CN102496958A - 一种风水互补发电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种风水互补发电系统及其控制方法，属于新能源的应用技术领域，在现有的控制与检测模块中，增加了限幅电路；本发明采用三维区图的方法，实现单片机对水轮机、水泵和蓄电池的投切控制，本发明利用限幅电路将风机发电的电压值稳定在120V，克服了电压不稳的缺点；利用三维区图投影法对水轮机和水泵的投切进行控制，面向用户的操作界面更简洁更直观，使用户能做出明确的判断，通过投影形状判断各断路器及开关的投切，使其控制性能稳定，方便观察和操作。

Description

一种风水互补发电系统及其控制方法

技术领域：

本发明属于新能源的应用技术领域，特别涉及一种风水互补发电系统及其控制方法。

背景技术：

风能是一种清洁可再生资源。我国的风能资源量很大，其中可利用的开发量大约占总资源的四分之一。针对风能发电受当地环境变化的影响，发电极不稳定情况，人们将一种新的储能方式引入——抽水蓄能。所谓的抽水蓄能是指当电能系统中有多余的电能时，通过水泵将下游的水抽取到上游，从而将系统中多余的电能转化为水的势能存储起来；而当电能系统出现电力缺口时，为保持电网输电的稳定性，能及时启动水轮发电机将已经存储起来的水的势能转化为电能回馈给电能系统。这样就克服了以往的后备电源造价高，运营成本高，污染严重等缺点，充分利用了自然资源。

在提出了利用抽水蓄能提高发电效率的理念后，如何让这种方法更为方便的被用户使用成为了一个难题。本发明对应用在变压器经济运行领域的三维区图法做了适当的改进，针对抽水蓄能的特点以及三维区图法可调整型，将一种三维区图投影法应用到抽水蓄能的控制过程中，这样大大减少了普通算法对水轮机和水泵投切过程中计算的计算量，同时使用户更直观的了解系统运行状况，以便在合适的时间对水轮机和水泵进行投切。

目前风光互补的发电技术相对成熟，但是风水互补的发电技术及系统仍处于起步阶段，对抽水蓄能部分的控制不够完善，并且价格极其昂贵，转换效率较低，可靠性不高。

发明内容：

针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种风水互补发电系统及其控制方法，以达到简便、直观地对水泵水轮机投切进行控制的目的。

本发明技术方案是这样实现的：一种风水互补发电系统，包括风力发电单元、控制与检测单元、抽水蓄能单元及负载单元，此外，控制与检测单元中还包括限幅电路，互感器输出的电压信号经过限幅电路稳压后输出给采样单元；

所述的限幅电路由滑动变阻器组成；

所述的限幅电路，将互感器输出的电压稳定在120V；

采用风水互补发电系统进行控制的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：实时采集风力发电单元、水轮发电机、交流配电柜的电压、电流值和交流负载的电压、电流值；

步骤2：单片机对步骤1采集到的数据进行处理，计算出水泵、水轮发电机、交流配电柜三相相电压和三相线电流瞬时值、三相相电压有效值、有功功率和视在功率；并计算出蓄电池组的电压、电流和功率瞬时值；计算交流负载的功率值；

步骤3：将步骤2计算的数据存入存储器，同时存储器中还存储一定时间段内水泵、水轮发电机、交流配电柜各相电压、电流瞬时值及蓄电池组的瞬时功率值；

步骤4：采用三维区图的方法，实现单片机对水轮机、水泵和蓄电池的投切控制，方法为：

步骤4-1：在单片机中构建三维坐标，方法为：以风机发电单元采集到的电压作为横坐标U，以风机发电单元采集到的电流作为纵坐标I轴，以配电线柜的有功功率作为P轴；

步骤4-2：在P轴上确定交流负载的功率值∑P_load和蓄电池组的功率瞬时值P_E两点的位置，所述两点将P轴划分为3段，过P轴上的∑P_load点和P_E点形成2个平面，即第一平面和第二平面，分别与U-I平面平行；在U轴上确定电压极限值：取电压下限值为U_L，电压上限值为U_H，分别过U_L点和U_H点做P-I轴的平行平面；在I轴上确定电流极限值：取电流下限值为I_L，电流上限值为I_H；分别过I_L点和I_H点做P-I轴的平行平面，形成三维区图；

步骤4-3：交流配电柜的有功功率即风力发电单元产生的总功率∑p_Wind，判断∑p_Wind值在P轴上的位置，若∑p_Wind点在第一平面以上，则执行步骤4-4，若∑p_Wind点在第一平面与第二平面之间，则执行步骤4-5，若∑p_Wind点在第二平面以下，则执行步骤4-6；

步骤4-4：∑p_Wind点以α1角度向U-I平面投影，所述的α1角为锐角，执行步骤4-7；

步骤4-5：∑p_Wind点以α2角度向U-I平面投影，所述的α2角为90°，执行步骤4-8；

步骤4-6：∑p_Wind点以α3角度向U-I平面投影，所述的α3角为钝角，执行步骤4-9；

步骤4-7：启动水泵，关闭蓄电池充电电路开关，执行步骤1；

步骤4-8：启动水轮机，关闭蓄电池充电电路开关，执行步骤1；

步骤4-9：启动水轮机，开启蓄电池充电电路开关，执行步骤1；

步骤3所述的计算出水泵、水轮发电机、交流配电柜三相相电压和三相线电流瞬时值，三相相电压有效值，有功功率和视在功率，采用三相瞬时功率理论，方法为：

通过互感器和采样单元采样到三相相电压和三相线电流分别为u_a、u_b、u_c、i_a、i_b、i_c，经过a、b、c三相到α-β两相的变换后，得到u_α、u_β和i_α、i_β；

$\left[\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{\α}}\\ u_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]=C_{\mathrm{\α\β}}\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}}\\ i_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]=C_{\mathrm{\α\β}}\left[\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right]---\left(1\right)$

式中 $C_{\mathrm{\α\β}}=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]$

式中，u_α表示，u_β表示，i_α表示，i_α表示；

在α-β平面上将矢量

和

分别合成为(旋转)电压矢量

和电流矢量

公式为：

式中，

表示电压矢量，

表示电流矢量，

表示α相电压矢量，

表示β相电压矢量，表示α相电流矢量，

表示β相电流矢量，u表示矢量的模、i表示矢量

的模，表示矢量

的相角，表示矢量

的相角；

将电流矢量

向电压矢量

及其法线上投影，得到三相电路瞬时有功电流i_p和三相电路瞬时无功电流i_q，公式如下：

式中

表示，且

计算三相电瞬时有功功率p和三相电路瞬时无功功率q，公式如下：

p＝ui_p，q＝ui_q            (4)

把式(3)代入式(4)中得：

$\left[\begin{array}{c}p\\ q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{u}_{\mathrm{\α}}& u_{\mathrm{\β}}\\ u_{\mathrm{\β}}& -u_{\mathrm{\α}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}}\\ i_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]=C_{\mathrm{pq}}\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}}\\ i_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]---\left(5\right)$

式中， $C_{\mathrm{pq}}=\left[\begin{array}{cc}{u}_{\mathrm{\α}}& u_{\mathrm{\β}}\\ u_{\mathrm{\β}}& -u_{\mathrm{\α}}\end{array}\right];$

把式(1)代入式(5)中得：

p＝u_ai_a+u_bi_b+u_ci_c， $q=\frac{1}{\sqrt{3}}[(u_b-u_c)i_a+(u_c-u_a)i_b+(u_a-u_b)i_c]---\left(6\right)$

三相瞬时功率电流在α、β轴上的投影为α、β相的瞬时功率电流即：

式中，i_αp为α相的瞬时有功电流，i_βp为β相的瞬时有功电流，i_αq为α相的瞬时无功电流，i_βq为β相的瞬时无功电流；

α相的瞬时有功功率p_α、β相的瞬时有功功率p_β，α相的瞬时无功功率q_α，β相的瞬时无功功率q_β，计算公式如下：

$p_{\mathrm{\α}}=u_{\mathrm{\α}}{i}_{\mathrm{\αp}}=\frac{u_{\mathrm{\α}}^2}{u_{\mathrm{\α}}^2+u_{\mathrm{\β}}^2}p,$ $p_{\mathrm{\β}}=u_{\mathrm{\β}}{i}_{\mathrm{\βp}}=\frac{u_{\mathrm{\β}}^2}{u_{\mathrm{\α}}^2+u_{\mathrm{\β}}^2}p$

$q_{\mathrm{\α}}=u_{\mathrm{\α}}{i}_{\mathrm{\αq}}=\frac{u_{\mathrm{\α}}{u}_{\mathrm{\β}}}{u_{\mathrm{\α}}^2+u_{\mathrm{\β}}^2}q,$ $q_{\mathrm{\β}}=u_{\mathrm{\β}}{i}_{\mathrm{\βq}}=-\frac{u_{\mathrm{\α}}{u}_{\mathrm{\β}}}{u_{\mathrm{\α}}^2+u_{\mathrm{\β}}^2}q---\left(8\right)$

通过进行α、β两相向abc三相的变换可以由两相功率电流得到三相电路各相的功率电流，公式如下：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{ap}}\\ i_{\mathrm{bp}}\\ i_{\mathrm{cp}}\end{array}\right]=C_{23}\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\αp}}\\ i_{\mathrm{\βp}}\end{array}\right],$ $\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{aq}}\\ i_{\mathrm{bq}}\\ i_{\mathrm{cq}}\end{array}\right]=C_{23}\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\αq}}\\ i_{\mathrm{\βq}}\end{array}\right]---\left(9\right)$

式中， $C_{23}=C_{\mathrm{\α\β}}^T,$

将式(7)代入式(9)得：

$i_{\mathrm{ap}}={3u}_a\frac{p}{A},$ $i_{\mathrm{bp}}={3u}_b\frac{p}{A},$ $i_{\mathrm{cp}}={3u}_c\frac{p}{A},$

$i_{\mathrm{aq}}=(u_b-u_c)\frac{q}{A},$ $i_{\mathrm{bq}}=(u_c-u_a)\frac{q}{A},$ $i_{\mathrm{cq}}=(u_a-u_b)\frac{q}{A}---\left(10\right)$

式中A＝(u_a-u_b)²+(u_b-u_c)²+(u_c-u_a)²

所以，a、b、c各相的瞬时有功功率和无功功率，公式为：

$p_a=u_a{i}_{\mathrm{ap}}={3u}_a^2\frac{p}{A},$ $p_b=u_b{i}_{\mathrm{bp}}={3u}_b^2\frac{p}{A},$ $p_c=u_c{i}_{\mathrm{cp}}={3u}_c^2\frac{p}{A},$

$q_a=u_a{i}_{\mathrm{aq}}=u_a(u_b-u_c)\frac{q}{A},$ $q_b=u_b{i}_{\mathrm{bq}}=u_b(u_c-u_a)\frac{q}{A},$ $q_c=u_c{i}_{\mathrm{cq}}=u_c(u_a-u_b)\frac{q}{A}---\left(11\right)$

本发明的优点：本发明所述系统还具有以下特点：

[1]利用限幅电路将风机发电的电压值稳定在120V，克服了电压不稳的缺点。

[2]将应用与变压器领域的三维区图法应用到对抽水蓄能过程的控制中，实现了简单、快捷、直观的控制。

[3]利用三维区图投影法对水轮机和水泵的投切进行控制，面向用户的操作界面更简洁更直观，使用户能做出明确的判断，通过投影形状判断各断路器及开关的投切，使统控制性能稳定，方便观察和操作。

附图说明：

图1为本发明一种风水互补发电系统总结构框图；

图2为本发明一种风水互补发电系统控制与检测单元框图；

图3为本发明一种风水互补发电系统交流总线与继电器电路原理图；

图4为本发明一种风水互补发电系统单片机与继电器电路原理图；

图5为本发明一种风水互补发电系统限幅电路及采集单元的电路原理图；

图6为本发明一种风水互补发电系统键盘与显示单元电路原理图；

图7为本发明一种风水互补发电系统存储器电路原理图；

图8为本发明一种风水互补发电系统电源电路原理图；

图9为本发明一种风水互补发电控制方法构建的三维区图示意图；

图10为本发明一种风水互补发电控制方法风力发电单元产生的总功率∑p_Wind大于∑p_load时的投影示意图；

图11为本发明一种风水互补发电控制方法风力发电单元产生的总功率∑p_Wind小于P_E时的投影示意图；

图12为本发明一种风水互补发电控制方法风力发电单元产生的总功率∑p_Wind介于P_E和∑p_load之间时投影示意图；

图13为本发明一种风水互补发电控制方法断路器投切流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

本实施例中断路器的型号为C65N型磁吹断路器，电流互感器的型号为LZZBJ9-12，电压互感器的型号为JDZ10-10，电源电路采用芯片TPS767D318，控制器用蓄电池采用12V80Ah铅酸蓄电池，单片机的型号为87C552，锁存器的型号为74LS373，数据缓冲器的型号为8155，数据存储器的型号为28C512，中断处理单元的芯片型号为MC146818，键盘显示芯片的型号为8279，通信单元采用RS232协议。

本实施例的结构如图1所示，该装置包括风力发电单元、抽水蓄能单元、控制与检测单元和负载单元，其中，控制与检测单元的具体结构如图2所示，包括互感器组、限幅电路、采样单元、单片机、锁存器、存储器、键盘与显示芯片、数据缓冲器、电源电路、蓄电池组、中断处理器、直流总线、以太网通信单元、调制解调器和上位机，其中，互感器组包括电压互感器和电流互感器，键盘与显示芯片包括键盘和液晶控制器；

抽水蓄能单元包括水泵、水轮发电机、上水箱和下水箱，交流总线及断路器的输出端连接水泵的输入端，水泵的输出端连接上水箱的输入端，上水箱的输出端连接水轮发电机的输入端，水轮发电机的输出端连接下水箱的输入端；

检测与控制单元的单片机芯片通过互感器组连接电网，采集并计算电网电压和电网电流值；交流总线部分的继电器连接检测与控制单元的单片机芯片的I/O端口，单片机芯片控制继电器通断，保持电能系统的生产供应相平衡；

控制与检测单元中的交流总线为三相四线制，分别为A相、B相、C相、N相。交流总线由三组断路器和导线组成，并由三组断路器分别控制水泵、水轮发电机和逆变器单元与交流总线的通断，在本实例中，交流总线及断路器的电路原理图如图3所示，逆变器通过断路器与交流总线的A相、B相、C相和N相连接，水轮发电机通过断路器A与交流总线的A相、B相、C相和N相连接，水泵通过断路器B与交流总线A相、B相、C相和N相连接，交流配电的输出端连接交流总线A相、B相、C相和N相；

断路器A的A端、B端、C端及N端分别连接单片机P87C552的P0.0/AD0端、P0.1/AD1端、P0.2/AD2端、P0.3/AD3端，断路器B的A端、B端、C端及N端分别连接单片机P87C552的P0.4/AD4端、P0.5/AD5端、P0.6/AD6端、P0.7/AD7端；单片机控制控制其I/O口P0.0、P0.1、P0.2、P0.3输出高电平给断路器，P0.4、P0.5、P0.6、P0.7输出低电平给断路器，将水轮机投入运行，同时确保水泵关断，将系统中多余的电能转化为水的势；单片机控制器其I/O口P0.0、P0.1、P0.2、P0.3输出低电平给断路器，P0.4、P0.5、P0.6、P0.7输出高电平给断路器，同时P0.12输出高电平给断路器，给出水泵启停控制信号将水泵电机投入运行，同时确保水轮机关闭，将系统中水的势能转化为电能，其中，断路器与单片机连接的电路原理图如图4所示；

电路工作过程为系统三相相电压和线电流经过电压互感器JDZ10-10和电流互感器LZZBJ9-12二次互感变换后，对经过电压互感器的电压和经过电流互感器的电流进行采样。进行采样之前先对输入电压进行限幅控制，加入限幅电路，如图5所示，根据直流分压原理对输入电压进行限幅，限幅电路的入端连接互感器的输出端，限幅电路的输出端连接采样单元，将输入电压控制在120V；

采样单元将经过电压、电流互感器变换后的电压调理成0～+3.3V范围的电压输入到单片机进行A/D转换，A/D转换将这些信号转换为数据量；

存储器电路输出端41、17、6号引脚连接单片机芯片的46、47、31号引脚，存储器除了存储系统设置的各项参数外，还记录一定时段内的各相电压、电流、功率因数和瞬时功率，如图7所示；

键盘的输入端连接单片机芯片的16、17、18、19、20、21号引脚，液晶控制器输入端10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21号引脚连接单片机单元中的单片机芯片39、40、41、42、43、44、45、46、26、27、28、29号引脚；

电源电路连接单片机，供电电压为DC+5V，输出+1.8V和+3.3V的直流电压，满足单片机内核和I/O的供电需求，如图8所示；

以太网通讯单元，采用串行接口RS232协议，上位机通过通信单元MAX232的引脚11、10与单片机芯片24、25引脚相连，232插口通过232电缆与上位机串口相连，实现数据的传输，通信单元将系统的电压、电流、功率等参数传给上位机，可以在上位机上观察相应的波形，或者把数据保存至上位机的本地硬盘；键盘输入指令和系统的相关参数。

本实施例的工作原理：抽水蓄能单元有两种工作模式，既能将水的势能转换为电能又能将电能转换为水的势能，而控制器单元首先将直流电通过采样电路接入单片机并在单片机中构建三维坐标，通过投影方式判断水泵和水轮机以及逆变器的投切，逆变为三相交流市电输出，采用星型连接方式，将风力发电单元发出的交流电供给负载，若发电量富余，单片机控制启动水泵向上水箱抽水，将所发电能转化为水的势能；等到负载对电量的需求比较大的时候，利用单片机启动水轮发电机，将水的势能转化为电能，通过对交流总线上的电流、电压利用互感器进行修改，并将数据反馈给单片机，与单片机中从交流负载端接收的电压电流数据进行比较，实现对断路器的开关控制，从而实现抽水蓄能单元中水轮发电机和水泵的投切，直流部分直接送入控制器内部蓄电池，以备负载使用；

本实施例，一种风水互补发电系统控制方法，包括以下步骤：

步骤1：实时采集风力发电单元、水轮发电机、交流配电柜的电压、电流值和交流负载的电压、电流值；

步骤2：单片机对步骤1采集到的数据进行处理，计算出水泵、水轮发电机、交流配电柜三相相电压和三相线电流瞬时值、三相相电压有效值、有功功率和视在功率；并计算出蓄电池组的电压、电流和功率瞬时值；计算交流负载的功率值；

步骤2-1：接收数据并放入内存；(接收数据为一定时间段内A/D转换结果)；

步骤2-2、对步骤2-1中的数据进行标度转换，换算成三相电压和三相电流的瞬时值u_a、u_b、u_c、i_a、i_b、i_c；

步骤2-3、计算三相总瞬时有功功率p、总瞬时无功功率q、总瞬时视在功率s，公式为：

p＝u_ai_a+u_bi_b+u_ci_c

$q=\frac{1}{\sqrt{3}}[(u_b-u_c)i_a+(u_c-u_a)i_b+(u_a-u_b)i_c]$

$s=\sqrt{p^2+q^2}$

步骤2-4、计算a、b、c各相瞬时有功功率p_a、p_b、p_c，瞬时无功功率q_a、q_b、q_c，瞬时视在功率s_a、s_b、s_c；

A相：

$p_a=u_a{i}_{\mathrm{ap}}={3u}_a^2\frac{p}{A}$

$q_a=u_a{i}_{\mathrm{aq}}=u_a(u_b-u_c)\frac{q}{A}$

$s_a=\sqrt{p_a^2+q_a^2}$

B相：

$p_b=u_b{i}_{\mathrm{bp}}={3u}_b^2\frac{p}{A}$

$q_b=u_b{i}_{\mathrm{bq}}=u_b(u_c-u_a)\frac{q}{A}$

$s_b=\sqrt{p_b^2+q_b^2}$

C相：

$p_c=u_c{i}_{\mathrm{cp}}={3u}_c^2\frac{p}{A}$

$q_c=u_c{i}_{\mathrm{cq}}=u_c(u_a-u_b)\frac{q}{A}$

$s_c=\sqrt{p_c^2+q_c^2}$

式中A＝(u_a-u_b)²+(u_b-u_c)²+(u_c-u_a)²

步骤2-5、按照步骤2-1至步骤2-4，计算出风力发电单元和交流配电线部分的总功率∑p_Wind和∑p_load；

步骤2-6：结束；

步骤3：将步骤2计算的数据存入存储器，同时存储器中还存储一定时间段内水泵、水轮发电机、交流配电柜各相电压、电流瞬时值及蓄电池组的瞬时功率值；

步骤4：采用三维区图的方法，单片机对水轮机、水泵和蓄电池进行投切控制，方法为：

步骤4-1：在单片机中构建三维坐标，方法为：以风机发电单元采集到的电压作为横坐标U，以风机发电单元采集到的电流作为I轴，以配电线柜的有功功率作为P轴；

步骤4-2：在P轴上确定交流负载的功率值∑P_load和蓄电池组的功率瞬时值P_E两点的位置，将P轴划分为3段，过P轴上的∑P_load点和P_E点形成2个平面，即第一平面和第二平面，分别与U-I平面平行；在U轴上确定电压极限值：取电压下限值为U_L，电压上限值为U_H，分别过U_L点和U_H点做P-I轴的平行平面；在I轴上确定电流极限值：取电流下限值为I_L，电流上限值为I_H；分别过I_L点和I_H点做P-I轴的平行平面，形成三维区图，如图9所示；

步骤4-3：交流配电柜的有功功率即风力发电单元产生的总功率∑p_Wind，判断∑p_Wind值在P轴上的位置，若∑p_Wind点在第一平面以上，则执行步骤4-4，若∑p_Wind点在第一平面与第二平面之间，则执行步骤4-5，若∑p_Wind点在第二平面以下，则执行步骤4-6；

步骤4-4：令交流配电线部分的总功率∑p_load为功率极限值上限，将蓄电池额定进线功率P_E设为功极限值轴下限，当风力发电单元产生的总功率∑p_Wind大于交流配电线部分的总功率∑p_load与蓄电池额定进线功率P_E之差时，tanα大于零，投影角度为锐角，执行步骤4-7，其中：

$\tan \mathrm{\α}=\frac{\mathrm{\Σ}{p}_{\mathrm{Wind}}-(\mathrm{\Σ}{p}_{\mathrm{load}}-P_E)}{\mathrm{\Σ}{p}_{\mathrm{Wind}}}$

步骤4-5：当风力发电单元产生的总功率∑p_Wind大于蓄电池额定进线功率P_E而小于交流配电线部分的总功率∑p_load时，投影角度为垂直向下，，执行步骤4-8；

步骤4-6：当风力发电单元产生的总功率∑p_Wind小于交流配电线部分的总功率∑p_load与蓄电池额定进线功率P_E之差时，tanα小于零，投影角度为钝角，执行步骤4-9；

步骤4-7：∑p_Wind点的投影形状如图10所示，此时启动水泵来消耗系统中多余的电能，将之转化为水的势能存储起来，同时关断蓄电池充电电路的开关，执行步骤1；

步骤4-8：当风力发电单元产生的总功率∑p_Wind大于蓄电池额定进线功率P_E而小于交流配电线部分的总功率∑p_load时，投影角度为垂直向下，∑p_Wind点的投影形状如图11所示，此时启动水轮发电机来补充系统所需的电能，这时是将水的势能转化成电能回馈到系统中。同时关断蓄电池充电电路的开关，执行步骤1；

步骤4-9：∑p_Wind点的形状如图12所示，此时启动水轮发电机来补充系统所需的电能，这时是将水的势能转化成电能回馈到系统中，同时开启蓄电池充电电路的开关，执行步骤1；

继电器投切主要完成对风力发电单元、太阳能发电单元、水轮发电机、水泵和负载的投切，其流程图如附图13所示。

Claims (4)

1.一种风水互补发电系统，包括风力发电单元、控制与检测单元、抽水蓄能单元及负载单元，其特征在于：控制与检测单元中还包括限幅电路，用于对输入的电压信号进行稳压。

2.根据权利要求1所述的一种风水互补发电系统，其特征在于：所述的限幅电路由滑动变阻器组成。

3.根据权利要求1所述的一种风水互补发电系统，其特征在于：所述的限幅电路，将输入的电压稳定在120V。

4.采用权利要求所述的风水互补发电系统进行控制的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：实时采集风力发电单元、水轮发电机、交流配电柜的电压、电流值和交流负载的电压、电流值；

步骤2：单片机对步骤1采集到的数据进行处理，计算出水泵、水轮发电机、交流配电柜三相相电压和三相线电流瞬时值、三相相电压有效值、有功功率和视在功率；并计算出蓄电池组的电压、电流和功率瞬时值；计算交流负载的功率值；

步骤3：将步骤2计算的数据存入存储器，同时存储器中还存储一定时间段内水泵、水轮发电机、交流配电柜各相电压、电流瞬时值及蓄电池组的瞬时功率值；

步骤4：采用三维区图的方法，实现单片机对水轮机、水泵和蓄电池的投切控制，方法为：

步骤4-1：在单片机中构建三维坐标，方法为：以风机发电单元采集到的电压作为横坐标U，以风机发电单元采集到的电流作为纵坐标I轴，以配电线柜的有功功率作为P轴；

步骤4-2：在P轴上确定交流负载的功率值∑P_load和蓄电池组的功率瞬时值P_E两点的位置，所述两点将P轴划分为3段，过P轴上的∑P_load点和P_E点形成2个平面，即第一平面和第二平面，分别与U-I平面平行；在U轴上确定电压极限值：取电压下限值为U_L，电压上限值为U_H，分别过U_L点和U_H点做P-I轴的平行平面；在I轴上确定电流极限值：取电流下限值为I_L，电流上限值为I_H；分别过I_L点和I_H点做P-I轴的平行平面，形成三维区图；

步骤4-3：交流配电柜的有功功率即风力发电单元产生的总功率∑p_Wind，判断∑p_Wind值在P轴上的位置，若∑p_Wind点在第一平面以上，则执行步骤4-4，若∑p_Wind点在第一平面与第二平面之间，则执行步骤4-5，若∑p_Wind点在第二平面以下，则执行步骤4-6；

步骤4-4：∑p_Wind点以α1角度向U-I平面投影，所述的α1角为锐角，执行步骤4-7；

步骤4-5：∑p_Wind点以α2角度向U-I平面投影，所述的α2角为90°，执行步骤4-8；

步骤4-6：∑p_Wind点以α3角度向U-I平面投影，所述的α3角为钝角，执行步骤4-9；

步骤4-7：启动水泵，关闭蓄电池充电电路开关，执行步骤1；

步骤4-8：启动水轮机，关闭蓄电池充电电路开关，执行步骤1；

步骤4-9：启动水轮机，开启蓄电池充电电路开关，执行步骤1。

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