CN101409451A - 多风机并联型风光互补并网发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多风机并联型风光互补并网发电系统，包括至少两台风力发电机组、一太阳电池方阵、一台控制装置和一台并网逆变器，所述的至少两台风力发电机组分别连接有各自的整流器，各整流器与控制装置相互连接，所述的太阳电池方阵与控制装置相互连接，所述的控制装置与并网逆变器相互连接。与现有技术相比，功率在300KW以下时，本发明不但可靠性高，而且成本低，维护方便，适合我国农网输变电现状。

Description

多风机并联型风光互补并网发电系统
技术领域
本发明涉及发电系统，特别是涉及一种多风机并联型风光互补并网发电系统。
背景技术
目前国内外风力发电系统大致分为两大类：一类是以中小功率风机为主的独立运行的户用或小团体用风力发电系统。主要用于无电区居民日常生活用电。此系统与电网不相关联，独立运行。此类机型叫离网型风力发电机组。
另一类则是以大功率风力发电机组为主要机型，单台风力发电机独自产生电能，然后由并网设备将电能并入电网，向电网提供电力，再由电网向用户供电。此类机型叫并网型风力发电机组。
目前国内外并网风力发电机并入电网的基本型式是单台风机分别由各自的并网设备独立并入电网。目前还没有多台风力发电机并联后由同一台并网设备控制并网的机型。
并网型风机功率一般都在300kW-3000kW之间，也已有5000kW风机在试运行。当前并网型风力发电机组大多采取在风资源非常好的地区建设风电场的方式建设。在欧洲一些国家如德国等国也有一些功率在30kW-250kW之间的分散型中功率风力发电机并入电网，发电机机型为异步发电机。
而太阳电池光伏发电则分布为独立运行的户用或小团体用太阳电池光伏电源系统和较大规模的太阳电池光伏并网电站。
当前还没有风、光混合能源发电系统的应用。
发明内容
本发明的目的就是为了当并网功率范围在300KW以内时，克服上述现有技术相比存在的缺陷，而提供一种投资少、效益高、可靠性高、维护方便的多风机并联型风光互补并网发电系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：多风机并联型风光互补并网发电系统，其特征在于，包括至少两台风力发电机组、一太阳电池方阵、一台控制装置和一台并网逆变器，所述的至少两台风力发电机组分别连接有各自的整流器，各整流器与控制装置相互连接，所述的太阳电池方阵与控制装置相互连接，所述的控制装置与并网逆变器相互连接；所述的至少两台风力发电机组产生的三相交流电分别由各自的整流器变流为直流电流，各直流电流与太阳电池方阵产生的直流电流在控制装置中并联，变成电压脉动直流电流，该电压脉动直流电流由控制装置对其进行最大功率跟踪和对其电压进行控制后输送给并网逆变器，所述的控制装置根据输送给并网逆变器的瞬时功率的大小及电网的运行状态，指令并网逆变器产生与电网频率相同、相位相同的三相交流电，并输送给电网。
所述的控制装置包括可编程控制器、泄荷器，所述的可编程控制器通过开关电路与泄荷器相互连接。
所述的至少两台风力发电机组产生的三相交流电分别由各自的整流器变流为420V～620V的直流电流。
所述的控制装置将电压脉动直流电流的电压控制在DC620V以下，当上述的电压脉动直流电流超过DC620V时，所述的可编程控制器接通开关电路，调控泄荷器的动作来释放多余电量。
所述的并网逆变器产生与电网频率相同、相位相同的380V三相交流电。
所述的风力发电机组采用中、小功率三相稀土永磁同步发电机。
与现有技术相比，本发明采用的中、小功率并网风力发电机组相对于大型风机组而言，对风资源条件要求较低，在当地年平均风速大于4.5m/s、同时年度太阳能辐射总量大于5000MJ/M2的地区，就是中功率多风机并联型风光互补并网发电系统推荐使用区；
目国有许多风能资源丰富的村庄、农场、牧场、养殖场、部队营房已经建有电网，而且这类电网的输变电线路均为中功率型输变电线路，并且我国城乡电网输变电终端的变压器一般最小功率为50kW，大多在100-300kW之间；在这些村庄、农场、牧场、养殖场、部队营房附近建设50-300kW之间中功率风电场，就可以利用现有中功率输变电线路为电网供电，不但可以减少投资，而且可以大大减少建设周期，也不需修专用道路，不需特大型吊装设备，大大提高经济效益；
中功率多风机并联型风光互补并网风力发电系统是以2kW、5kW、10kW、20kW、50kW的单台永磁直驱式风机或太阳电池方阵为单个功率单元，由多个功率单元积木式模块化组合，各功率单元直流并联后，经智能控制器调控，再由同一台较大功率的并网逆变器将电能并入电网，形成50kW-300kW内的多种功率的风光互补并网发电系统，能满足300kW内的多种功率的需求；
如果有多台2-50kw的中小功率风力机在同一风电场并入电网，那么每台风机单机分别并网会增加并网成本，因为如果每台小型机组均单独上网，则每台风机都要具备并网设备，由于并网设备中除功率器件大小不同外，其余电路与器件是基本相同的，相对于一台并网逆变器就会有许多重复功能电路，所以单台风机功率越小，则每千瓦造价中分摊的并网成本就越高，造成经济效益低下，而且器件越多，则可靠性越差；
而多台并联后则可使用一台较大功率的并网设备，单机容量大的并网设备和逆变器有条件采用更先进的电力电子和控制技术，其部件的工作效率和综合经济效益更好，不但可靠性高，而且价格低，维护方便。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，多风机并联型风光互补并网发电系统，包括至少两台风力发电机组1、2、一太阳电池方阵3、一台控制装置4和一台并网逆变器5，所述的至少两台风力发电机组分别连接有各自的整流器6、7，各整流器与控制装置4相互连接，所述的太阳电池方阵3与控制装置4相互连接，所述的控制装置4与并网逆变器5相互连接；所述的至少两台风力发电机组1、2产生的三相交流电分别由各自的整流器6、7变流为直流电流，各直流电流与太阳电池方阵3产生的直流电流在控制装置4中并联，变成电压脉动直流电流，该电压脉动直流电流由控制装置4对其进行最大功率跟踪和对其电压进行控制后输送给并网逆变器5，所述的控制装置4根据输送给并网逆变器5的瞬时功率的大小及电网的运行状态，指令并网逆变器5产生与电网频率相同、相位相同的三相交流电，并输送给电网8。
所述的控制装置4包括可编程控制器9、泄荷器，所述的可编程控制器9通过开关电路与泄荷器相互连接；所述的至少两台风力发电机组1、2产生的三相交流电分别由各自的整流器6、7变流为420V～620V的直流电流；所述的控制装置4将电压脉动直流电流的电压控制在DC620V以下，当上述的电压脉动直流电流超过DC620V时，所述的可编程控制器9接通开关电路，调控泄荷器的动作来释放多余电量；所述的并网逆变器5产生与电网频率相同、相位相同的380V三相交流电；所述的风力发电机组1、2采用中、小功率三相稀土永磁同步发电机。
本实施例选用上海万德风力发电股份有限公司生产并出售的FD13-50/12型50kW风力发电机组两台、太阳电池组件单块100WP×516块(51.6KWP)和FK-200型200kW控制装置一台，以及合肥阳光电源有限公司生产并出售的WG200型200kW并网逆变器一台。
FD13-50/12型风力发电机组在风速大于3.5m/s时开始建压发电，风机产生的电能为额定功率50Kw，额定电压380V的三相交流电，最大输出功率为60kW。
如图1所示，
各风力发电机组产生的电能是电压和频率都在瞬态变化的三相交流电，要想多风机并联，又要低成本，则各台风机分别整流后直流并联为最佳方法。各台风机所生产的三相交流电经过各自的整流器变流为420V-620V的直流电流，然后在控制柜中进行并联。
直流并联后的电流变成了电压脉动的直流电流。再由可编程控制器控制的泄荷器(电阻性负载)的开关电路，系统整流并连后的总电压超压时，电路导通，泄荷器泄放多余电量，达到对风机和太阳电池输出的直流波动电压自动控制，完全可以使风机和太阳电池直流并联后的直流波动电压始终严格保持在DC620V以下。
两台风机和太阳电池方阵这三个发电功率单元直流并联后的直流电流，由主控PLC进行最大功率跟踪分析后，将所获信息输送给专用的并网逆变器(此逆变器为直流输入型)。并网逆变器在主控PLC的主控下，按照输入功率的大小，以及由电网变压器上采集的电网瞬时频率、各相电的相位值、各相电的电压值，来确定逆变器的输出频率、电压、三相电各自的相位，然后再由并网逆变器的变流电路(SPWM)将输入的直流电能转变为与电网频率和相位完全相同的三相380V的交流电接入到电力变压器上，再由电力变压器输送给电网。
逆变器是将直流电变流为交流电的专用电力电子产品。通用型逆变器一般其输出频率为固定的50Hz或60Hz恒频不变。输出电压有AC 220V及AC 380V，还有更高电压制式的逆变器。
而风力发电并网逆变器其输出频率则是随机可调控的，该逆变器可根据指令，由变流电路(SPWM)将输入的直流电能转变为与电网频率和相位完全相同的三相380V的交流电接入到电力变压器上，再由电力变压器输送给电网。

Claims (6)

1.多风机并联型风光互补并网发电系统，其特征在于，包括至少两台风力发电机组、一太阳电池方阵、一台控制装置和一台并网逆变器，所述的至少两台风力发电机组分别连接有各自的整流器，各整流器与控制装置相互连接，所述的太阳电池方阵与控制装置相互连接，所述的控制装置与并网逆变器相互连接；所述的至少两台风力发电机组产生的三相交流电分别由各自的整流器变流为直流电流，各直流电流与太阳电池方阵产生的直流电流在控制装置中并联，变成电压脉动直流电流，该电压脉动直流电流由控制装置对其进行最大功率跟踪和对其电压进行控制后输送给并网逆变器，所述的控制装置根据输送给并网逆变器的瞬时功率的大小及电网的运行状态，指令并网逆变器产生与电网频率相同、相位相同的三相交流电，并输送给电网。
2.根据权利要求1所述的多风机并联型风光互补并网发电系统，其特征在于，所述的控制装置包括可编程控制器、泄荷器，所述的可编程控制器通过开关电路与泄荷器相互连接。
3.根据权利要求1所述的多风机并联型风光互补并网发电系统，其特征在于，所述的至少两台风力发电机组产生的三相交流电分别由各自的整流器变流为420V～620V的直流电流。
4.根据权利要求2所述的多风机并联型风光互补并网发电系统，其特征在于，所述的控制装置将电压脉动直流电流的电压控制在DC620V以下，当上述的电压脉动直流电流超过DC620V时，所述的可编程控制器接通开关电路，调控泄荷器的动作来释放多余电量。
5.根据权利要求1所述的多风机并联型风光互补并网发电系统，其特征在于，所述的并网逆变器产生与电网频率相同、相位相同的380V三相交流电。
6.根据权利要求1或3所述的多风机并联型风光互补并网发电系统，其特征在于，所述的风力发电机组采用中、小功率三相稀土永磁同步发电机。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101577433B (zh) * 2009-06-03 2011-11-02 镇江赛尔尼柯自动化有限公司 船舶电站功率管理重载询问方法
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