给铅蓄电池31充电还是给负载供电，或都向负载供电或向负载供电的同时也给铅蓄电池31充电；通过检测电路51实现对各部分参数的检测，并将检测的数据发送给上位机模块6，由上位机模块6显示检测到的数据，也可通过上位机模块6发送指令，通过控制电路52实现对各部分的控制。

该离网型风光储综合测控装置可通过改变风速和风向模拟各种自然环境下的吹风条件，通过改变光源的方向和光照强度模拟各种自然条件下的光照条件，在实时的检测相应的发电参数和相关的数据，并显示在上位机模块6上，绘制成各种变量条件下的曲线，可方便直观的展示出来。

该离网型风光储综合测控装置有两种模式，一种为人工控制模式，一种为自动控制模式。在人工控制模式下，可以通过上位机模块6人为的实现风能、光能、铅蓄电池31和负载输出模块4的任意组合，从而模拟各种真实的自然环境下各种组合的发电参数和性能指标，并清晰的显示在上位机模块6上；在自动控制模式下，检测及控制模块5通过光伏阵列21和风力发电机11的发电参数以及铅蓄电池31的电量和负载输出模块4的接入与否判断光伏阵列21、风力发电机11、负载输出模块4以及铅蓄电池31的切入或是切出，并通过判断铅蓄电池31的电量确定对铅蓄电池31的充电方式，实现恒流充电和恒压充电的自动切换，以保护铅蓄电池31。

本实用新型实施例提供的离网型风光储综合测控装置，可实时测试和控制的发电系统中各个部分的具体参数和性能指标，通过改变风速和风向、光照强度和光照方向模拟各种自然环境，并通过对风力发电机11、光伏阵列21、铅蓄电池31和负载输出模块4的各种组合，模拟各种新能源发电系统在各种自然环境条件下的发电参数和性能指标，并将各个发电参数和相关数据以数据和曲线的形式实时显示在上位机模块6上，可供高校教学、科研实验及为大型风力或光伏发电厂提供可靠的技术参数等工程应用，提高了新能源发电的发电效率，节约了资源。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。