CN104242433A - 一种混合能源电站能量管理系统 - Google Patents

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姜广宇
王海松
郑琴
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Abstract

本发明涉及一种混合能源电站能量管理系统，该系统包括：能量转换系统：包括风力发电机、太阳能发电设备；负载：用电设备；储能系统：将能量转换系统转换的电能中负载未消耗的电能储存在储能系统中；下位机：控制能量转换系统的工作，和负载与储能系统间的协调运行。所述能量转换系统还包括柴油发电机，所述柴油发电机仅在储能系统能量储量不足或大电流放电时适当补充。微网能量管理系统不仅保证了微网的高效、稳定运行，还提高了可再生能源的利用率，延长了电池的使用寿命。将蓄电池作为能量管理单元、解决系统发电与耗电管理不平衡的问题。

Description

一种混合能源电站能量管理系统
技术领域
本发明属于混合发电技术领域，具体涉及一种混合能源电站能量管理系统。
背景技术
近年来,随着能源紧缺以及环境恶化的加剧,可再生能源利用得到各国重视。风能、波浪能、太阳能等可再生清洁能源得到了开发利用，利用风能等能源建立独立的能源电站，可以为无电网的偏远地区供电、解决能源问题，可再生能源的混合发电技术拥有广阔的市场前景。
可再生独立能源电站是一个复杂的系统，各种可再生能源提供的电力均不稳定，随能流大小而变，用户的用电也不稳定。在发电和用电均不稳定的情况下，需要建立一个可再生独立能源电站的能量管理系统，实现对系统发电控制、能量储蓄控制、可控负载的控制以及工作状态的监测，每一个环节不可或缺，否则将影响系统输出电力的质量，甚至导致严重事故。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种混合能源电站能量管理系统，将蓄电池作为能量管理单元、解决系统发电与耗电管理不平衡的问题，同时接入可控负载，实现更大范围内的平衡。
本发明的技术方案是：一种混合能源电站能量管理系统，包括：能量转换系统：包括风力发电机、太阳能发电设备；负载：用电设备；储能系统：将能量转换系统转换的电能中负载未消耗的电能储存在储能系统中；下位机：控制能量转换系统的工作，和负载与储能系统间的协调运行。所述能量转换系统还包括柴油发电机，所述柴油发电机仅在储能系统能量储量不足或大电流放电时适当补充。所述负载包括可控负载，在能源过剩时，启动可控负载。所述可控负载为海水淡化装置、制冰机或电炉。所述风力发电机为永磁直驱风机，采用变速变桨距控制方式。所述储能系统包括三组蓄电池，所述能量管理系统还包括数据采集调理电路，所述数据采集调理电路采集蓄电池的充放电电流、电压和温度数据，并传送给下位机，所述数据采集调理电路包括信息采集单元、信号预处理单元和多采样率处理单元。所述能量管理系统还包括工控机、操作指示模块和TC35i模块，工控机通过总线接收来自下位机的数据，操作指示模块和TC35i模块连接到工控机。
本发明有如下积极效果：该系统实时监视系统运行工况，并将关键运行信息通过通用分组无线服务传送至远方的管理系统。微网能量管理系统不仅保证了微网的高效、稳定运行，还提高了可再生能源的利用率，延长了电池的使用寿命。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的混合能源发电系统结构图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
本发明的主要思路是：本发明的混合能源电站能量管理系统包括两层结构，下层结构为分布式发电设备和微网负载的控制器，可细分为能量转换系统、下位机和负载，功能主要是就地对微网中各种分布式发电设备与负载进行控制，实现微网内关键负荷的采集、低频/低压减载功能；上层为远程监控系统，将重要的运行信息通过GPRS传送到远程控制终端等。
下层结构包括风力发电机、太阳能发电设备、储能系统、柴油发电机、可控负载、常用负载和下位机，各设备通过各自的变流器或变压器接入系统10kV直流母线。其中，储能系统包含三组独立的蓄电池组。下位机分别通过隔离驱动连接到可调负载和备用柴油发电机，太阳能电池阵列通过MPPT(DC/DC)连接到交流母线，风力即通过整流器连接到交流母线，备用柴油发电机通过充电柜连接交流母线，备用柴油发电机仅在蓄电池能量储量不足或大电流放电时适当补充。系统采用直流并联方式,即各种能源所发的电能以直流电形式送至直流母线,负载与蓄电池和逆变器的输入端连接。系统结构图如图1所示。
本发明采用的风机为永磁直驱风机，采用变速变桨距控制策略，该控制策略使风机在低于额定风速区域按照变速定桨距方式运行，而在高于额定风速区域转换为变桨距方式运行。同时，该控制策略提高了风机在低风速下捕获风能的能力，而变桨距运行使得风机在高于额定风速下可以有效地进行功率调节。
储能系统包含三组蓄电池，为了更好的利用可再生能源，最大限度的保护蓄电池，电站的EMS对蓄电池的充放电电流以及电压进行测量，以估算蓄电池内电池储量，避免对蓄电池过度充放。下位机通过数据采集调理电路连接蓄电池，数据采集调理电路采集蓄电池的充放电电流、电压和温度。本发明的数据采集调理电路集成了信息采集单元、信号预处理单元和多采样率处理单元，首先，信息采集单元采集蓄电池的充放电电流和电压，并将采集到的电流和电压信号经预处理后变成离散信号；然后，根据抽样因子对离散振动信号进行多采样率处理，然后通过RS485或者RS232发送到上位机，通过工控机分析接收到的信号来识别设备的状态。多采样率信号处理技术通过一个信号处理系统中采用两个或两个以上的采样速率，可以减少存储量、降低计算复杂度，以便于信号的存储、传递和处理，多采样率信号处理首先得到抽样因子，再根据抽样因子来构造低通滤波器，对振动信号抗混叠低通滤波后进行二次抽样处理。
本发明的上层结构包括工控机、操作指示模块和TC35i模块，工控机通过接收来自下位机的数据，实现对系统的运行状态的监测，操作指示模块用来输入操作指令。利用GSM网络,采用TC35i模块实现手机短信功能。手机短信有主动发送和查询发送2种功能。主动发送功能即在系统中预设一定条件,当系统检测到此条件时,如蓄电池电压过压或欠压,就给预设的手机用户发送系统状态信息,以便相应人员采取相应措施。查询发送功能即任何手机、任何时间、任何地点向系统发送查询指令,系统则会返回当前系统状态的信息,也可以发送命令对系统进行控制。这样,只要有GSM网络,再偏远的地区也可以实现对系统的监控。
本发明系统的太阳能和风能具有较强的互补性，微网采用太阳能和风能联合发电方式，能从某种形式上减小单一发电形式的间歇性和波动性，储能装置常用来维持微网内能量平衡，保证系统的暂态稳定；柴油发电机作为后备电源，在紧急情况下提供支持。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种混合能源电站能量管理系统，其特征在于，包括： 
能量转换系统：包括风力发电机、太阳能发电设备； 
负载：用电设备； 
储能系统：将能量转换系统转换的电能中负载未消耗的电能储存在储能系统中； 
下位机：控制能量转换系统的工作，和负载与储能系统间的协调运行。 
2.根据权利要求1所述的混合能源电站能量管理系统，其特征在于：所述能量转换系统还包括柴油发电机，所述柴油发电机仅在储能系统能量储量不足或大电流放电时适当补充。 
3.根据权利要求1所述的混合能源电站能量管理系统，其特征在于：所述负载包括可控负载，在能源过剩时，启动可控负载。 
4.根据权利要求3所述的混合能源电站能量管理系统，其特征在于：所述可控负载为海水淡化装置、制冰机或电炉。 
5.根据权利要求1所述的混合能源电站能量管理系统，其特征在于：所述风力发电机为永磁直驱风机，采用变速变桨距控制方式。 
6.根据权利要求1所述的混合能源电站能量管理系统，其特征在于：所述储能系统包括三组蓄电池。 
7.根据权利要求6所述的混合能源电站能量管理系统，其特征在于：所述能量管理系统还包括数据采集调理电路，所述数据采集调理电路采集蓄电池的充放电电流、电压和温度数据，并传送给下位机，所述数据采集调理电路包括信息采集单元、信号预处理单元和多采样率处理单元。 
8.根据权利要求1所述的混合能源电站能量管理系统，其特征在于：所述能量管理系统还包括工控机、操作指示模块和TC35i模块，工控机通过总线接收来自下位机的数据，操作指示模块和TC35i模块连接到工控机。 
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