CN109638885A - 一种新能源功率输出控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种新能源功率输出控制系统，包括太阳能电池、风力发电机、燃料电池、风力检测器、光伏功率输出检测器、变压器、控制器，所述太阳能电池、风力发电机、燃料电池并联连接在所述变压器的输入端，所述控制器控制用于获取固有风电场输出的第一功率输出值；获取新增加风机后整个风电场输出的第二功率输出值；比较第二功率输出值与第一功率输出值，确定调整系数；根据所述调整系数，调整风电场输出的功率值，并配合太阳能电池的功率输出，适应性接入所述燃料电池。本发明通过控制新能源的输出功率，提高新能源快速响应负载功率需求。
Description
技术领域
本发明属于控制技术领域，特别涉及一种新能源功率输出控制系统。
背景技术
现有技术中，风电场、太阳能应用已非常广泛，利用风电场、太阳能进行发电是充分利用清洁能源，节省易耗能源的非常有效的方式，然后，随着风电场、太阳能的普及，以及在原有的风机应用技术的缺陷，对于风机的布局存在不足，或者风机的布局无法较好的满足风电场输出功率的要求，同时，随着风机使用时间，风机本身存在发电功率不足，器件损耗造成无法满足原始的风机输出功率，后期需要对风电场的风机进行替换或者扩容，然后由于风机虽然能够利用清洁能源发电，但是，无法较好的控制输出功率，扩容或者替换风机容易导致风电场输出功率无法适应负载的需求，如何控制替换风机或者扩容后进行风机位置或者数量的布局，以及新能源输出控制满足负载的准确控制，如何协调多种新能源发电之间的功率匹配，以使满足负载功率需求，是未来对于维护新能源需要解决的功率输出的难题。
申请内容
为解决上述技术问题：本发明提出一种新能源功率输出控制系统，包括太阳能电池、风力发电机、燃料电池、风力检测器、光伏功率输出检测器、变压器、控制器，所述太阳能电池、风力发电机、燃料电池并联连接在所述变压器的输入端，所述风力检测器与所述控制器连接，所述光伏功率输出检测器用于实时检测太阳能电池的输出功率，并输送到所述控制器，所述控制器控制用于获取固有风电场输出的第一功率输出值；获取新增加风机后整个风电场输出的第二功率输出值；比较第二功率输出值与第一功率输出值，确定调整系数；根据所述调整系数，调整风电场输出的功率值，并配合太阳能电池的功率输出，适应性接入所述燃料电池。
所述的系统，所述获取固有风电场输出的第一功率输出值包括如下步骤：
S11)检测单个风机在稳定风速Vi时，输出的功率Pi,并检测对应的风机的等效电阻Ri，根据检测的参数，计算单个风机的电能系数Ci,
S12)求取n个风机的平均电能系数C1，
S13)求取风机的平均输出功率P1,
S14)检测风速持续时间ti,获取风速的整个持续时间T，计算风速持续的频率fi，
S15)基于步骤S14)确定的风速持续频率fi,计算固有的风电场输出的第一功率输出值Etotal，
其中，A为在确定时间段内风速影响因子，K为风电场地形影响因子，n为固有风电场的风机数量。
所述的系统，所述获取新增加风机后整个风电场输出的第二功率输出值包括如下步骤:S21)检测单个风机在稳定风速Vi时，风电场中风机的轴向力F,并检测对应的风机的等效电阻Ri，根据检测的参数，计算单个风机的电能系数Cj,
S22)求取m个风机的平均电能系数C2，
S23)求取风机的平均输出功率P2,
S24)检测风速持续时间tji,获取风速的整个持续时间T1，计算风速持续的频率fj，
S25)基于步骤S14)确定的风速持续频率fj,计算固有的风电场输出的第二功率输出值E2total，
其中，A为在确定时间段内风速影响因子，K为风电场地形影响因子，m为新增加风机后整个风电场的风机数量。
所述的系统，所述比较第二功率输出值与第一功率输出值，确定调整系数包括如下步骤:
求取第二输出功率值E2total与第一输出功率值Etotal的差值，将所述差值与第一预设阈值和第二预设阈值比较，所述第一预设阈值小于所述第二预设阈值，根据比较结果输出相应的第一调整系数、第二调整系数、第三调整系数。
所述的系统，所述根据所述调整系数，调整风电场输出的功率值，并配合太阳能电池的功率输出，适应性接入所述燃料电池包括如下步骤:
如果所述差值小于第一预设阈值，则按照第二输出功率值E2total输出功率值，输出第一调整系数，所述第一调整系数为维持当前风机执行风机的平均电能系数C1；
如果所述差值处于第一预设阈值与第二预设阈值之间，则需削减部分功率输出值，输出第二调整系数，所述第二调整系数为所述第一调整系数的基础上乘以削减系数；
如果所述差值超过所述第二预设阈值，则输出第三调整系数，所述第三调整系数用于重设新增加风机后整个风电场的电能系数C3，
按照步骤S2)并且根据电能系数C3控制整个风电场的风机输出功率E3total，比较风机输出功率E3total与第一输出功率值Etotal的差值，将所述差值再次与第一预设阈值比较，如果所述差值超过所述第二预设阈值，则求取E3total与E2total的比值，将风机接入的频率除以所述比值后，控制风机输出功率E4total作为输出功率值；
检测电网或负载的功率需求值，比较所述风机输出功率E4total与所述功率需求值，如果功率需求值大于所述风机输出功率E4total，则投入所述太阳能电池一定数量，且控制投入的太阳能电池处于最大功率跟踪进行最大功率输出，如果投入所述太阳能电池仍然不能满足功率需求，则投入燃料电池，并发出经济性预警，如果燃料电池都投入也无法满足功率需求，则反馈调整风电场的电能系数，将风电场的电能系数调整为全功率输出。
所述的系统，还包括存储器、通信模块，所述存储器用于存储控制系数的调整参数以及调整的次数，所述通信模块用于将所述经济性预警以及存储器所存储的参数和次数发送的远程控制中心。
所述的系统，所述通信模块执行的通信方式包括载波通信、无线通信。
所述的系统，所述变压器为中性线接地的三相变压器。
本发明能够通过控制风电场中新增风机后进行功率控制，通过比较新增风电场中风机的输出功率与固有风电场的输出功率，输出适应性的多种调整系数，调整新风电场的输出功率，作为本发明主要改进点之一，是控制风电场的平均电能系数，控制整个风电场按照统一类似的控制方式进行控制，将功率输出通过控制风机输出的电能系数控制和风机接入的频率控制进行两步控制，能够快速调整风电场的功率输出，相对于现有技术中简单的弃风能够有效的提升风电场的稳定性，同时提高风电场的工作效率，通过控制手段实现功率的精准输出。通过协调风电场、太阳能、燃料电池的功率输出，精准控制风电场的功率输出，根据太阳能、燃料电池以及负载，反馈控制风机的功率输出控制，提高能源的利用率。
附图说明
图1为本发明新能源功率输出控制系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
图1为本发明提出一种新能源功率输出控制系统的示意图，包括太阳能电池、风力发电机、燃料电池、风力检测器、光伏功率输出检测器、变压器、控制器，所述太阳能电池、风力发电机、燃料电池并联连接在所述变压器的输入端，所述风力检测器与所述控制器连接，所述光伏功率输出检测器用于实时检测太阳能电池的输出功率，并输送到所述控制器，所述控制器控制用于获取固有风电场输出的第一功率输出值；获取新增加风机后整个风电场输出的第二功率输出值；比较第二功率输出值与第一功率输出值，确定调整系数；根据所述调整系数，调整风电场输出的功率值，并配合太阳能电池的功率输出，适应性接入所述燃料电池。所述的系统，所述获取固有风电场输出的第一功率输出值包括如下步骤：
S11)检测单个风机在稳定风速Vi时，输出的功率Pi,并检测对应的风机的等效电阻Ri，根据检测的参数，计算单个风机的电能系数Ci,
S12)求取n个风机的平均电能系数C1，
S13)求取风机的平均输出功率P1,
S14)检测风速持续时间ti,获取风速的整个持续时间T，计算风速持续的频率fi，
S15)基于步骤S14)确定的风速持续频率fi,计算固有的风电场输出的第一功率输出值Etotal，
其中，A为在确定时间段内风速影响因子，K为风电场地形影响因子，n为固有风电场的风机数量。
所述的系统，所述获取新增加风机后整个风电场输出的第二功率输出值包括如下步骤:S21)检测单个风机在稳定风速Vi时，风电场中风机的轴向力F,并检测对应的风机的等效电阻Ri，根据检测的参数，计算单个风机的电能系数Cj,
S22)求取m个风机的平均电能系数C2，
S23)求取风机的平均输出功率P2,
S24)检测风速持续时间tji,获取风速的整个持续时间T1，计算风速持续的频率fj，
S25)基于步骤S14)确定的风速持续频率fj,计算固有的风电场输出的第二功率输出值E2total，
其中，A为在确定时间段内风速影响因子，K为风电场地形影响因子，m为新增加风机后整个风电场的风机数量。
所述的系统，所述比较第二功率输出值与第一功率输出值，确定调整系数包括如下步骤:
求取第二输出功率值E2total与第一输出功率值Etotal的差值，将所述差值与第一预设阈值和第二预设阈值比较，所述第一预设阈值小于所述第二预设阈值，根据比较结果输出相应的第一调整系数、第二调整系数、第三调整系数。
所述的系统，所述根据所述调整系数，调整风电场输出的功率值，并配合太阳能电池的功率输出，适应性接入所述燃料电池包括如下步骤:
如果所述差值小于第一预设阈值，则按照第二输出功率值E2total输出功率值，输出第一调整系数，所述第一调整系数为维持当前风机执行风机的平均电能系数C1；
如果所述差值处于第一预设阈值与第二预设阈值之间，则需削减部分功率输出值，输出第二调整系数，所述第二调整系数为所述第一调整系数的基础上乘以削减系数；
如果所述差值超过所述第二预设阈值，则输出第三调整系数，所述第三调整系数用于重设新增加风机后整个风电场的电能系数C3，
按照步骤S2)并且根据电能系数C3控制整个风电场的风机输出功率E3total，比较风机输出功率E3total与第一输出功率值Etotal的差值，将所述差值再次与第一预设阈值比较，如果所述差值超过所述第二预设阈值，则求取E3total与E2total的比值，将风机接入的频率除以所述比值后，控制风机输出功率E4total作为输出功率值；
检测电网或负载的功率需求值，比较所述风机输出功率E4total与所述功率需求值，如果功率需求值大于所述风机输出功率E4total，则投入所述太阳能电池一定数量，且控制投入的太阳能电池处于最大功率跟踪进行最大功率输出，如果投入所述太阳能电池仍然不能满足功率需求，则投入燃料电池，并发出经济性预警，如果燃料电池都投入也无法满足功率需求，则反馈调整风电场的电能系数，将风电场的电能系数调整为全功率输出。
所述的系统，还包括存储器、通信模块，所述存储器用于存储控制系数的调整参数以及调整的次数，所述通信模块用于将所述经济性预警以及存储器所存储的参数和次数发送的远程控制中心。
所述的系统，所述通信模块执行的通信方式包括载波通信、无线通信。
所述的系统，所述变压器为中性线接地的三相变压器。
本发明能够应用于单个风机的输出功率控制，也能够应用于多个风机形成的风电场，通过协调多个风机的电能输出系数按照相同的方式进行控制输出，使风电场整体控制系统的控制方式简单，优化了控制系统的控制程序，提升了控制效率，同时，每个风机根据自身接收的风力进行功率输出，能够在优化控制程序的同时最大限度的利用风能。
本发明能够通过控制风电场中新增风机后进行功率控制，通过比较新增风电场中风机的输出功率与固有风电场的输出功率，输出适应性的多种调整系数，调整新风电场的输出功率，作为本发明主要改进点之一，是控制风电场的平均电能系数，控制整个风电场按照统一类似的控制方式进行控制，将功率输出通过控制风机输出的电能系数控制和风机接入的频率控制进行两步控制，能够快速调整风电场的功率输出，相对于现有技术中简单的弃风能够有效的提升风电场的稳定性，同时提高风电场的工作效率，通过控制手段实现功率的精准输出。通过协调风电场、太阳能、燃料电池的功率输出，精准控制风电场的功率输出，根据太阳能、燃料电池以及负载，反馈控制风机的功率输出控制，提高能源的利用率。
Claims (8)
1.一种新能源功率输出控制系统，其特征在于，包括太阳能电池、风力发电机、燃料电池、风力检测器、光伏功率输出检测器、变压器、控制器，所述太阳能电池、风力发电机、燃料电池并联连接在所述变压器的输入端，所述风力检测器与所述控制器连接，所述光伏功率输出检测器用于实时检测太阳能电池的输出功率，并输送到所述控制器，所述控制器控制用于获取固有风电场输出的第一功率输出值；获取新增加风机后整个风电场输出的第二功率输出值；比较第二功率输出值与第一功率输出值，确定调整系数；根据所述调整系数，调整风电场输出的功率值，并配合太阳能电池的功率输出，适应性接入所述燃料电池。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述获取固有风电场输出的第一功率输出值包括如下步骤：
S11)检测单个风机在稳定风速Vi时，输出的功率Pi,并检测对应的风机的等效电阻Ri，根据检测的参数，计算单个风机的电能系数Ci,
S12)求取n个风机的平均电能系数C1，
S13)求取风机的平均输出功率P1,
S14)检测风速持续时间ti,获取风速的整个持续时间T，计算风速持续的频率fi，
S15)基于步骤S14)确定的风速持续频率fi,计算固有的风电场输出的第一功率输出值Etotal，
其中，A为在确定时间段内风速影响因子，K为风电场地形影响因子，n为固有风电场的风机数量。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述获取新增加风机后整个风电场输出的第二功率输出值包括如下步骤:
S21)检测单个风机在稳定风速Vi时，风电场中风机的轴向力F,并检测对应的风机的等效电阻Ri，根据检测的参数，计算单个风机的电能系数Cj,
S22)求取m个风机的平均电能系数C2，
S23)求取风机的平均输出功率P2,
S24)检测风速持续时间tji,获取风速的整个持续时间T1，计算风速持续的频率fj，
S25)基于步骤S14)确定的风速持续频率fj,计算固有的风电场输出的第二功率输出值E2total，
其中，A为在确定时间段内风速影响因子，K为风电场地形影响因子，m为新增加风机后整个风电场的风机数量。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述比较第二功率输出值与第一功率输出值，确定调整系数包括如下步骤:
求取第二输出功率值E2total与第一输出功率值Etotal的差值，将所述差值与第一预设阈值和第二预设阈值比较，所述第一预设阈值小于所述第二预设阈值，根据比较结果输出相应的第一调整系数、第二调整系数、第三调整系数。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述根据所述调整系数，调整风电场输出的功率值，并配合太阳能电池的功率输出，适应性接入所述燃料电池包括如下步骤:
如果所述差值小于第一预设阈值，则按照第二输出功率值E2total输出功率值，输出第一调整系数，所述第一调整系数为维持当前风机执行风机的平均电能系数C1；
如果所述差值处于第一预设阈值与第二预设阈值之间，则需削减部分功率输出值，输出第二调整系数，所述第二调整系数为所述第一调整系数的基础上乘以削减系数；
如果所述差值超过所述第二预设阈值，则输出第三调整系数，所述第三调整系数用于重设新增加风机后整个风电场的电能系数C3，
按照步骤S2)并且根据电能系数C3控制整个风电场的风机输出功率E3total，比较风机输出功率E3total与第一输出功率值Etotal的差值，将所述差值再次与第一预设阈值比较，如果所述差值超过所述第二预设阈值，则求取E3total与E2total的比值，将风机接入的频率除以所述比值后，控制风机输出功率E4total作为输出功率值；
检测电网或负载的功率需求值，比较所述风机输出功率E4total与所述功率需求值，如果功率需求值大于所述风机输出功率E4total，则投入所述太阳能电池一定数量，且控制投入的太阳能电池处于最大功率跟踪进行最大功率输出，如果投入所述太阳能电池仍然不能满足功率需求，则投入燃料电池，并发出经济性预警，如果燃料电池都投入也无法满足功率需求，则反馈调整风电场的电能系数，将风电场的电能系数调整为全功率输出。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括存储器、通信模块，所述存储器用于存储控制系数的调整参数以及调整的次数，所述通信模块用于将所述经济性预警以及存储器所存储的参数和次数发送的远程控制中心。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述通信模块执行的通信方式包括载波通信、无线通信。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述变压器为中性线接地的三相变压器。
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| CN109638885B (zh) | 2020-08-28 |
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