一种城镇公共设施供电管理系统.pdf

本发明涉及一种城镇公共设施供电管理系统，包括光伏电池、风力发电机和储能装置，光伏电池、风力发电机分别为储能装置充电；还包括现场电站控制柜，储能装置设置在现场电站控制柜内，现场电站控制柜内还设置有与储能装置输出相连的逆变系统和控制管理系统；逆变系统的输出与城镇公共设施的电源输入端以及公共电网相连；在逆变系统的输出与公共电网相连处设置有控制开关；控制管理系统与逆变系统和控制开关的控制端相连。本发明的城镇公共设施供电及管理系统由于采用了统一收集光伏电池和风力发电机所产生的绿色能源保存到储能装置中，然后在控制管理系统的控制下，通过逆变系统产生与市电兼容的电压为城镇公共设施供电。

权利要求书1.  一种城镇公共设施供电管理系统，包括光伏电池、风力发电机和储能装置，所述的光伏电池、风力发电机分别为所述的储能装置充电；其特征在于：还包括现场电站控制柜，所述的储能装置设置在所述的现场电站控制柜内，所述的现场电站控制柜内还设置有与储能装置输出相连的逆变系统和控制管理系统；所述的逆变系统的输出与城镇公共设施的电源输入端以及公共电网相连；在所述的逆变系统的输出与公共电网相连处设置有控制开关；所述的控制管理系统与所述的逆变系统和控制开关的控制端相连。2.  根据权利要求1所述的城镇公共设施供电管理系统，其特征在于：在所述的城镇公共设施的电源输入端上还设置有变电装置，所述的变电装置源端分别与所述的逆变系统的输出和公共电网相连，变电输出端分别与城镇公共设施的电源输入端相连。3.  根据权利要求1所述的城镇公共设施供电管理系统，其特征在于：所述的城镇公共设施包括路灯、交通信号设施和监视系统。4.  根据权利要求3所述的城镇公共设施供电管理系统，其特征在于：所述的光伏电池和风力发电机分别安装在路灯杆上或者建筑物上。5.  根据权利要求1至4中任一所述的城镇公共设施供电管理系统，其特征在于：所述的储能装置包括超级电容器。

说明书一种城镇公共设施供电管理系统
技术领域
本发明涉及供电及管理系统，特别涉及一种充分利用太阳能、风能等绿色能源的城镇公共设施供电及管理系统。
背景技术
随着城镇化的进展，特别是国家对电力领域实施重大改革，取消原有国家电厂垄断供电的地位，为多种形式的供电用电提供了广阔的发展空间。这其中尤其是以循环节能供电最为先进和环保。城镇公共设施如路灯、交通信号设施以及各种监视系统都需要用电，而这些设施分散在城镇的各处，在使用过程中可以充分地利用太阳能、风能等各种绿色能源，目前，很多地方在为路灯、交通信号设施、城市监视系统等供电时，在路灯灯杆、建筑物以及其它公共设施上安装光伏电池和风力发电机，如在路灯灯杆上安装光伏电池和风力发电机，利用一组蓄电池将光伏电池和风力发电机输出的电力存储，然后在晚上利用蓄电池内存储的电能为路灯供电，目前，有这样的路灯供电及管理系统，该供电及管理系统包括安装在路灯灯杆上的光伏电池和风力发电机和蓄电池组，以及利用光伏电池对蓄电池充电的光伏充电电路和利用风力发电机对蓄电池进行充电的风力发电机充电电路，这两个充电电路一个是将光伏电池输出的直流电压转换成蓄电池充电所需要的电压为蓄电池充电，这是一个DC/DC电路，另一个是将风力发电机输出的交流电转换为蓄电池充电所需要的电压为蓄电池充电，是一个AC/DC电路，目前这样的技术非常成熟，也可以具有较高的转换效率，但是这样有如下问题：
首先，如果绿色能源如风能和太阳能所产生的电能较多，超过了路灯所需，则超过部分不能充分利用。
其次，需要对路灯进行改造，由于采用蓄电池直接为路灯供电，为了使效率更高，一般路灯都需要采用直流供电，这使这样的路灯与目前使用市电供电的路灯不兼容。
最后，为了满足阴雨天路灯照明所需，配备了需要满足7天照明用电的蓄电池，增加了投资。
发明内容
本发明针对目前采用绿色能源作为城镇公共设施供电及管理系统所带来的上述不足，提供一种城镇公共设施供电管理系统，该系统在现有的城镇公共设施基础上，充分利用光伏电池和风力发电机所提供的电能，并且可以利用现有线路实现与城市电网的有效联动和电量调节。
本发明所采用的技术方案是：一种城镇公共设施供电管理系统，包括光伏电池、风力发电机和储能装置，所述的光伏电池、风力发电机分别为所述的储能装置充电；还包括现场电站控制柜，所述的储能装置设置在所述的现场电站控制柜内，所述的现场电站控制柜内还设置有与储能装置输出相连的逆变系统和控制管理系统；所述的逆变系统的输出与城镇公共设施的电源输入端以及公共电网相连；在所述的逆变系统的输出与公共电网相连处设置有控制开关；所述的控制管理系统与所述的逆变系统和控制开关的控制端相连。
本发明的城镇公共设施供电及管理系统由于采用了统一收集光伏电池和风力发电机所产生的绿色能源保存到储能装置中，然后在控制管理系统的控制下，通过逆变系统产生与市电兼容的电压为城镇公共设施供电，这样的系统不需要改造，直接可以利用原来使用市电供电的市政公共设施，不需要对这些系统进行改造，可以节省大量资金，另外，根据公共电网和绿色能源的状态可以将富裕的绿色能源输入到公共电网，在绿色能源不足时，也可以利用公共电网为城镇公共设施供电，以保证城镇公共设施能连续工作。
本发明的技术方案中，还具有如下的优选方式：
在所述的城镇公共设施的电源输入端上还设置有变电装置，所述的变电装置源端分别与所述的逆变系统的输出和公共电网相连，变电输出端分别与城镇公共设施的电源输入端相连。所述的城镇公共设施包括路灯、交通信号设施和监视系统。所述的光伏电池和风力发电机分别安装在路灯杆上或者建筑物上。这样，利用变电装置可以准确稳定地为城镇公共设施供电。
所述的储能装置包括超级电容器。这样，克服目前使用蓄电池存储电力时，由于蓄电池本身使用寿命有限，而废蓄电池本身难以无害化保存的不足。
以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。
附图说明
图1为本发明的城镇公共设施供电及管理系统框图。
具体实施方式
实施例1，如图1所示，本实施例是一种依托现有公共设施用电线路，如路灯、交通信号和其他监控设备等的用电线路，采取太阳能、风能等绿色能源实施集中大规模供电的发电系统，是一种充分利用太阳能、风能等绿色能源的公共设施供电及管理系统，如图1所示，本系统是一种采取分散收集太阳能、风能集中存储和管理的系统，与目前所采用的太阳能、风能路灯或者其它公共设施分散收集能源，单独就近为公共设施供电不同。
本实施例中，利用安装在路灯杆上的光伏电池和/或风能发电机所产生的电力集中存储在一个由超级电容器组成的储能装置中，为了实现区域管理，对于一个在城市来说，本系统可以对一个区域的公共设施供电进行管理，如对方圆几公里范围内的路灯、交通信号灯、监视系统等公共设施及安装在这些公共设施如路灯杆上或者其它建筑物、构筑物上的光伏电池、风力发电机等进行管理，在城市中设置一个管理中心，通过与各本实施例的供电管理系统进行有线或者无线通信，对整个城市的公共设施供电进行管理，如果是一个小城镇，则只需要一个这样的系统。在一个现场电站控制柜中，利用一个控制管理系统实现光伏电池和风能发电机对储能装置充电，当然储能装置目前有很多类型，也可以采用铅酸电池或者超级电容电池等大容量的存储装置。
在控制管理系统的控制下，安装在各路灯杆、建筑物或者其它设施上的光伏电池的输出利用DC/DC电路产生充电电压为储能装置充电，同样分散安装在路灯杆、建筑物或者其它设施上诸多风力发电机的输出通过AC/DC电路产生充电电压为储能装置充电。
在现场电站控制柜中，还设置有逆变系统，该逆变系统将储能装置输出的直流电源逆变成0.4KV交流电，与目前使用的市电电网的电压一致，因为目前现有的城镇的公共设施均采用我国标准0.4KV交流电，而各城镇公共设施的电源输入端都需要输入0.4KV的交流电，利用这个0.4KV交流电通过各城镇公共设施内部的电源使用。这样，在整个城镇公共设施中，不需要对原来采用公共电网供电的设备进行改造，直接就可以使用太阳能、风力发电机等产生的绿色能源了，这也是本实施例的一个特点，直接产生与公共电网一致的电压，为任何城市公共设施供电。
本实施例的主要特点是在现场电站控制柜中设置的控制管理系统，目前，对行业来说，智能控制系统有很多，本领域的技术人员根据需要可以实现很多功能，本实施例中的控制管理系统中包括以下部分：
A、实现对光伏电池和风力发电机进行控制，如控制对储能装置充电时的充电电路包括AC/DC和DC/DC电路进行控制，使其产生稳定的充电电压，以保证储能装置的使用寿命。因此，在控制管理系统中设置有对充电电路进行控制的控制模块。
B、对逆变系统进行控制，对储能装置的容量进行检测，如果储能装置的容量较高，而当时城镇公共设施又不需要工作，如白天路灯不需要工作，此时，源源不断的绿色能源输入到储能装置将会超过其额定容量，此时，控制逆变系统工作，产生交流电通过控制开关输入到公共电网，这里，可以采用一个双向计量表。这时，供电及管理系统是一种发电装置，处于发电工况，利用现有城市空间和公用设施空余位置安装太阳能、风能发电设备发电，所发电力利用现状公用设施电缆储存于现场电站控制柜内的光伏风能储能系统，经过并网逆变器将光伏风能储能系统所储存直流电逆变成0.4KV交流电，利用现状公用变压器升压到10KV，利用公用电力电缆线路向市政电网进行馈电；供电局提供的双向计量电表对电量进行计量。因此，在控制管理系统中，设置有对储能装置进行检测的检测装置和对逆变系统进行控制的逆变器控制模块，同时，根据前面对充电电路进行控制的控制模块获得充电指标，决定在什么时候控制逆变装置工作，将储能装置输出的直流电逆变后输入到公共电网，使本系统成为一个绿色能源的发电站。
C、在城镇公共设施使用时，如果绿色能源不足，控制控制开关闭合，利用市电为城镇公共设施供电，此时，控制管理系统控制逆变系统停止工作。因此，在控制管理系统中设置利用公共电网为城镇公共设施供电的控制模块。
D、在绿色能源不足时，可以在用电低谷时利用公共电网为储能装置充电，由于不论是光伏电池还是风力发电机，其所产生的电能都与天气有关，本质上是不稳定的，因为，天气变化是无常的，如可能遇到多日阴雨天气，此时光伏电池是没有输出的，但又无风，因此，风力发电机也没有输出，此时，只能利用公共电网为城镇公共设施供电。因此，在控制管理系统中设置有控制公共电网为城镇公共设施供电的控制模块。
E、目前错峰用电是一种经济的用电方式，因此为了充分利用这套供电及管理系统，控制管理系统可以在用电低谷时，利用公共电网为储能装置充电，在用电高峰时，又可以控制逆变器工作为城镇公共设施供电或者向公共电网发电。这就是一种削峰填谷工况；夜间高峰用电期间，由储能系统储存的电力向城市路灯照明提供电力，同时也可以作为公用电网临时停电的应急电源使用。因此，在控制管理系统还设置利用公共电网为储能装置充电的模块，该模块控制削峰填谷工况。这种情况下可以节省一些资金，如目前的储能系统容量较大，在储能系统充满电时，一种储能系统可供公共设施使用7天左右，也有只能适用于左右的，以下以较大的储能系统为例说明，如果这样大的容量的储能系统用于削峰填谷，将会有效好的经济效益，如有的地方在用电高峰时每度电为1.076元，在用电低谷时，每度电仅仅为0.466元。
如某地2004年10月起将峰谷时段划分调整为：
高峰时段：9:00－11:30、14:00－16:30、19:00－21:00（共7小时）；
平时段：7:00－9:00、11:30－14:00、16:30－19:00、21:00－23:00（共9小时）；
低谷时段：23:00－次日7:00（共8小时）。峰：1.076元；平：0.796元；谷：0.466元。
这样，在计算好用电低谷时绿色能源采集量的情况下，在用电低谷时，可以通过公共电网将剩余的容量充满，在用电高峰时，又可以将储能系统中的电能回馈到公共电网中，利用双向计量表，可以计算出差价，如果这套系统的储能装置具备存储10000KVAH的容量时，而该区域绿色能源一天的发电量为20KVAH时，可以在用电低谷时存储8000KVAH的市电，在用电峰值时输出到电网，则理想状态下可以获得5368元的收益，这就是削峰填谷工况能获得较好的经济效益的原因。当然，有的地方对绿色能源入网采用鼓励措施，绿色能源入网时采用较高的价格，就需要将光伏电池和风力发电机所产生的电能另外入网。因此，在控制管理系统中设置有进行削峰填谷工况的控制模块。另外，考虑安全性，本控制管理系统中还可以设置有检测公共电网工作状态的检测装置，当检测到公共电网正在检修等时，可以控制控制开关不闭合，以免对正在进行检修的工人造成伤害。
F、目前，自动化程度很高，可以在控制管理系统设置通信系统，可以采用目前的GPRS系统或者其它通信系统，实现现场电站控制柜与中心控制系统的通信。
本实施例的城镇公共设施供电及管理系统主要技术特点在于：1、发挥光风一体化发电的优势，便于在多种天气条件下持续发电；2、利用公用设施空余位置进行安装，利用公用电缆线路进行馈电，大大节省安装费用。如：高速公路、快速路、市政路的照明监控设施、防噪遮音设施、公交站点、城市高耸建筑屋顶等采光良好、过风顺畅的位置来安装；3、循环电力供应，可以起到城市用电“削峰填谷”作用，平衡电力需求，成为城市公共用电的有力补充；4、具有良好的经济效益。在国家电改大背景下，能够通过自主发电来降低用电成本，创造经济效益，可利用不同时段的用电差价来进行电量调配，增大经济效益；5、绿色节能。能大大减少火电等耗能发电的资源消耗，减少环境污染；6、本系统采用太阳能电池板发电和风能发电机发电，光伏风能储能系统采用超级电容器器储存电力；7、利于城市路灯节能改造，节省节能改造费用；8、节省公共用电的电费财政支出；9、本系统采用超级电容器储能，无蓄电池，节省运行维护费用和蓄电池二次处理费用，有效避免了处理蓄电池对环境的二次污染；10、支持国家产业发展，采用光风一体化城市循环节能发电系统可以消化解决太阳能电池产能过剩难题。