СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ, КОНТРОЛЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ НА БАЗЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к агрегатам резервного или бесперебойного питания сетей переменного или постоянного тока, преимущественно работающих от нестабильных источников электропитания, в частности, ветроэнергетической установки.
Известен источник вторичного питания [Патент RU 2234182 МПК H02J 3/28], содержащий импульсный высокочастотный преобразователь с индуктивно-емкостным фильтром и широтно-импульсным модулятором, аккумуляторную батарею, полупроводниковые ключи, датчик состояния питающей сети, зарядное устройство, выполненное в виде DC-DC-преобразователя.
Недостатками данного изобретения являются жесткость системы, выражающаяся в невозможности изменения поведения системы без модернизации аппаратной части, невозможность подзарядки батарей от ветроэнергетической установки при слабых порывах ветра, а так же необходимость использования отдельных технических средств для измерения напряжений и управление полупроводниковыми ключами с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ).
Прототипом предлагаемого решения является устройство преобразования напряжения ветроэнергетической установки [Патент RU 66621 МПК H02J 3/28, 2006.01], содержащее аккумуляторную батарею, микроконтроллер, балластную нагрузку, ключи.
Недостатком этой системы являются невозможность одновременной зарядки аккумуляторных батарей и питания потребителей, а также отсутствие функций удаленного управления системой и автоматизированного сбора статистики.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является расширение функциональных возможностей системы, т.е. увеличения КПД работы системы в связи с реализацией одновременной зарядки аккумуляторных батарей и питания потребителей без принципиального усложнения аппаратной части и создания системы удаленного мониторинга и управления параметрами системы.
Сущность полезной модели заключается в том, что в системе автоматического преобразования, контроля и распределения энергии ветроэнергетической установки на базе микроконтроллера, включающей три ключа, причем выход первого ключа связан с входом аккумуляторной батареи, выход второго ключа связан с входом балластной нагрузки, а так же связанный с ними микроконтроллер, дополнительно содержится сетевой модуль, связанный двухсторонней связью с микроконтроллером и ЭВМ, причем выход третьего ключа связан с внешней нагрузкой, а между собой полупроводниковые ключи соединены параллельно.
Устройство представлено на фиг. 1 - блок-схема системы автоматического преобразования, контроля и распределения энергии ветроэнергетической установки, где:
1, 2 и 3 - полупроводниковые ключи, 4 - аккумуляторная батарея, 5 - балластная нагрузка, 6 - внешняя нагрузка, 7 - микроконтроллер, 8 - сетевой модуль.
акб
вн
вг
К выходу ветроэнергетической установки параллельно подключено три полупроводниковых ключа (1, 2, 3), выход полупроводникового ключа 1 подключен ко входу аккумуляторной батареи 4, выход полупроводникового ключа 2 подключен ко входу балластной нагрузки 5, выход полупроводникового ключа 3 подключен ко входу внешней нагрузки 6. Ко входам микроконтроллера 7 для измерения напряжений подключен выход с аккумуляторной батареи 4 (U), выход с внешней нагрузка 6 (U), выход ветрогенератора (U). К выходам микроконтроллера 7 подключены входы полупроводниковых ключей 1, 2, 3 для возможности открытия полупроводниковых ключей на необходимый уровень посредством ШИМ. Так же с помощью микроконтроллера 7 реализована двусторонняя связь с сетевым модулем 8 по протоколу UART для передачи получаемых значений напряжений и приема команд управления с ЭВМ.
вг
вг
акб
вг
хх
Система работает следующим образом: выпрямленное напряжение (фиг 1.) с ветроэнергетической установки (U) через ключ 1 подается на аккумуляторную батарею 4, через ключ 2 осуществляется подключение балластной нагрузки 5, через ключ 3 происходит коммутация внешней нагрузки 6. Микроконтроллер 7, в свою очередь, измеряет напряжение U, напряжение аккумуляторной батареи (U) и напряжение внешней нагрузки (UBH), обрабатывает текущие параметры системы и отправляет значения через сетевой модуль 8 в ЭВМ. В случае, если ветроэнергетическая установка выдает недостаточное для отбора мощности напряжение (U<U), микроконтроллер 7 с помощью ключей 1, 2 и 3 отключает аккумуляторную батарею 4, балластную нагрузку 5 и внешнюю нагрузку 6 соответственно от ветроэнергетической установки, позволяя ей раскрутиться на холостом ходу.
вг
пор
вг
pнс
При превышении U порогового напряжения (U) микроконтроллер 7, регулируя с помощью ШИМ степень открытия ключа 2 в диапазоне от 10 до 30%, подключает балластную нагрузку 5. Работа системы в режиме холостого хода до достижения значения U, равного рабочему напряжению системы (U), позволяет значительно уменьшить шанс падения напряжения на шине питания и соответственно цикличного включения-отключения потребителей в момент подключения внешней нагрузки 6.
вг
рнс
В случае, если U достигает значения, равного U, микроконтроллер 7 подключает внешнюю нагрузку 6 регулируя посредством ШИМ уровень открытия ключа 3, что позволяет реализовать работу внешней нагрузки 6 во всем диапазоне выдаваемых ветроэнергетической установкой напряжений.
вг
акб
вг
акб
пз)
Процесс зарядки аккумуляторных батарей 4, благодаря наличию в системе ключа 1, происходит параллельно питанию внешней нагрузки 6. Микроконтроллер 7 сравнивает U и U случае, если значение Uпревышает значения U на величину порогового напряжения заряда (U, подключает с помощью ключа 1 аккумуляторные батареи 4. В ином случае заряд аккумуляторных батарей 4 не происходит.
вг
макс
При превышении U максимально возможного напряжения работы системы U, микроконтроллер 7 с помощью открытия ключа 2 подключает балластную нагрузку 5 для избегания выхода из строя устройств внешней нагрузки 6 и аккумуляторных батарей 4.
Все измеренные величины микроконтроллер 7 обрабатывает и сохраняет в регистры общего назначения для отправки в сетевой модуль 8.
Технический результат использования полезной модели заключается в том, что система позволяет реализовать одновременное питание внешней нагрузки и заряд аккумуляторных батарей, что в свою очередь увеличивает КПД используемой установки, а так же возможность удаленного мониторинга параметров ветроэнергетической установки.