公共区域用电节能及终端智能控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种公共区域用电节能及终端智能控制系统，要解决的技术问题是调节区域终端负载和终端电网的电压，平衡用电负荷。本实用新型设有顺序连接的自然能源接收转换装置、充电控制器、电池储能系统、智能控制装置和逆变装置，终端监控服务器控制自然能源接收转换装置、充电控制器、智能控制装置和逆变装置工作。本实用新型与现有技术相比，将自然能源电能储存于电池储能系统中，在区域用电或电网负荷需要调整时，将储存于电池储能系统中的电能输入至区域的终端负载和终端电网以平衡电压，电池储能系统采用铁镍新型高性能储能电池，环保、高效、耐久适用，管理简单，具有安全紧凑、造价低的特点，在区域用电中实现用电节能和智能控制。
【专利说明】公共区域用电节能及终端智能控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用电节能控制系统，特别是一种利用自然能源进行区域用电节能及用电调节的控制系统。
【背景技术】
[0002]近年来，我国各地在推进城乡一体化进程的同时，能源成本及电价攀升在一定程度上制约着各地经济的发展。为实现可持续发展目标，强化保护环境、节能减排、建设资源节约型社会已成为各级政府的共识。为解决大气污染、臭氧层破坏、温室效应、地球变暖的环境问题和促进不发达地区的发展，有效利用自然能源如光能、风能、潮夕能和地热能，将其储存并用于调节区域的终端负载和终端电网电压，日益受到人们的重视并获得了相应的发展，但现有技术缺乏利用自然能源控制区域终端负载和终端电网电压的调节控制系统，不仅不能很好利用自然能源，将获得的自然能源直接并网后还不利于调节并平衡电网的负荷。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是提供一种公共区域用电节能及终端智能控制系统，要解决的技术问题是调节区域终端负载和终端电网的电压，平衡用电负荷。
[0004]本实用新型采用以下技术方案:一种公共区域用电节能及终端智能控制系统，设有顺序连接的自然能源接收转换装置、充电控制器、电池储能系统、智能控制装置和逆变装置，终端监控服务器控制自然能源接收转换装置、充电控制器、智能控制装置和逆变装置工作。
[0005]本实用新型的逆变装置连接变频负载和终端电网。
[0006]本实用新型的终端监控服务器接收变频负载和终端电网电压的信号。
[0007]本实用新型的逆变装置连接终端负载和变频负载。
[0008]本实用新型的终端监控服务器接收终端负载输入电压的信号。
[0009]本实用新型的终端监控服务器采用可编程逻辑控制器经串行通信接口 RS485与中文界面的控制系统或个人电脑联网。
[0010]本实用新型的自然能源接收转换装置连接有公共区域用电器，电池储能系统连接有夜间照明灯。
[0011]本实用新型的自然能源是光能、风能、潮夕能和地热能。
[0012]本实用新型的电池储能系统铁镍蓄电池串联和/或并联组成。
[0013]本实用新型的逆变装置为两台以上时，并联连接。
[0014]本实用新型与现有技术相比，将自然能源电能储存于电池储能系统中，在区域用电或电网负荷需要调整时，将储存于电池储能系统中的电能输入至区域的终端负载和终端电网以平衡电压，电池储能系统采用铁镍新型高性能储能电池，环保、高效、耐久适用，管理简单，具有安全紧凑、造价低的特点，在区域用电中实现用电节能和智能控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型实施例1的系统框图。
[0016]图2是本实用新型实施例2的系统框图。
[0017]图3是本实用新型实施例2的终端负荷智能控制示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0019]如图1所示，本实用新型的公共区域用电节能及终端智能控制系统(系统)，在实施例I中，设有顺序连接的自然能源接收转换装置ZN、充电控制器CN、电池储能系统DN、智能控制装置KN和逆变装置JN，逆变装置JN连接变频负载和终端电网BN。终端监控服务器PN接收变频负载和终端电网BN电压的信号。终端监控服务器PN控制自然能源接收转换装置ZN、充电控制器CN、智能控制装置KN和逆变装置JN工作。终端监控服务器PN采用可编程逻辑控制器PLC经串行通信接口 RS485与中文界面的控制系统或个人电脑PC联网，构成监控系统实现人机对话控制。
[0020]自然能源如光能、风能、潮夕能和地热能，经自然能源接收转换装置ZN转换成直流电能，直流电能经充电控制器CN充入电池储能系统DN存储。电池储能系统DN输出的直流电能经智能控制装置KN输出至逆变装置JN逆变，最终输入至变频负载和终端电网BN，用于平衡区域电网和/或变频负载。充电控制器CN为终端监控服务器PN供电。
[0021 ] 终端监控服务器PN监控自然能源接收转换装置ZN、充电控制器CN、智能控制装置KN,当ZN、CN和KN中任一装置的电路出现异常，PN分别控制切断ZN、CN和KN电源，ZN、CN和KN同时也具备自动断电功能。
[0022]实施例1中，自然能源接收转换装置ZN采用苏州阿特斯阳光电力科技有限公司的型号为CS5A-175、180、185、190和/或195M的太阳能电池片及相应电池组件。充电控制器CN采用广东易事特电源股份有限公司的GSC-F2448系列MPPT型太阳能光电控制器，该太阳能光电控制器适合于家庭太阳能系统、太阳能直流路灯系统、太阳能电站系统或太阳能直流供电系统。电池储能系统DN采用四川健能电源科技有限公司的TN70?TN1200型袋式铁镍蓄电池。智能控制装置KN采用现有技术的交流接触器，根据输出电流确定具体规格。逆变装置JN采用广东易事特电源股份有限公司的EAKTF-PV型光伏并网逆变器。变频负载采用丹佛斯(天津)有限公司的VLT2800变频器，实现控制风机、空调和/或可变频调节电机负载的节能运行；终端电网BN是公共用电区域中供电线路末端构成的电网，在供电线路压降较大时，末端电压相对较低，导致用电器不能正常工作，本实施例中，BN是指应该予以补偿电压的公共区域供电末端的线路构成的部分电网。终端监控服务器PN采用现有技术的可编程逻辑控制器PLC，根据监测的终端电网负载各点电位(需要调整电网电压的点)在PLC输入端增设功能扩展模块，以适应多点电位输入所需。PLC经通信接口 RS485连接PC，实现人机联网智能控制。
[0023]ZN采集自然能源如光能转换成电能后，用电池储能系统DN存储，终端监控服务器PN提取变频负载和终端电网BN输入的电压信号，与预置在其中的区域电网设定电压比较后发出指令，分别控制KN调压、JN变频调速，调节BN电网负载，实现利用自然能源并智能控制调节区域电网电压，达到节能的目的。
[0024]如图2所示，本实用新型的系统，在实施例2中，设有顺序连接的自然能源接收转换装置ZN、充电控制器CN、电池储能系统DN、智能控制装置KN和逆变装置JN。自然能源接收转换装置ZN连接有公共区域用电器。逆变装置JN连接终端负载和变频负载。终端监控服务器PN接收终端负载输入电压的信号。电池储能系统DN连接有夜间照明灯。终端监控服务器PN采用PLC，经串行通信接口 RS485连接PC，实现人机界面控制，发出指令控制智能控制装置KN，调节终端负载电压。
[0025]自然能源经自然能源接收转换装置ZN转换为电能，一部分通过充电控制器CN对电池储能系统DN充电储存电能，另一部分电能可用于公共区域的直流照明器件用电。电池储能系统DN中的电能一方面可用于夜间照明，另一方面经智能控制装置KN控制逆变装置JN逆变后用于变频节能负载和终端负载。
[0026]实施例2中，自然能源接收转换装置ZN采用苏州阿特斯阳光电力科技有限公司的型号为CS5A-175、180、185、190和/或195M的太阳能电池片及相应电池组件。公共区域用电器为发光二极管LED的路灯、庭院灯、草坪灯和室内外灯。充电控制器CN采用广东易事特电源股份有限公司的GSC-F2448系列MPPT型太阳能光电控制器。电池储能系统DN采用四川健能电源科技有限公司的TN70?TN1200型袋式铁镍蓄电池。智能控制装置KN采用现有技术的交流接触器，根据输出电流确定具体规格。逆变装置JN采用广东易事特电源股份有限公司的EAKTF-PV型光伏并网逆变器。变频负载采用丹佛斯(天津)有限公司的VLT2800变频器，实现控制风机、空调和/或可变频调节电机负载的节能运行。终端负载为功率大于30KW的大型负荷，如大型中央空调、大功率用电器、大型设备和焊接设备。终端监控服务器PN采用现有技术的可编程逻辑控制器PLC，根据监测的终端电网负载各点电位(需要调整电网电压的点)在PLC输入端增设功能扩展模块，以适应多点电位输入所需。PLC经通信接口 RS485连接PC，实现人机联网智能控制。夜间照明灯为LED灯。
[0027]终端监控服务器PN对终端负载的电压进行调整，其工作过程为:PN接收线路末端终端负载多点的电压信号，“多点”的数量根据需要补偿线路末端电压的连接在线路末端的终端负载的数量来确定，考虑在用电高峰时段连接有终端负载的电网电压降低较为普遍，在电压降低后明显影响终端负载正常工作的终端负载输入端安装电压检测装置，比如上润精密仪器有限公司的WP-LE系列智能电流/电压仪表或WP-101电流/电压变送转换模块，电压检测装置将获得的该线路末端的电压输入PN，PN将该电压与预置的电压进行比较，低于终端负载正常工作电压，一般考虑在终端负载的电网电压低于额定电压的15%则电池储能系统DN输出电池能量补偿电网电压，从经济和实用角度考虑，工频单相交流电电网电压低于190伏，可考虑予以补偿。因为选择的补偿点电位越多，补偿的电能越多，相应的DN的储能铁镍蓄电池、逆变装置容量和智能控制装置越多，造价会越高。由电压检测装置检测到的电压，与预置在终端监控服务器PN中的终端负载的设定电压比较后，终端监控服务器PN发出指令，控制KN工作，JN变频，调节终端负载电压，实现利用自然能源和智能控制调节终端负载电压，达到节能和稳定电压的目的。
[0028]所述设定电压是按电网允许内压差变化分为电压等级，电压等级根据区域电网调节精度要求设置。可考虑终端电网电压每下降5%设定为一个等级。通过终端监控服务器PN将电压检测装置检测到的终端负载电压与PN设定电压比较，终端负载电压低于电网额定电压时，PN发出指令接通智能控制装置KN和逆变装置JN。接通智能控制装置KN和逆变装置JN后，终端负载电压彡电网额定电压的5%时，PN将发出指令断开智能控制装置KN和逆变装置JN。实现终端负载电网区域智能控制。
[0029]如图3所示，终端负载反馈到PN的电压，PN将该电压与PN内预置的设定电压进行比较，当应补偿终端负载的电压时，终端监控服务器PN输出数字电压信号至KN的高灵敏继电器G，G的常开触头Gix变为常闭，接通智能控制装置KN的接触器N的电磁线圈，使N工作。N的常开触头Nix变为常闭，电池储能系统DN储存的电能被送往逆变装置JN的逆变控制接触器的常开触头J1X。与此同时，逆变控制接触器的另一路常开触头N2x经延滞后接通并启动逆变控制器接触器J。J的常开触头Jix变为常闭，电池储能系统DN存储的电能被送往逆变装置JN，经逆变后的同相位、同频率三相交流电被送往终端负载，用以平衡负载电压。在系统中，逆变装置JN为多台如2台或多于2台时，并联连接，调节终端负载的多个用电大型负荷给区域电网带来的压降的影响。
[0030]本实用新型有以下6种工作模式:
[0031]1、储能模式，在储能模式下，电池储能系统DN存储电能。
[0032]电池储能系统DN用高性能的铁镍蓄电池串联和/或并联组成。选择的电池数量和规格以及串联和/或并联方式根据系统回路输出的电压而定。应急输出的电能如电梯类负载，应大于该电梯电机额定功率。进而测算确定该回路电池的连接方式和规格数量。
[0033]系统输出的多个回路补偿电能，考虑的因素有三方面:一是掌握终端大型负荷工作时的端电压变化数据和规律；二是满足N个终端电压降的补偿电能回路；三是满足相关条件的多个回路电池规格数量及串并联方式。三方面因素需要针对不同区域状况采集信息通过计算确定。
[0034]2、充电控制模式，在充电控制模式下，充电控制器CN向电池储能系统DN充电。
[0035]充电控制器采用先进的低功耗、高性能微控和“MPPT+S0C”双重智能控制方法，具有多种电压等级识别功能。充电控制器保护功能完善，在向电池储能系统DN充电的同时，具备给或不给直流负载提供电能的功能。
[0036]充电控制器采用带温度补偿的恒流、恒压、浮充相结合的三段式充电方式。当电池储能系统DN出现过放电时，可自动进行维护充电。
[0037]充电控制器可直观显示太阳能电池、铁镍蓄电池和系统状况。
[0038]3、逆变模式，在逆变模式下，逆变装置JN将电池储能系统DN的电能转换为交流电，输出至变频负载和/或终端负载。
[0039]逆变装置JN适于宽直流输入电压范围，最大功率点跟踪>99.5%。具备完善的保护功能:过压保护、短路保护、孤岛保护、过热保护、过载保护。
[0040]逆变装置JN设有人机界面对话装置，液晶显示，操作人员可自由设定各种参数。为适应本系统工作，可实现多台逆变装置并联组合运行。
[0041]4、智能控制模式，在智能控制模式下，终端监控服务器PN将实时采集的终端负载或终端电网电压与预置电压进行比较，根据区域终端负载或终端电网电压的变化，发出补偿指令，控制智能控制装置KN输出电池储能系统DN电能，经逆变装置JN输出至终端负载或终端电网，以调节电压。终端监控服务器PN可采用增加PLC功能扩展模块，适应多个终端负载或终端电网所需。逆变装置JN可与多个终端负载或终端电网连接，必要时，并联多台逆变装置JN组合运行。
[0042]5、区域用电节能模式，在区域用电节能模式下，系统获取自然能源，缓解用电，提供终端监控服务，将多余电能储存，作为公共区域应急电源，也可将电能输入公共区域电网，对电网进行补偿。
[0043]公共区域中部分采用直流供电，可减少线路阻抗压降。同时，用电采用LED智能开关模块，内置LED灯具功能调整模块，节能明显。特别适合公共区域小区、庭院、路灯、物业用电照明等。
[0044]区域中采用调频方式运行的负载，均可考虑采用变频节能运行方式，使该部分负载实现用电节能。
[0045]区域的终端负载采用智能控制调压，减少用电损耗和提高了设备运行效率，同样实现终端负载用电节能。
[0046]6、停电模式，在停电模式下，在系统的任一部分模式发生异常状况，终端监控服务器均使系统进入停机模式。也可人为设置或手动控制使系统进入停机模式。
【权利要求】
1.一种公共区域用电节能及终端智能控制系统，其特征在于:所述公共区域用电节能及终端智能控制系统设有顺序连接的自然能源接收转换装置(ZN)、充电控制器(CN)、电池储能系统(DN)、智能控制装置(KN)和逆变装置(JN)，终端监控服务器(PN)控制自然能源接收转换装置(ZN)、充电控制器(CN)、智能控制装置(KN)和逆变装置(JN)工作。
2.根据权利要求1所述的公共区域用电节能及终端智能控制系统，其特征在于:所述逆变装置(JN)连接变频负载和终端电网(BN)。
3.根据权利要求2所述的公共区域用电节能及终端智能控制系统，其特征在于:所述终端监控服务器(PN)接收变频负载和终端电网(BN)电压的信号。
4.根据权利要求1所述的公共区域用电节能及终端智能控制系统，其特征在于:所述逆变装置(JN)连接终端负载和变频负载。
5.根据权利要求4所述的公共区域用电节能及终端智能控制系统，其特征在于:所述终端监控服务器(PN)接收终端负载输入电压的信号。
6.根据权利要求1所述的公共区域用电节能及终端智能控制系统，其特征在于:所述终端监控服务器(PN)采用可编程逻辑控制器(PLC)经串行通信接口 RS485与中文界面的控制系统或个人电脑(PC)联网。
7.根据权利要求1所述的公共区域用电节能及终端智能控制系统，其特征在于:所述自然能源接收转换装置(ZN)连接有公共区域用电器，电池储能系统(DN)连接有夜间照明灯。
8.根据权利要求1所述的公共区域用电节能及终端智能控制系统，其特征在于:所述自然能源是光能、风能、潮夕能和地热能。
9.根据权利要求1所述的公共区域用电节能及终端智能控制系统，其特征在于:所述电池储能系统(DN)铁镍蓄电池串联和/或并联组成。
10.根据权利要求1所述的公共区域用电节能及终端智能控制系统，其特征在于:所述逆变装置(JN)为两台以上时，并联连接。
【文档编号】H02J3/32GK204103500SQ201420083600
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2014年2月26日
【发明者】杜世本, 陈进明, 杜勉, 陈健, 陶明大, 谈德川 申请人:四川健能电源科技有限公司