CN103599700B - 一种风光柴蓄驱动反渗透淡化装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风光柴蓄驱动反渗透淡化装置的控制方法，采集风力发电功率Q_WT，太阳能发电功率Q_PV，蓄电池输出功率Q_SC和反渗透海水淡化装置负载功率Q_L；通过比较风光蓄电力供应功率与负载需求功率，从而判断系统供电的运行模式和反渗透海水淡化装置的运行模式，该方法优先利用太阳能或风能为整个反渗透海水淡化装置供电，当Q_WT+Q_PV+Q_sc<Q_L时，系统进入风光柴供电模式，并驱动反渗透海水淡化装置分模块运行状态。本发明的控制方法，实现风光柴蓄驱动反渗透海水淡化装置的协调优化和智能控制，实现新能源在反渗透海水淡化领域的多能互补，提高风光供电的利用率，有效保障了反渗透海水淡化装置的电能供应的稳定性和持续性。

Description

一种风光柴蓄驱动反渗透淡化装置的控制方法

技术领域

本发明涉及风光互补发电和海水淡化控制领域，特别是涉及一种利用风光柴蓄多能互补供电和反渗透法技术实现海水淡化装置的控制方法。

背景技术

海水淡化是解决沿海地区和海岛水资源供需矛盾的重要途径，但在工程推广应用还存在许多制约因素。一方面海水淡化属于能量密集型产业，其运行需要消耗大量的煤、石油、天然气等化石能源；另一方面对于缺乏化石燃料资源的地区，特别是电网覆盖不到的边防哨所、孤立海岛及边远地区，其能源供应和淡水资源同等匮乏，极大地限制了海水淡化的应用。随着风力发电和太阳能发电技术的日趋成熟，就地利用风能和太阳能资源的天然互补优势：白天太阳光强，夜间风多；夏天日照好，风弱；冬春季节风大，日照弱。因此风光互补发电成为替代常规能源发电的重要方式之一。反渗透海水淡化技术具有工艺成熟、模块化程度高、建设周期短、动力匹配灵活等特点，已逐步成为解决淡水资源短缺的重要途径。

控制策略成为风光柴蓄驱动反渗透海水淡化装置的关键因素。目前的控制策略比较保守，在风光资源都较好的时候，通常只会考虑风力发电或者太阳能发电的出力，以匹配反渗透海水淡化装置的产水能力。这样，为了保证系统供电的可靠性，风光发电系统的必须过量配置，裕度留取过大，通常系统容量是负荷的2-3倍，而当风光发电系统不足以启动海水淡化装置时，不能保障缺水地区日常的生产和长活。另外，由于目前控制器功能设计的不合理，风光发电系统不足以给反渗透海水淡化装置供电时，只能依靠柴油发电机给反渗透海水淡化装置供电，这样大大浪费了风光资源产生的部分能量，消耗了常规能源（煤、石油），控制策略和能量流控制器是造成风光柴蓄驱动海水淡化装置工程造价高的主要原因，同时不能体现海水淡化装置的优越性，严重制约着其广泛应用。

发明内容

本发明提供一种风光柴蓄驱动反渗透海水淡化装置的控制方法，以解决现有技术中风光新能源供电系统的利用率低，风光柴蓄多能互补供电方式驱动反渗透海水淡化装置控制策略不合理的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的风光柴蓄驱动反渗透海水淡化装置的控制方法通过以下的技术方案予以实现：

一种风光柴蓄驱动反渗透淡化装置的控制方法，采集风力发电功率Q_WT，太阳能发电功率Q_PV，蓄电池输出功率Q_SC和反渗透海水淡化装置负载功率Q_L；通过比较风光蓄电力供应功率与负载需求功率，从而判断系统供电的运行模式和反渗透海水淡化装置的运行模式。该方法优先利用太阳能或风能为整个反渗透海水淡化装置供电，其特征在于，当Q_WT+Q_PV>0且Q_WT+Q_PV+Q_sc<Q_L时，系统进入风光柴供电模式，并驱动反渗透海水淡化装置分模块运行状态，分模块运行模式为：将反渗透海水淡化装置按照原料水箱、中间水箱和产品水箱为界，依次分为取水模块、预处理模块、反渗透模块和产水模块；首先比较各子模块的功率并对此排序，按照排序后的子模块的功率大小及风光供电系统的总输出功率值，确定供电模式，优先利用风光供电系统向消耗功率最大的模块进行供电，其他模块利用利用柴油发电机供电，同时风光供电系统的富裕电能向蓄电池充电。

作为优选实施方式，反渗透海水淡化装置分模块运行模式中，设取水模块、预处理模块、反渗透模块和产水模块四个模块的按照功率大小排序之后为：Q₁＞Q₂＞Q₃＞Q₄，按照下列步骤顺序执行：

当Q_WT+Q_PV＞Q₁时，风光供电系统向Q₁供电，柴油发电机向Q₂、Q₃和Q₄供电；

当Q_WT+Q_PV＞Q₂时，风光供电系统向Q₂供电，柴油发电机向Q₁、Q₃和Q₄供电；

当Q_WT+Q_PV＞Q₃时，风光供电系统向Q₃供电，柴油发电机向Q₁、Q₂和Q₄供电；

当Q_WT+Q_PV＞Q₄时，风光供电系统向Q₄供电，柴油发电机向Q₁、Q₂和Q₃供电；

当Q_WT+Q_PV≤Q₄时，系统进入只利用柴油发电机模式。

除了当Q_WT+Q_PV>0且Q_WT+Q_PV+Q_sc<Q_L时，系统进入风光柴供电模式，并驱动反渗透海水淡化装置分模块运行状态这种情形之外，还包括以下的情形：

（1）当Q_WT+Q_PV≤0时，即无风无光，系统进入只利用柴油发电机模式；

（2）当Q_WT+Q_PV＞0时，即有风或有光，又分以下几种情形：

当Q_WT＞Q_L时，系统进入只利用风力供电模式，同时风力供电系统的富裕电能（Q_WT-Q_L）向蓄电池充电；

当Q_WT＜Q_L且Q_PV＞Q_L时，系统进入只利用太阳能供电模式，同时太阳能供电系统的富裕电能（Q_PV-Q_L）向蓄电池充电；

当Q_WT＜Q_L且Q_PV＜Q_L且Q_WT+Q_PV＞Q_L时，系统进入同时利用风光供电模式，同时风光供电系统的富裕电能（Q_WT+Q_PV-Q_L）向蓄电池充电；

当Q_WT+Q_PV＜Q_L且Q_WT+Q_PV+Q_sc＞Q_L时，系统进入风光蓄供电模式，同时判断蓄电池是否达到深度放电值，若达到深度放电值，则风光供电系统向蓄电池充电。

本发明的有益效果如下：

（1）本发明提出的控制方法采用先进的综合控制策略，通过对风光蓄供电系统和反渗透海水淡化装置运行的监测和控制，实现风光柴蓄驱动反渗透淡化装置的协调优化和智能控制，有效地提高风力供电和太阳能供电的利用率，保证反渗透海水淡化淡化装置电力供应的稳定性和可靠性。

（2）当风光新能源供电充足时，风力或太阳能供电系统直接供给反渗透海水淡化装置，避免蓄电池处于不断的充放电状态，大大延长了蓄电池的使用寿命，同时节省蓄电池容量，降低风光柴蓄驱动反渗透海水淡化装置的工程造价。

（3）当风光新能源供电不足以供应整套淡化装置时，采用反渗透海水淡化装置的分模块运行模式，即以原料水箱、中间水箱和产品水箱为中转站，将反渗透海水淡化装置分成取水模块、预处理模块、反渗透模块和产水模块；然后根据风光新能源的电力供应情况，启动反渗透海水淡化装置的其一模块，其余模块由柴油发电机供电，最大程度地利用新能源，节约传统能源（煤、石油）。

附图说明

图1是本发明的风光柴蓄驱动反渗透海水淡化装置控制方法流程框图。

图2为本发明的反渗透海水淡化装置全模块运行模式流程框图。

图3是本发明的反渗透海水淡化装置分模块流程框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的一种风光柴蓄驱动反渗透海水淡化装置的控制方法的具体实施方式进行详细的描述。

如图1所示，通过采集风力发电功率Q_WT，太阳能发电功率Q_PV，蓄电池输出功率Q_SC、反渗透海水淡化装置负载功率Q_L，然后进入风光柴蓄系统供电功率与反渗透海水淡化装置消耗功率的比较程序，从而判断系统供电的运行模式和反渗透海水淡化装置的运行模式。

当Q_WT+Q_PV≤0时，即无风无光，将能源供应R置为1，同时系统进入只利用柴油发电机模式，

当Q_WT+Q_PV＞0时，即有风或有光，系统进入风力供电功率Q_WT和反渗透海水淡化装置负载功率Q_L比较程序；

当Q_WT＞Q_L时，将能源供应R置为2，同时系统进入只利用风力供电模式，

当Q_WT＜Q_L时，系统进入太阳能供电功率Q_PV和反渗透海水淡化装置负载功率Q_L比较程序；

当Q_PV＞Q_L时，将能源供应R置为3，同时系统进入只利用太阳能供电模式，

当Q_PV＜Q_L时，系统进入风光供电功率Q_WT+Q_PV和反渗透海水淡化装置负载功率Q_L比较程序；

当Q_WT+Q_PV＞Q_L时，将能源供应R置为4，同时系统进入同时利用风光供电模式，

当Q_WT+Q_PV＜Q_L时，系统进入风光蓄供电功率和反渗透海水淡化装置负载功率Q_L比较程序；

当Q_WT+Q_PV+Q_sc＞Q_L时，将能源供应R置为5，同时系统进入风光蓄供电模式，

当Q_WT+Q_PV+Q_sc＜Q_L时，将能源供应R置为6，同时系统进入风光柴供电模式。

图2所示为反渗透海水淡化装置全模块运行模式

当R=1时，系统进入只利用柴油发电机模式，即启动柴油发电机，启动反渗透海水淡化装置全模块运行状态；

当R=2时，系统进入只利用风力供电模式，即启动风力供电，启动反渗透海水淡化装置全模块运行状态，同时风力供电系统的富裕电能（Q_WT-Q_L）向蓄电池充电；

当R=3时，系统进入只利用太阳能供电模式，即启动太阳能供电，启动反渗透海水淡化装置全模块运行状态，同时太阳能供电系统的富裕电能（Q_PV-Q_L）向蓄电池充电；

当R=4时，系统进入同时利用风光供电模式，即启动风力供电和太阳能供电系统，启动反渗透海水淡化装置全模块运行状态，同时风光供电系统的富裕电能（Q_WT+Q_PV-Q_L）向蓄电池充电；

当R=5时，系统进入同时利用风光蓄供电模式，即启动风力供电、太阳能供电和蓄电池供电系统，启动反渗透海水淡化装置全模块运行状态，同时判断蓄电池是否达到深度放电值（根据不同的电池容量进行设置），若达到深度放电值，则风光供电系统向蓄电池充电，系统跳入主程序。

当R=6时，系统进入同时利用风光柴供电模式，即启动风力供电、太阳能供电和柴油发电机系统，驱动反渗透海水淡化装置分模块运行状态，同时风光供电系统的富裕电能（Q_WT+Q_PV-Q_L）向蓄电池充电；

图3所示为反渗透海水淡化装置分模块运行模式

将反渗透海水淡化装置按照原料水箱、中间水箱和产品水箱为界，依次分为取水模块Q_RW、预处理模块Q_UF、反渗透模块Q_RO和产水模块Q_PW；首先比较各子模块的功率并对此排序，此时假定Q_RO＞Q_UF＞Q_PW＞Q_RW。

当Q_WT+Q_PV＞Q_RO时，风光供电系统向反渗透模块供电，柴油发电机向取水模块、预处理模块和产水模块供电，当Q_WT+Q_PV≤Q_RO时，转入下一步判断程序；

当Q_WT+Q_PV＞Q_UF时，风光供电系统向预处理模块供电，柴油发电机向取水模块、反渗透模块和产水模块供电，当Q_WT+Q_PV≤Q_UF时，转入下一步判断程序；

当Q_WT+Q_PV＞Q_PW时，风光供电系统向产水模块供电，柴油发电机向取水模块、预处理模块和反渗透模块供电，当Q_WT+Q_PV≤Q_PW时，转入下一步判断程序；

当Q_WT+Q_PV＞Q_RW时，风光供电系统向取水模块供电，柴油发电机向预处理模块、反渗透模块和产水模块供电，当Q_WT+Q_PV≤Q_RW时，将能源供应位R置1，同时系统进入只利用柴油发电机模式，反渗透海水淡化装置处于全模块运行模式。

Claims (3)

1.一种风光柴蓄驱动反渗透淡化装置的控制方法，采集风力发电功率Q_WT，太阳能发电功率Q_PV，蓄电池输出功率Q_SC和反渗透海水淡化装置负载功率Q_L；通过比较风光蓄电力供应功率与负载需求功率，从而判断系统供电的运行模式和反渗透海水淡化装置的运行模式；该方法优先利用太阳能或风能为整个反渗透海水淡化装置供电，其特征在于，当Q_WT+Q_PV>0且Q_WT+Q_PV+Q_sc<Q_L时，系统进入风光柴供电模式，并驱动反渗透海水淡化装置分模块运行状态，分模块运行模式为：将反渗透海水淡化装置按照原料水箱、中间水箱和产品水箱为界，依次分为取水模块、预处理模块、反渗透模块和产水模块；首先比较各子模块的功率并对此排序，按照排序后的子模块的功率大小及风光供电系统的总输出功率值，确定供电模式，优先利用风光供电系统向消耗功率最大的模块进行供电，其他模块利用柴油发电机供电，同时风光供电系统的富裕电能向蓄电池充电。

2.根据权利要求1所述风光柴蓄驱动反渗透淡化装置的控制方法，其特征在于，反渗透海水淡化装置分模块运行模式中，设取水模块、预处理模块、反渗透模块和产水模块四个模块的按照功率大小排序之后为：Q₁＞Q₂＞Q₃＞Q₄，按照下列步骤顺序执行：当Q_WT+Q_PV＞Q₁时，风光供电系统向Q₁供电，柴油发电机向Q₂、Q₃和Q₄供电；当Q_WT+Q_PV＞Q₂时，风光供电系统向Q₂供电，柴油发电机向Q₁、Q₃和Q₄供电；当Q_WT+Q_PV＞Q₃时，风光供电系统向Q₃供电，柴油发电机向Q₁、Q₂和Q₄供电；当Q_WT+Q_PV＞Q₄时，风光供电系统向Q₄供电，柴油发电机向Q₁、Q₂和Q₃供电；当Q_WT+Q_PV≤Q₄时，系统进入只利用柴油发电机模式。

3.根据权利要求1所述风光柴蓄驱动反渗透淡化装置的控制方法，其特征在于，除了当Q_WT+Q_PV>0且Q_WT+Q_PV+Q_sc<Q_L时，系统进入风光柴供电模式，并驱动反渗透海水淡化装置分模块运行状态这种情形之外，还包括以下的情形：

（1）当Q_WT+Q_PV≤0时，即无风无光，系统进入只利用柴油发电机模式；

（2）当Q_WT+Q_PV＞0时，即有风或有光，又分以下几种情形：

当Q_WT＞Q_L时，系统进入只利用风力供电模式，同时风力供电系统的富裕电能（Q_WT-Q_L）向蓄电池充电；

当Q_WT＜Q_L且Q_PV＞Q_L时，系统进入只利用太阳能供电模式，同时太阳能供电系统的富裕电能（Q_PV-Q_L）向蓄电池充电；

当Q_WT＜Q_L且Q_PV＜Q_L且Q_WT+Q_PV＞Q_L时，系统进入同时利用风光供电模式，同时风光供电系统的富裕电能（Q_WT+Q_PV-Q_L）向蓄电池充电；

当Q_WT+Q_PV＜Q_L且Q_WT+Q_PV+Q_sc＞Q_L时，系统进入风光蓄供电模式，同时判 断蓄电池是否达到深度放电值，若达到深度放电值，则风光供电系统向蓄电池充电。