CN104967393A - 离网型风光互补海水淡化的能量均衡控制系统及其实现方法 - Google Patents

离网型风光互补海水淡化的能量均衡控制系统及其实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种离网型风光互补海水淡化的能量均衡控制系统及其实现方法，它包括光伏发电单元、风力发电单元、能量存储单元、海水淡化装置和智能控制器；所述的智能控制器同时与光伏发电单元、风力发电单元、能量存储单元和海水淡化装置连接。所述的光伏发电单元环绕风力发电单元皆与能量存储单元相连，能量存储单元与海水淡化装置连接。风电经能量储存单元供给负载。本发明具有能量供给稳定、能量损耗少等优点，同时延长负载的工作时间，且工作期间负载无需频繁启动，能有效提高负载的使用寿命。

Description

离网型风光互补海水淡化的能量均衡控制系统及其实现方法
技术领域
本发明涉及一种基于多种能源互补工作的控制系统，特别适用于给交流负载提供能源的一种离网型风光互补海水淡化能量均衡控制系统。
背景技术
二十一世纪随着绿色能源的广泛普及，太阳能，风能也逐渐的普及到人们的生活中来，风光互补发电按其连接方式可以分为离网型和并网型两种，离网型与并网型风力发电系统相比具有投资小、使用灵活的特点，特别是对沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，有着十分重要的意义。据统计，全球可利用淡水仅占水资源0.7%，大部分是不可再生的地下水，全球现有1/5人口缺水，到2025年，将有1/3人口缺水。中国缺水更加严重，为公认的的世界13个最贫水国家之一。海洋在为人类提供丰富的渔业资源同时，也蕴藏着巨大的水资源，但海水与淡水的最大区别之一就是海水盐度较高（平均盐度为3.5%），不适合直接饮用，需要进行淡化处理。
由于自然界中的风能、太阳能等无污染的新能源都是无法预测的随机量，如公开号为ZL200920198757.0的中国专利公开的一种风光互补海水淡化装置，该装置没有均衡控制系统，且在太阳光较弱时负载无法正常工作，能源的利用率不高。海水淡化装置的负载功率为确定值，但是光伏电站和风力发电机输出的功率是时时刻刻变化的，因此需要均衡能量使得输出的功率恒定。再如公开号为200810025204.5的中国专利公开的薄膜电池光伏电站及风电场互补系统,因其能量经过公共电网、蓄电池组后输入负载，负载能长时间稳定工作，但是能量经过多级传递后，也造成了损耗过多的问题。
鉴于以上的情形，本发明公开了一种离网型风光互补海水淡化的能量均衡控制系统及其实现方法，具有能量输出稳定、能量损耗少等优点，同时延长负载的工作时间，且工作期间负载无需频繁启动，能有效提高负载的使用寿命。
发明内容
本发明主要目的是解决现有技术问题，提供一种离网型风光互补海水淡化的能量均衡控制系统及其实现方法，使得负载能获得稳定的能量输入，减少负载因为输入功率不足而导致的暂停工作的次数，同时延长负载的工作时间，使得负载使用寿命及工作效率大大提升，同时因其主要能量来源较少的传递级数，使得能量损耗小。
为了解决上述问题，本发明的技术方案是：
本发明是一种离网型风光互补海水淡化能量均衡控制系统，包括光伏发电单元(1)、风力发电单元(2)、能量存储单元(3)、海水淡化装置(4)和智能控制器(5)；所述的智能控制器(5)同时与光伏发电单元(1)、风力发电单元(2)、能量存储单元(3)和海水淡化装置(4)连接；
所述的海水淡化装置(4)由变频器(41)和交流负载(42)组成，所述的变频器(41)的输出端与交流负载(42)的输入端连接；
所述的能量存储单元(3)由蓄电池组(31)、限流器(32)和蓄电DC/AC逆变器(33)组成，所述的蓄电池组(31)与限流器(32)连接，限流器(32)与蓄电DC/AC逆变器(33)连接，蓄电DC/AC逆变器(33)经第三智能开关(53)与变频器(41)连接；
所述的光伏发电单元(1)由光伏电站(11)、光电DC/AC逆变器(12)和光电AC/DC转换器(13)组成，所述的光伏电站(11)与光电DC/AC逆变器(12)的输入端连接，光电DC/AC逆变器(12)的输出端与光电AC/DC转换器(13)的输入端连接，光电AC/DC转换器(13)的输出端经第二智能开关(52)与蓄电池组(31)连接，所述的光电DC/AC逆变器(12)也可经第一智能开关(51)与变频器(41)连接；
所述的风力发电单元(2)由风力发电机(21)和风电AC/DC转换器(22)组成，所述的风力发电机(21)的输出端与风电AC/DC转换器(22)的输入端连接，风电AC/DC转换器(22)的输出端与蓄电池组(31)连接。
本发明是一种离网型风光互补海水淡化能量均衡控制系统的实现方法，它包括光伏电站(11)、光电DC/AC逆变器(12)、光电AC/DC转换器(13)、风力发电机(21)、风电AC/DC转换器(22)、蓄电池组(31)、限流器(32)、蓄电DC/AC逆变器(33)、变频器(41)、交流负载(42)、智能控制器(5)、第一智能开关(51)、第二智能开关(52)和第三智能开关(53)；其特征在于：智能控制器(5)收集监控光电DC/AC逆变器(12)输出功率P1，蓄电DC/AC逆变器(33)输出功率P2，光电AC/DC转换器(13)输出功率P3以及蓄电池组(31)的电量，同时已知交流负载(42)所需的功率P0，风力发电机(21)产生的能量全部通过风电AC/DC转换器(22)存储进蓄电池组(31)，具体包括以下工况：①当P1>P0，光伏电站(11)产生的能量能独立驱动交流负载(42)工作时，智能控制器(5)控制第一智能开关(51)和第二智能开关(52)闭合，第三智能开关(53)断开，光伏电站(11)产生的能量优先通过光电DC/AC逆变器(12)和变频器(41)后直接驱动交流负载(42)工作，同时，多余的能量通过光电AC/DC转换器(13)存储进蓄电池组(31)；②当P1<P0，光伏电站(11)产生的能量无法独立驱动交流负载(42)工作且蓄电池组(31)电量>80%时，智能控制器(5)控制第一智能开关(51)和第三智能开关(53)闭合，第二智能开关(52)断开，光伏电站(11)产生的能量全部通过光电DC/AC逆变器(12)和变频器(41)后驱动交流负载(42)工作，同时，蓄电池组(31)储存的能量通过限流器(32)、蓄电DC/AC逆变器(33)和变频器(41)后驱动交流负载(42)工作；③当P1<P0，光伏电站(11)产生的能量无法驱动交流负载(42)工作，同时蓄电池组(31)电量<30%时，智能控制器(5)控制第二智能开关(52)闭合，第一智能开关(51)和第三智能开关(53)断开，光伏电站(11)产生的能量通过光电AC/DC转换器(13)存储进蓄电池组(31)，此时交流负载(42)暂停工作。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
1.  工况①或②时，光伏电站(11)产生的能量通过光电DC/AC逆变器(12)和变频器(41)后直接驱动交流负载(42)工作，能量传递过程短，损耗小；
2.  工况①时，通过智能控制器(5)的控制，将光伏电站(11)产生多余的能量储存进蓄电池组(31)，以便后续使用，有效提高能源的利用率；
3.  工况②时，光伏电站(11)产生的能量无法独立驱动交流负载(42)工作，智能控制器(5)将蓄电池组(31)储存的能源供给交流负载(42)工作，互补工作以使输入交流负载(42)的功率能满足其正常启动的要求，使得交流负载(42)的工作时间延长；
4.  工况③时，光伏电站(11)产生的能量无法驱动交流负载(42)工作，同时蓄电池组(31)电量<30%，则光伏电站(11)和风力发电机(21)产生的能量全部储存进蓄电池组(31)，提高能源的利用率的同时，减少交流负载(42)不必要的启动，有效提升交流负载(42)的使用寿命。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是本发明整体结构视图；
图2是本发明每日工作曲线图。
具体实施方式
参照图1，本发明的整体结构视图，发明是一种离网型风光互补海水淡化能量均衡控制系统，它包括光伏发电单元1、风力发电单元2、能量存储单元3、海水淡化装置4和智能控制器5；所述的智能控制器5同时与光伏发电单元1、风力发电单元2、能量存储单元3和海水淡化装置4连接；所述的光伏发电单元1由光伏电站11、光电DC/AC逆变器12和光电AC/DC转换器13组成；所述的风力发电单元2由风力发电机21和风电AC/DC转换器22组成；所述的能量存储单元3由蓄电池组31、限流器32和蓄电DC/AC逆变器33组成；所述的海水淡化装置4由变频器41和交流负载42组成；所述的智能控制器5包括第一智能开关51、第二智能开关52和第三智能开关53；所述的光伏电站11与光电DC/AC逆变器12连接，光电DC/AC逆变器12与光电AC/DC转换器13连接，光电AC/DC转换器13经第二智能开关52与蓄电池组31连接，风力发电机21与风电AC/DC转换器22连接，风电AC/DC转换器22与蓄电池组31连接，蓄电池组31与限流器32连接，限流器32与蓄电DC/AC逆变器33连接，蓄电DC/AC逆变器33经第三智能开关53与变频器41连接；所述的光电DC/AC逆变器12也可经第一智能开关51与变频器41连接；所述的变频器41与交流负载42连接。
参照图1，一种离网型风光互补海水淡化能量均衡控制系统的实现方法，它包括光伏电站11、光电DC/AC逆变器12、光电AC/DC转换器13、风力发电机21、风电AC/DC转换器22、蓄电池组31、限流器32、蓄电DC/AC逆变器33、变频器41、交流负载42、智能控制器5、第一智能开关51、第二智能开关52和第三智能开关53；其特征在于：智能控制器5收集监控光电DC/AC逆变器12输出功率P1，蓄电DC/AC逆变器33输出功率P2，光电AC/DC转换器13输出功率P3以及蓄电池组31的电量，同时已知交流负载42所需的功率P0，风力发电机21产生的能量全部通过风电AC/DC转换器22存储进蓄电池组31，具体包括以下工况：
①当P1>P0，光伏电站11产生的能量能独立驱动交流负载42工作时，智能控制器5控制第一智能开关51和第二智能开关52闭合，第三智能开关53断开，光伏电站11产生的能量优先通过光电DC/AC逆变器12和变频器41后直接驱动交流负载42工作，同时，多余的能量通过光电AC/DC转换器13存储进蓄电池组31；
②当P1<P0，光伏电站11产生的能量无法独立驱动交流负载42工作且蓄电池组31电量>80%时，智能控制器5控制第一智能开关51和第三智能开关53闭合，第二智能开关52断开，光伏电站11产生的能量全部通过光电DC/AC逆变器12和变频器41后驱动交流负载42工作，同时，蓄电池组31储存的能量通过限流器32、蓄电DC/AC逆变器33和变频器41后驱动交流负载42工作；
③当P1<P0，光伏电站11产生的能量无法驱动交流负载42工作，同时蓄电池组31电量<30%时，智能控制器5控制第二智能开关52闭合，第一智能开关51和第三智能开关53断开，光伏电站11产生的能量通过光电AC/DC转换器13存储进蓄电池组31，此时交流负载42暂停工作。
参照图2，本发明每日工作曲线图，当0：00至t1的时段及t6至24:00时，满足工况③，光伏电站11产生的能量无法驱动交流负载42工作，则光伏电站11与风力发电机21产生的能量全部储存进蓄电池组31，蓄电池组31的电量持续上升，能有效节约能源，避免不必要的能量损耗与流失；
当t1至t2的时段、t3至t4的时段及t5至t6的时段时，满足工况②，光伏电站11产生的能量无法独立驱动交流负载42工作且蓄电池组31电量>75%，则光伏电站11产生的能量与蓄电池组31储存的能量通过变频器41后驱动交流负载42工作，由于此时的风力发电机21产生的能量小于蓄电池组31供给交流负载42的能量，所以蓄电池组31的电量出现降低的情况，通过互补工作，能有效增长交流负载42的工作时间，同时面对多云而造成暂时性光照不足的现象，蓄电池组31会加大输出的电量，使得交流负载42满足工作条件，能有效缓解因为功率不足而造成交流负载42频繁启动的情况，提高交流负载42的使用寿命；
当t2至t3的时段时，满足工况①，光伏电站11产生的能量能独立驱动交流负载42工作，则光伏电站11产生的能量直接通过光电DC/AC逆变器12和变频器41后直接驱动交流负载42工作，能量传递过程短，损耗小，同时多余的能量储存进蓄电池组31，使得蓄电池组31的电量上升，以便后续使用，并提高能源利用率；
当t4至t5的时段时，满足工况③，因为持续的多云天气导致光伏电站11功率下降，虽然产生的能量依然能驱动交流负载42工作，但是蓄电池组31的持续输入，使得蓄电池组31电量<75%，这交流负载42暂停工作，光伏电站11与风力发电机21产生的能量全部储存进蓄电池组31，直至蓄电池组31的电量>75%时，交流负载42才恢复工作，因其保证蓄电池组31的电量的方法，使得交流负载42能获得稳定的能量输入，避免不必要的启动，能有效提高交流负载42的使用效率及使用寿命。
综上，本发明实施例提供一种离网型风光互补海水淡化的能量均衡控制系统及其实现方法，使得负载能获得稳定的能量输入，减少负载因为输入功率不足而导致的暂停工作的次数，同时延长负载的工作时间，使得负载使用寿命及工作效率大大提升，同时因其主要能量来源较少的传递级数，使得能量损耗小。
同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种离网型风光互补海水淡化能量均衡控制系统，其特征在于：包括光伏发电单元(1)、风力发电单元(2)、能量存储单元(3)、海水淡化装置(4)和智能控制器(5)；所述的智能控制器(5)同时与光伏发电单元(1)、风力发电单元(2)、能量存储单元(3)和海水淡化装置(4)连接；
所述的海水淡化装置(4)由变频器(41)和交流负载(42)组成，所述的变频器(41)的输出端与交流负载(42)的输入端连接；
所述的能量存储单元(3)由蓄电池组(31)、限流器(32)和蓄电DC/AC逆变器(33)组成，所述的蓄电池组(31)与限流器(32)连接，限流器(32)与蓄电DC/AC逆变器(33)连接，蓄电DC/AC逆变器(33)经第三智能开关(53)与变频器(41)连接；
所述的光伏发电单元(1)由光伏电站(11)、光电DC/AC逆变器(12)和光电AC/DC转换器(13)组成，所述的光伏电站(11)与光电DC/AC逆变器(12)的输入端连接，光电DC/AC逆变器(12)的输出端与光电AC/DC转换器(13)的输入端连接，光电AC/DC转换器(13)的输出端经第二智能开关(52)与蓄电池组(31)连接，所述的光电DC/AC逆变器(12)也可经第一智能开关(51)与变频器(41)连接；
所述的风力发电单元(2)由风力发电机(21)和风电AC/DC转换器(22)组成，所述的风力发电机(21)的输出端与风电AC/DC转换器(22)的输入端连接，风电AC/DC转换器(22)的输出端与蓄电池组(31)连接。
2.一种根据权利要求1所述的离网型风光互补海水淡化能量均衡控制系统的实现方法，它包括光伏电站(11)、光电DC/AC逆变器(12)、光电AC/DC转换器(13)、风力发电机(21)、风电AC/DC转换器(22)、蓄电池组(31)、限流器(32)、蓄电DC/AC逆变器(33)、变频器(41)、交流负载(42)、智能控制器(5)、第一智能开关(51)、第二智能开关(52)和第三智能开关(53)；其特征在于：智能控制器(5)收集监控光电DC/AC逆变器(12)输出功率P1、蓄电DC/AC逆变器(33)输出功率P2、光电AC/DC转换器(13)输出功率P3以及蓄电池组(31)的电量，同时已知交流负载(42)所需的功率P0，风力发电机(21)产生的能量全部通过风电AC/DC转换器(22)存储进蓄电池组(31)，具体包括以下工况：①当P1>P0，光伏电站(11)产生的能量能独立驱动交流负载(42)工作时，智能控制器(5)控制第一智能开关(51)和第二智能开关(52)闭合，第三智能开关(53)断开，光伏电站(11)产生的能量优先通过光电DC/AC逆变器(12)和变频器(41)后直接驱动交流负载(42)工作，同时，多余的能量通过光电AC/DC转换器(13)存储进蓄电池组(31)；②当P1<P0，光伏电站(11)产生的能量无法独立驱动交流负载(42)工作且蓄电池组(31)电量>80%时，智能控制器(5)控制第一智能开关(51)和第三智能开关(53)闭合，第二智能开关(52)断开，光伏电站(11)产生的能量全部通过光电DC/AC逆变器(12)和变频器(41)后驱动交流负载(42)工作，同时，蓄电池组(31)储存的能量通过限流器(32)、蓄电DC/AC逆变器(33)和变频器(41)后驱动交流负载(42)工作；③当P1<P0，光伏电站(11)产生的能量无法驱动交流负载(42)工作，同时蓄电池组(31)电量<30%时，智能控制器(5)控制第二智能开关(52)闭合，第一智能开关(51)和第三智能开关(53)断开，光伏电站(11)产生的能量通过光电AC/DC转换器(13)存储进蓄电池组(31)，此时交流负载(42)暂停工作。
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