CN109274122A - 微型水力发电系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种微型水力发电系统，包括依次串联的水轮发电机组、电子开关、整流装置、逆变装置，还包括同时与所述水轮发电机组、电子开关、整流装置和逆变装置连接的控制装置，所述逆变装置的输出端为所述微型水力发电系统的交流输出端，所述整流装置的输出端为所述微型水力发电系统的直流输出端。本发明通过在水轮发电机组的输出端设置电子开关，在控制装置的控制下，通过检测水轮发电机组的电力参数，只有在水轮发电机组的电力参数满足要求时才控制电子开关闭合让水轮发电机组的电能输出到负载，从而可以有效保证用电安全。
Description
技术领域
本发明涉及供电领域，具体涉及一种微型水力发电系统及控制方法。
背景技术
随着社会的发展，各种电器设备的普及和完善大大提高了人们的精神、物质生活水平，与此同时，各种电器设备的发展也大大促进了绿色清洁能源的发展，微小型水力发电系统便是一种适合为各种电器设备供电的绿色清洁能源，在这种情况下，因地制宜的采用微小型水力发电系统为电器设备供电具有非常大的社会价值。
不同于大型水利发电系统，目前的微小型水力发电系统只是采用一个水力发电机组，通过引水推动叶轮旋转，叶轮带动发电机进行发电，然后直接供电到负载，这样的供电方式会因为水流的波动导致电能波动超出允许范围，造成用电安全问题。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种微型水力发电系统及控制方法，通过在水轮发电机组的输出端设置电子开关，在控制装置的控制下，只有在水轮发电机组的电力参数满足要求时才控制电子开关闭合让水轮发电机组的电能输出到负载，从而可以有效提高用电安全性。为解决以上技术问题，本发明通过下面的技术手段实现：
微型水力发电系统，包括依次串联的水轮发电机组、电子开关、整流装置、逆变装置，还包括同时与所述水轮发电机组、电子开关、整流装置和逆变装置连接的控制装置，所述逆变装置的输出端为所述微型水力发电系统的交流输出端，所述整流装置的输出端为所述微型水力发电系统的直流输出端。
进一步地，还包括同时与所述逆变装置输出端、整流装置输入端和控制装置连接的电网。
进一步地，还包括与所述整流装置连接的备用电源设备，所述备用电源设备与所述控制装置连接。
进一步地，所述水轮发电机组包括相互连接的水轮机和发电机，所述发电机为包括九对或九对以上磁极的永磁发电机。
进一步地，所述电子开关的开启频率范围为200—600Hz。
微型水力发电系统的控制方法，应用于上述微型水力发电系统中的控制装置，包括：
获取水轮发电机组输出电能的电力参数；
判断所述电力参数是否满足要求，如果所述电力参数满足要求，控制电子开关闭合，然后进行下一步，如果所述电力参数不满足要求，控制电子开关断开；
控制整流装置对所述水轮发电机组输出的电流进行整流输出；
控制逆变装置对所述整流装置输出的直流电进行逆变输出。
进一步地，所述电力参数包括所述水轮发电机组输出电能的电压和频率，所述判断所述电力参数是否满足要求包括：
判断所述电压是否大于或等于预设电压值，得到第一判断结果；
判断所述频率是否大于或等于预设频率值，得到第二判断结果；
如果所述第一判断结果为所述电压大于或等于预设电压值，且所述第二判断结果为所述频率大于或等于预设频率值，则所述电力参数满足要求，如果所述第一判断结果为所述电压小于预设电压值，或所述第二判断结果为所述频率小于预设频率值，则所述电力参数不满足要求。
进一步地，所述方法还包括：控制所述逆变装置输出电能到电网。
进一步地，所述方法还包括：判断所述电子开关是否断开，如果所述电子开关断开，控制备用电源设备输出电能。
进一步地，所述方法还包括，如果所述备用电源无电且所述电子开关断开，电网可直接向所述逆变装置输出端的负载输出交流电。
本发明通过在水轮发电机组的输出端设置电子开关，在控制装置的控制下，只有在水轮发电机组的电力参数满足要求时才控制电子开关闭合让水轮发电机组的电能输出到负载，从而可以有效保证用电安全。
附图说明
图1为实施例1提供的微型水力发电系统结构框图。
图2为实施例2提供的控制方法流程图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种微型水力发电系统，包括依次串联的水轮发电机组、电子开关、整流装置、逆变装置，还包括同时与所述水轮发电机组、电子开关、整流装置和逆变装置连接的控制装置，所述逆变装置的输出端为所述微型水力发电系统的交流输出端，所述整流装置的输出端为所述微型水力发电系统的直流输出端。
这里需要说明的是，本实施例中的交流输出端连接交流负载，整流装置的直流输出端除了连接逆变装置的输入端外还可以连接直流负载，还需要说明的是，由于本实施例主要应用在小型水利发电系统中，水力资源会存在频繁的水压及水量变化，从而带来水力发电不稳定，电力的连续不稳定性会严重影响用户的用电安全，本实施例通过增加整流器、逆变并网装置、电子开关和控制装置。逆变并网装置的电源输入端是直流宽电压(DC200-400V甚至更宽)，只要在其输入电压范围内就会输出稳定的工频交流；同时控制装置只有在检测到水轮发电机组输出的电力参数满足要求时才控制电子开关闭合，如果控制装置检测到的水轮发电机组输出的电力参数不满足要求，则控制电子开关断开。目的就是保证输出的电能是稳定的安全的，避免电力的连续波动影响用电安全。
优选地，本实施例还可以包括同时与所述逆变装置输出端、整流装置输入端和控制装置连接的电网。
这里需要说明的是，本实施例为了充分利用绿色清洁能源，将原本波动因素较多的微小型水力资源作为能源动力，通过微小型水轮发电机组发电供给负载，本实施可以将水轮发电机组输出的交流(本实施例中，水轮发电机组可以采用中频永磁发电机组，输出中频交流)整流成高压直流，再将高压直流通过逆变并网装置(本实施例中的逆变装置可以设置为逆变并网装置)输出工频交流；因逆变并网装置的输入电压范围是一个宽电压(DC200-400V甚至更宽)，因此本实施例的水轮机组可以允许有很大转速波动，以实现的最大限度利用水能，而为了避免供给负载的电力波动较大带来的用电安全问题，同时增加电子开关这一技术手段，由于在电力参数超出下限时切断水轮发电机组与整流器之间的连接，增加供电系统的安全性。
具体实施本实施例时，逆变并网装置并联在用户电度表后端电网回路里，如果水轮发电机组发出功率大于负载所需时，电网不再输送电到负载，同时将超出负载所需部分富余电能则反送至电网；如果水轮发电机组发出功率等于负载所需时，电网不再输送电到负载；如果水轮发电机组发出功率小于负载所需时，电网则自动补齐负载所需功率，水轮发电机组和电网协同为负载供电。
优选地，本实施例还包括与所述整流装置连接的备用电源设备，所述备用电源设备与所述控制装置连接。
这里需要说明的是，如果备用电源设备为风能发电机组或太阳能发电机组时，备用电源设备与所述整流装置的输入端连接(其中，当备用电源设备为太阳能发电机组时，此时的备用电源设备包括相互连接的太阳能板组(太阳能板直接输出直流)和逆变器，逆变器输出的交流电通过图1中的整流装置进行整流)，如果备用电源设备为蓄电池组，则蓄电池组直接与所述整流装置的输出端连接，与电网的作用类似，本实施例设置备用电源设备是为了提高水力发电的效率，充分利用并网的方式实现电力最大化的效用避免浪费，同时也保证负载的供电连续性，在避免用电安全问题的同时提高用户体验度，由于风能发电机组和太阳能发电机组都是绿色可再生能源，节能环保。
优选地，本实施例中的水轮发电机组包括相互连接的水轮机和发电机，所述发电机为包括九对或九对以上磁极的永磁发电机。
这里需要说明的是，本实施例采用九对或九对以上磁极的永磁发电机，效率高，负载及水流发生变化时，输出电能的电压和频率也会发生波动，但是中频交流的后端有整流装置，将波动的交流整流为波动的直流，而逆变并网装置输入端是一个宽电压的直流输入端，只要在你便并网装置的输入范围内它就会输出稳定的工频交流，供电性能好。
优选地，本实施例中的电子开关开启频率范围为200—600Hz。
这里需要说明的是，本实施案例中的水轮发电机组，采用的是中频永磁发电机组，其磁对极数比较高，大于等于9对，因此效率相比传统励磁发电机得到很大的提升。
实施例2
如图2所示，本实施例提供一种微型水力发电系统的控制方法，应用于实施例1提供的微型水力发电系统中的控制装置，包括：
S1：获取水轮发电机组输出电能的电力参数；
S2：判断所述电力参数是否满足要求，如果所述电力参数满足要求，控制电子开关闭合，然后进行下一步，如果所述电力参数不满足要求，控制电子开关断开；
S3：控制整流装置对所述水轮发电机组输出的电流进行整流输出；
S4：控制逆变装置对所述整流装置输出的直流电进行逆变输出。
优选地，所述电力参数包括所述水轮发电机组输出电能的电压和频率，所述判断所述电力参数是否满足要求包括：
判断所述电压是否大于或等于预设电压值，得到第一判断结果；
判断所述频率是否大于或等于预设频率值，得到第二判断结果；
如果所述第一判断结果为所述电压大于或等于预设电压值，且所述第二判断结果为所述频率大于或等于预设频率值，则所述电力参数满足要求，如果所述第一判断结果为所述电压小于预设电压值，或所述第二判断结果为所述频率小于预设频率值，则所述电力参数不满足要求。
优选地，所述方法还包括：控制所述逆变装置输出电能到电网。
优选地，所述方法还包括：判断所述电子开关是否断开，如果所述电子开关断开，控制备用电源设备输出电能。
优选地，所述方法还包括：如果所述备用电源无电且所述电子开关断开，电网可直接向所述逆变装置输出端的负载输出交流电。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.微型水力发电系统，其特征在于，包括依次串联的水轮发电机组、电子开关、整流装置、逆变装置，还包括同时与所述水轮发电机组、电子开关、整流装置和逆变装置连接的控制装置，所述逆变装置的输出端为所述微型水力发电系统的交流输出端，所述整流装置的输出端为所述微型水力发电系统的直流输出端。
2.根据权利要求1所述的微型水力发电系统，其特征在于，还包括同时与所述逆变装置输出端、整流装置输入端和控制装置连接的电网。
3.根据权利要求1所述的微型水力发电系统，其特征在于，还包括与所述整流装置连接的备用电源设备，所述备用电源设备与所述控制装置连接。
4.根据权利要求1所述的微型水力发电系统，其特征在于，所述水轮发电机组包括相互连接的水轮机和发电机，所述发电机为包括九对或九对以上磁极的永磁发电机。
5.根据权利要求1所述的微型水力发电系统，其特征在于，所述电子开关的开启频率范围为200—600Hz。
6.微型水力发电系统的控制方法，其特在在于，应用于权利要求1—5任意一项所述的微型水力发电系统中的控制装置，包括：
获取水轮发电机组输出电能的电力参数；
判断所述电力参数是否满足要求，如果所述电力参数满足要求，控制电子开关闭合，然后进行下一步，如果所述电力参数不满足要求，控制电子开关断开；
控制整流装置对所述水轮发电机组输出的电流进行整流输出；
控制逆变装置对所述整流装置输出的直流电进行逆变输出。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述电力参数包括所述水轮发电机组输出电能的电压和频率，所述判断所述电力参数是否满足要求包括：
判断所述电压是否大于或等于预设电压值，得到第一判断结果；
判断所述频率是否大于或等于预设频率值，得到第二判断结果；
如果所述第一判断结果为所述电压大于或等于预设电压值，且所述第二判断结果为所述频率大于或等于预设频率值，则所述电力参数满足要求，如果所述第一判断结果为所述电压小于预设电压值，或所述第二判断结果为所述频率小于预设频率值，则所述电力参数不满足要求。
8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：控制所述逆变装置输出电能到电网。
9.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括，判断所述电子开关是否断开，如果所述电子开关断开，控制备用电源设备输出电能。
10.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：如果所述备用电源无电且所述电子开关断开，电网可直接向所述逆变装置输出端的负载输出交流电。
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