[發明專利]一種復合能源仿真系統及管理策略

在審

• 申請號: 201711498124.7
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108009387A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發明（設計）人: 張斌;何志超;汪浩鵬;尹亞江;汪志強
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司信息科學研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06Q10/06;G05B17/02;G06Q50/06
• 代理公司: 北京中知法苑知識產權代理事務所(普通合伙) 11226
• 代理人: 常玉明;張蘭海

本發明公開了一種多能源復合供電能源仿真系統及能源系統管理策略，實現各能量收集器仿真子模塊的輸出特性曲線仿真，用于評估其能量輸出能力?？梢栽趶秃夏茉聪到y設計中以此為參照優化各能量收集器的性能；另外，實現對系統整體工作狀態的瞬態仿真，該仿真根據指定的能量管理策略進行，能夠評估系統整體在運行過程中的穩定性和帶載能力。進一步地，實現對管理策略和復合能源系統中各器件性能配合的優化，能夠提高復合能源系統的開發效率。

技術領域

本發明涉及復合能源技術，具體而言，是由振動能量收集器、太陽能電池、燃料電池、鋰電池及超級電器組成的復合電源的控制技術領域。

背景技術

無論是在工業應用中，由大規模無線傳感器節點組成的無線傳感網絡在監控和傳感領域有著非常廣泛的應用。傳統無線傳感器節點大多采用單一化學電源的方式驅動節點的控制器和傳輸器進行工作。普通的化學電池屬于易耗品，其電量和放電時間均有限，而且由于自身存在漏電，其在長期工作條件下的穩定性與可靠性較低。

無線傳感網絡的實際應用環境普遍存在太陽能及振動機械能。倘若能夠在白天時收集太陽能量，在夜間或弱光條件下收集振動能量，并將這兩種能量積累儲存，可以有效驅動傳感節點的工作。

現有的電子設備中通常采用太陽能電池作為單一形式的外部能源為設備提供電力供給，并使用唯一的鋰電池作為儲能單元。單一能源的能量供給雖然結構設計簡便，但是在環境中，能量存在很多不確定性。單一能源的能量系統對環境的依賴性很大，如果工作環境發生了變化，能源的穩定性、適用性可能會大幅下降。在另一方面，使用傳統的電池技術存在能量密度低、壽命有限的問題，針對大面積的無人值守傳感器而言，更換電池是非常困難的。

在這種大環境下，復合能源系統應運而生，復合能源系統是綜合了振動能量收集器、太陽能電池、燃料電池、鋰電池等能源器件的能源系統，用以為無線傳感節點提供穩定、高壽命的能量供應。所述復合能源系統從能量的角度可將其劃分為三個組成部分：

1)環境能量源收集部分

指的是通過能量采集技術，比如太陽能電池、風力發電機和壓電發電機等從環境中獲取能量。

2)負載

指的是所述復合能源系統所支持的無線傳感器節點電子系統。其能量的消耗取決于無線傳感器節點的具體工作模式。例如，對于一個自供電無線傳感器節點，其電子系統負載大小取決于自供電無線傳感網絡應用層的工作量和工作級別，也同樣取決于節點在分布式網絡中所做的具體工作。

3)能量管理策略

指的是當從環境中采集到的瞬時能量和負載能耗級別不匹配時，所述復合能源系統能夠根據不同情況做出改變以滿足輸出與負載的平衡。

所述復合能源系統需要管理多種不同的能量收集/儲能方式，通過發揮彼此特長實現優勢互補，最終延長系統使用壽命。這對復合能源系統的整體設計及性能優化提出了較高的要求。因此，需要對復合能源系統建立相應的系統模型以進行模擬仿真，評估能量收集器的性能，并對復合能源系統的管理策略提供設計參考，而現有技術中類似系統模型多數為對某一型能源系統的驗證用模型，其工作模式和結構、屬性參數均已確定，缺乏對管理策略設計的指導性。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明提供了一種多能源復合供電能源仿真系統，所述仿真系統能對每一種能量收集、存儲情況進行分析與評估；并能夠模擬系統整體在運行中各模塊的運行狀況，以對能量管理策略進行評估，最終通過對于兩方面的評估實現復合能源系統的設計優化過程，增加研發效率。

本發明具體方案如下：

一種復合能源仿真系統，所述系統包括：

能量收集仿真模塊，用于描述復合能源系統中能量收集模塊外部能量輸入和電能輸出之間的關系，并對其進行仿真；