[发明专利]复合微能源系统的仿真优化平台

说明书

本发明公开了属于复合微能源仿真技术领域的一种复合微能源系统的仿真优化平台。分别建立了无线传感节点、锂电池、超级电容、太阳能电池、压电发电机的单体仿真模块。其中，锂电池仿真模块还集成了锂电池的容量损耗模型。同时采用通用的面向对象编程方法，使系统模型具有很大的通用性及扩展性。基于以上的各单体模块，建立了复合微能源系统模型，进行了光照、风速等环境量变化模拟仿真，建立了满足泊松分布的无线传感节点敏感事件仿真机制，集成到复合微能源系统仿真平台。得到满足系统要求的各模块设计参数取值范围。在此基础上，把锂电池的寿命作为系统寿命的决定性因素，以延长系统寿命为目标，可以对各模块参数及能量管理方法进行设计和优化。

技术领域

本发明属于复合微能源仿真技术领域，特别涉及复合微能源系统的仿真优化平台。

背景技术

无线传感网络(Wireless Sensor Network,WSN)由大量无线传感节点组成，广泛应用在军事、航空、交通、防爆、救灾、环境监控、医疗卫生等多个领域。每个无线传感节点具有信息采集、信号处理和数据传输功能。传统无线传感节点仅由电池供电，存在寿命较短，电池更换不便的问题。解决该问题的方法是从环境中获取能量为无线传感节点供电，可获取的环境能量主要有太阳能、机械能、热能、电磁能等。

专利CN 105680548B公开了一种无线传感节点的自供能装置，综合利用太阳能、风能、温差能进行发电，环境中收集到的能量可以存储在储能模块中供无线传感节点使用。专利CN 103795136B也提供了一种无线传感节点的微能量收集系统，包括能量收集模块、超级电容储能模块和电源管理模块。专利CN 1960117A公开了一种光伏能源与传感器节点集成的自供电微系统，其采用锂电池作为能量存储单元。这些无线传感节点供能系统的能量收集模块、能量存储模块、能量管理模块都不完全相同，缺乏一种较为通用的方法对模块参数进行设计。

专利CN 1080093787A公开了一种多能源复合供电能源仿真系统，实现对系统整体工作状态的瞬态仿真。但该仿真模型没有考虑环境变化、传感节点敏感事件、锂电池寿命损耗等因素的影响，难以预测实际系统工作情况，缺乏实用性。另外，该模型只能用于对系统进行粗略的设计优化，无法评估不同参数对系统寿命的影响，对系统的优化效果有限。

目前缺少具有较强通用性和实用性的复合微能源系统仿真及优化平台，能够仿真环境变化、敏感事件等因素对系统的影响，并评估锂电池的使用寿命，从而对系统参数及能量管理方法进行优化设计。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合微能源系统的仿真优化平台，其特征在于，

所述复合微能源系统的仿真优化平台由复合微能源系统分别连接环境仿真模块和事件仿真模块组成，其中，复合微能源系统由能量管理模块分别连接能量收集部分、能量存储部分及无线传感节点构成；所述事件仿真模块与无线传感节点连接，环境仿真模块与能量收集部分连接；

所述环境仿真模块，用来仿真影响能量收集部分输出功率的环境参数变化情况；

所述事件仿真模块，用来仿真无线传感节点的敏感事件发生情况；

所述无线传感节点仿真模块，用来仿真不同工作模式下，无线传感节点的功耗变化情况；

所述能量收集部分，用来仿真外部环境变化时，复合微能源系统收集到的电能变化情况；

所述能量存储部分，用来仿真有功率输入或输出时，复合微能源系统中能量存储器件的瞬时参数变化情况；

所述能量管理模块，用来仿真复合微能源系统运行时，在不同能量管理方法指导下，复合微能源系统内部各模块之间的能量流动情况与功率分配关系。

所述能量收集部分包括：

太阳能电池仿真模块，用来仿真外界光照强度等环境条件变化时，在特定设计参数下太阳能电池的输出功率变化情况，从而指导太阳能电池的参数设计；