一种深海热液能温差发电装置的电能管理系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种深海热液能温差发电装置的电能管理系统，包括母线；热液能温差发电电路，产生的电能输送至所述母线；蓄电池储能电路，接入到所述母线上，用于与所述热液能温差发电电路协同为所述负载提供稳定的电能；超级电容，直接并联到所述母线上，用于抑制所述母线电压的剧烈波动；负载消能电路，并联到所述母线上，用于消耗母线上的电能；基于所述热液能温差发电电路、负载消能电路的电能以及蓄电池是否被充满，采用功率匹配控制策略和基于超级电容的MPPT控制策略实现对整个电能系统的管理。该系统能在发电功率不稳定以及负载条件不断变化的情况下，实现发电单元产生电能在储能单元和负载单元之间合理分配。

【技术实现步骤摘要】
一种深海热液能温差发电装置的电能管理系统
本专利技术属于电力系统领域，具体涉及一种深海热液能温差发电装置的电能管理系统。
技术介绍
当由两种不同热电材料导体构成的闭合回路的两个节点具有温度梯时，闭合回路中有电流产生，这种现象被称为塞贝克效应。基于这种效应可以制成的温差发电片可以利用海底热液进行温差发电。热液温差发电的目的是为海底观测设备提供可持续电能，实现自供电长期观测。由于热液发电系统的非稳态传热特征，导致发电功率时常发生变化，而且观测设备的用电需求也是变化的，因此需要设计相应的电能管理系统，用来将发电单元产生的能量在储能单元和负载单元之间合理分配。申请号为201120394061.2的中国技术专利申请公开了一种温差发电锂电池充电系统，在该系统中设有温差发电组件、稳压电路、超级电容和锂电池充电配件；稳压电路的电压输入端与温差发电组件的电压输出端电连接，稳压电路的电压输出端与锂电池充电配件电压输入端电连接，锂电池充电配件的电压输出端为对锂电池进行充电的输出端；超级电容正极板接于温差发电模块电压输出端与稳压电路电压输入端之间，超级电容负极板接地。特别适合野外作业，利用冷热源温差进行发电并为锂电池充电。该系统适用于负载比较稳定的场合，但是若负载突然减轻或加重，没有相应的控制策略，不能快速稳定地给负责供电，且不适合于海底作业。申请号为201610914762.1的中国专利技术专利申请公开了一种基于复合储能的能量管控优化方法，该方法采用双向DC/DC电路给超级电容充放电。这种电路结构一方面增加了电路的复杂程度，另一方面由于超级电容没有直接与母线并联，因此不能及时避免母线电压的瞬时波动。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种深海热液能温差发电装置的电能管理系统，该系统能在发电功率不稳定以及负载条件不断变化的情况下，实现发电单元产生电能在储能单元和负载单元之间合理分配。为实现上述目的，本专利技术实施方式提供的技术方案为：一种深海热液能温差发电装置的电能管理系统，包括：母线；热液能温差发电电路，所述热液能温差发电电路产生的电能输送至所述母线；蓄电池储能电路，所述蓄电池储能电路接入到所述母线上，用于与所述热液能温差发电电路协同为所述负载提供稳定的电能；超级电容，所述超级电容直接并联到所述母线上，用于抑制所述母线电压的剧烈波动；负载消能电路，所述负载消能电路并联到所述母线上，用于消耗母线上的电能；基于所述热液能温差发电电路、负载消能电路的电能以及蓄电池是否被充满，采用功率匹配控制策略和基于超级电容的MPPT控制策略实现对整个电能系统的管理。上述技术方案中，将超级电容直接连接到母线上，由于超级电容能量密度大，两端电压不会出现瞬变，因此，通过超级电容能够减小了母线电压的波动，吸收了母线上的功率冲击，减少了蓄电池的充放电次数，延长了蓄电池的使用寿命。作为优选，所述热液能温差发电电路包括：buck电路；热液能温差发电装置，所述热液能温差发电装置通过所述buck电路将发出的电能输送到所述母线；第一功率、电压检测电路，所述第一功率、电压检测电路并联到所述buck主电路的输出端，用于检测所述buck电路的发电情况。作为优选，所述蓄电池储能电路包括：蓄电池管理电路；蓄电池，所述蓄电池通过所述蓄电池管理电路接入所述母线；第二功率、电压检测电路，所述第二功率、电压检测电路并联到所述蓄电池管理电路的输入端，用于检测所述蓄电池是否被充满。作为优选，所述负载消能电路包括：负载，所述负载直接并联到所述母线上；第三功率、电压检测电路，所述第三功率、电压检测电路并联到所述负载的输入端，用于检测所述负载的耗电情况。本专利技术中，通过所述buck电路的发电情况、所述所述负载的耗电情况控制下一时刻整个系统的工作状态，使所述母线的电压在负载允许的范围内波动。作为优选，所述采用功率匹配控制策略和基于超级电容的MPPT控制策略实现对整个电能系统的管理包括：设定所述母线的4个电压阈值：Vr1、Vr2、Vr3、Vr4，且Vr1＞Vr2＞Vr3＞Vr4；当所述负载为轻载，母线电压Vbus>Vr1时，判断所述蓄电池是否充满，若是，采用功率匹配减模式计算所述热液能温差发电电路的占空比D，使所述热液能温差发电电路的输出功率与所述负载的功率匹配，若否，通过所述蓄电池储能电路为所述蓄电池充电；当所述负载加重，母线电压Vbus满足Vr2<Vbus<Vr1时，采用电压保持模式，停止控制，所述热液能温差发电电路的占空比D保持不变；当所述负载继续加重，母线电压Vbus满足Vr3<Vbus<Vr2时，采用功率匹配增模式计算所述热液能温差发电电路的占空比D，使所述热液能温差发电电路的输出功率与所述负载的功率匹配；当所述负载继续加重，母线电压Vbus满足Vr4<Vbus<Vr3时，采用基于超级电容的MPPT控制模式，所述热液能温差发电电路以最大功率为系统供电；当所述负载加重到极限，母线电压Vbus＜Vr4时，所述蓄电池通过所述蓄电池储能电路放电，维持母线电压的恒定，保证所述负载仍能够正常工作。由于所述热液能温差发电电路的输出功率和负载功率不可能完全相等，因此，所述的功率匹配减模式和所述功率匹配增模式主要是使所述热液能温差发电电路的输出功率接近并高于或低于负载功率，从而减小母线上的功率冲击，维持母线电压恒定。作为优选，所述功率匹配减模式包括：测量所述热液能温差发电电路的发电功率Pg、所述负载消能电路的负载功率Pd；当Pg＞Pd时，记P0＝Pg，当前占空比为D0，对所述占空比D0施加减扰动，并测量施加扰动后，所述热液能温差发电电路的发电功率P1和占空比D1；当P1＜P0时，若D1＜D0，对所述占空比D1施加减扰动，否则，对所述占空比D1施加增扰动；当P1≥P0时，若D1＜D0，对所述占空比D1施加增扰动，否则，对所述占空比D1施加减扰动；根据P1与P0的大小、D1与D0的大小持续对占空比D1施加相应扰动，直到P1＜Pd为止。作为优选，所述功率匹配增模式包括：测量所述热液能温差发电电路的发电功率Pg、所述负载消能电路的负载功率Pd；当Pg＜Pd时，记P0＝Pg，当前占空比为D0，对所述占空比D0施加增扰动，并测量施加扰动后，所述热液能温差发电电路的发电功率P1和占空比D1；当P1＞P0时，若D1＞D0，对所述占空比D1施加增扰动，否则，对所述占空比D1施加减扰动；当P1≤P0时，若D1＞D0，对所述占空比D1施加减扰动，否则，对所述占空比D1施加增扰动；根据P1与P0的大小、D1与D0的大小持续对占空比D1施加相应扰动，直到P1＞Pd为止。作为优选，所述基于超级电容的MPPT控制模式包括：对于所述buck电路，为实现MPPT，需要使所述buck电路的输入电压Vin＝Voc/2，其中，Voc为开路电压；由于所述超级电容的能量密度大，其两端电压不会出现瞬变，当控制时间间隔为1～2s时，所述buck电路的输出电压Vout视为固定值，因此，为实现MPPT，需要使占空比D满足：相比于现有技术，本专利技术具有的有益效果为：本专利技术通过基于超级电容的电能管理策略，减小了母线电压的波动，吸收了母线上的功率冲击，减少了蓄电池的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深海热液能温差发电装置的电能管理系统，其特征在于，所述系统包括：母线；热液能温差发电电路，所述热液能温差发电电路产生的电能输送至所述母线；蓄电池储能电路，所述蓄电池储能电路接入到所述母线上，用于与所述热液能温差发电电路协同为所述负载提供稳定的电能；超级电容，所述超级电容直接并联到所述母线上，用于抑制所述母线电压的剧烈波动；负载消能电路，所述负载消能电路并联到所述母线上，用于消耗母线上的电能；基于所述热液能温差发电电路、负载消能电路的电能以及蓄电池是否被充满，采用功率匹配控制策略和基于超级电容的MPPT控制策略实现对整个电能系统的管理。

【技术特征摘要】
1.一种深海热液能温差发电装置的电能管理系统，其特征在于，所述系统包括：母线；热液能温差发电电路，所述热液能温差发电电路产生的电能输送至所述母线；蓄电池储能电路，所述蓄电池储能电路接入到所述母线上，用于与所述热液能温差发电电路协同为所述负载提供稳定的电能；超级电容，所述超级电容直接并联到所述母线上，用于抑制所述母线电压的剧烈波动；负载消能电路，所述负载消能电路并联到所述母线上，用于消耗母线上的电能；基于所述热液能温差发电电路、负载消能电路的电能以及蓄电池是否被充满，采用功率匹配控制策略和基于超级电容的MPPT控制策略实现对整个电能系统的管理。2.如权利要求1所述的深海热液能温差发电装置的电能管理系统，其特征在于，所述热液能温差发电电路包括：buck电路；热液能温差发电装置，所述热液能温差发电装置通过所述buck电路将发出的电能输送到所述母线；第一功率、电压检测电路，所述第一功率、电压检测电路并联到所述buck主电路的输出端，用于检测所述buck电路的发电情况。3.如权利要求1所述的深海热液能温差发电装置的电能管理系统，其特征在于，所述蓄电池储能电路包括：蓄电池管理电路；蓄电池，所述蓄电池通过所述蓄电池管理电路接入所述母线；第二功率、电压检测电路，所述第二功率、电压检测电路并联到所述蓄电池管理电路的输入端，用于检测所述蓄电池是否被充满。4.如权利要求1所述的深海热液能温差发电装置的电能管理系统，其特征在于，所述负载消能电路包括：负载，所述负载直接并联到所述母线上；第三功率、电压检测电路，所述第三功率、电压检测电路并联到所述负载的输入端，用于检测所述负载的耗电情况。5.如权利要求1～4任一所述的深海热液能温差发电装置的电能管理系统，其特征在于，所述采用功率匹配控制策略和基于超级电容的MPPT控制策略实现对整个电能系统的管理包括：设定所述母线的4个电压阈值：Vr1、Vr2、Vr3、Vr4，且Vr1＞Vr2＞Vr3＞Vr4；当所述负载为轻载，母线电压Vbus>Vr1时，判断所述蓄电池是否充满，若是，采用功率匹配减模式计算所述热液能温差发电电路的占空比D，使所述热液能温差发电电路的输出功率与所述负载的功率匹配，若否，通过所述蓄电池储能电路为所述蓄电池充电；当所述负载加重，母线电压Vbus满足Vr2<Vbus<Vr1时，采用电压保持模式，停止控制，所述热液能温差发电电路的占空比D保持不变；当所述负载继续加重，母线电压Vbus满足Vr3&...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴世军，王烁，谢可人，杨灿军，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33