CN201075701Y - 可再生能源并网发电装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种可再生能源并网发电装置，特别是涉及一种提高可再生能源效率和稳定性的可再生能源控制与电源变换装置。可再生能源，如光伏电池的面广量大，可积少成多，在将若干个独立的可再生能源逆变并网到电网时，对电网的冲击比较大。若不做好联网有效控制可影响电网的运行效率，严重的可导致电网瘫痪。本设备包括：AD转换器，控制电路，处理器，显示电路，通信电路；其特征在于在控制电路、处理器、通信电路：在光伏电池的控制电路利用多个抽头的变压器，控制其阻抗，使光伏电池的输出效率最高。

Description

可再生能源并网发电装置
一、技术领域
本实用新型涉及一种可再生能源并网发电装置，特别是涉及一种提高可再生能源效率、提高电网稳定性的可再生能源控制与电源逆变装置。
二、背景技术
可再生能源，如光伏电池的面广量大，可积少成多，在将若干个独立的可再生能源逆变并网到电网时，对电网的冲击比较大。若不做有效联网控制可影响电网的运行效率，严重的可导致电网瘫痪。本发明为提高发电效率，提高电网的运营质量。
三、发明内容
要解决的技术问题：
(1)要解决光伏电池输出功率最大、效率最高：光伏电池输出伏安特性及输出功率，如图2所示的Pm点，只有当负载阻抗适当时，其输出的功率最大、输出的效率最高。
(2)要解决可再生能源发电不均对电网的冲击：光伏发电，光线强时发电功率大，光线弱时发电功率小，无光时则不发电。风力发电：风力大时，其发电的电压高、电流大、输出的功率大；风力小，其发电的输出电压低、电流小、输出功率小；有时无风，无功率输出。要解决多个小用户联网协同发电时提高电力系统的鲁棒性，减小可再生能源发电的不均匀性对电力系统的冲击。
(3)解决间歇可再生电源并网设备联网控制，多个分散并网发电设备工作发生“共振”对电网的影响。
技术方案：
AD转换器，控制电路，处理器，显示电路，通信电路。
在光伏电池的控制电路利用多个抽头的变压器，控制其阻抗，使光伏电池的输出效率最高。
在可再生能源并网设备中处理器对光伏电池发电效率的控制步骤：步骤一，对输入的电流、电压信号进行A/D变换；步骤二，对输入的电流、电压数字信号进行数字滤波；步骤三，对滤波后的电流、电压进行查表处理，该表存储有本光伏电池输出功率与电源的输出电压的关系及最佳输出功率值；步骤四，利用查表数据，产生控制信号，控制电源变换器的阻抗，使光伏电池的输出效率最高；步骤五，如果系统工作正常，满载上网发电，如果系统工作不正常，则降低功率发电，以至停止发电；然后再回到步骤一。
在可再生能源并网设备中处理器对可再生能源的冲击控制的步骤如下：步骤一，对输入的电流、电压进行A/D变换，将输入的值转换为数字；步骤二，对输入的数据进行数字滤波；步骤三，对最近存储的值进行比较，如有突然变化，则通过总线通知系统中的各个并网发电点；步骤四，如有多个点均发电量均突然增加，则控制并网发电，让某些点的联网，一些点不联网，使发电量慢慢逐渐增加；如仅是本点发电量突然增大，则控制发电量快速增加，以便充分利用能量。
在光伏电池的控制电路利用多个抽头的变压器，控制其阻抗，使光伏电池的输出效率最高。
利用一对多多路开关切换变压器在不同的阻抗下工作。
有益的效果：
使用本设备后，光伏电池的光电转换效率更高；补偿光伏发电、风力发电的不均匀性；利用网络通信协调多个并网发电设备的工作，减少突发事件对电力系统的冲击和影响，提高电力运行的鲁棒性。
四、附图说明
图1网络化间歇可再生电源并网设备的组成。
图2光伏电池的发电电压、电流及负载特性对光伏电池效率的影响。
图3可变换阻抗的变压器。
图4可变换阻抗的变压器连接图。
图5独立并网发电处理流程图。
图6网络型并网发电处理流程图。
五、具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述：
1、优选实施方案1(系统组成)
系统组成，如图1所示为网络化间歇可再生能源并网设备组成框图，由101模拟输入采样电路；102AD转换器；103DSP(数字信号处理器)、ARM(处理器)、MCU(单片机)组成的控制设备，是本设备的核心；104显示电路；105输出控制端口；106输出控制电路；107通信电路组成。
多路模拟数据输入后，经多路AD转换器，进行AD变换，将间歇可再生电源的输出电压、电流、气温、可再生能源的工作温度等经AD变换后转换为数字信号输入到DSP、ARM、MCU等处理器，处理器对输入的数据进行处理，并根据网络通信电路提供的其它电路并网设备的运行情况和电网的情况调节控制电路，控制控制设备的工作，使可再生能源使之得到更高的效率，同时不要对电网造成冲击，影响电网的正常运行，其运行情况和电网的运行情况以及其它并网设备的情况在显示设备上进行显示。
DSP可采用ADI公司的DSP、TI公司的DSP芯片；ARM芯片可采用ARM7、ARM920、ARM940、ARM922、ARM926、ARM946、ARM966等芯片；MCU可采用51系列单片机，Microchip公司的单片机或其它单片机。但不限于以上几种型号，本领域普通技术人员也可使用其它的处理器。
2、优选实施方案2(控制设备改变电源的输出阻抗，来提高发电效率)
影响光伏电池的发电效率的因素有以下两点：(1)负载电阻对光伏电池性能影响：负载电阻越大，产生的光电流越小，电压越高，效率未必最佳，因此必须控制适当的负载电阻。(2)太阳光的强度对光伏电池的发电效率的影响：短路电流与光强度成正比，而开路电压与光强度的对数成正比，要想获得最佳的输出功率，所选择的负载电阻必须越小。(3)对不同材料的光伏电池，如，单晶硅、多晶硅、有机光伏电池、叶绿体等发电的效率与太阳光的波长、强度、发电体的温度等都有关系，因此如何控制光伏电池的控制电路，使负载电阻确当，使光伏电池得到最大的输出效率，使光伏电池的寿命尽量延长是光伏电池网络化间歇可再生电源并网设备的关键。
如图2所示为多晶硅光伏电池的伏安特性曲线，203为光伏电池的功率曲线，201为当负载电阻为1欧姆时的伏安关系，202为负载电阻为6欧姆时的伏安关系204为负载电阻为10欧姆时的伏安关系，205为负载电阻为100欧姆时的伏安关系，由图2所见，Pm点为功率输出的最佳点，也就是说，图中负载电阻为10欧姆时，输出功率最大。
为解决现有光伏电池最佳效率输出，采用以下技术方案：利用A/D转换器将光伏电池的输出电压、输出电流经A/D变换为数字信号，利用CPU对输入的电流和电压数字信号进行数字信号处理，生成最佳输入阻抗的值，控制电源变换电路的输入阻抗，从而使光伏电池的输出效率最高。
处理的步骤如下：
步骤一，对输入的电流、电压信号进行A/D变换；
步骤二，对输入的电流、电压数字信号进行数字滤波；
步骤三，对滤波后的电流、电压进行查表处理，该表存储有本光伏电池输出功率与电源的输出电压的关系及最佳输出功率值；
步骤四，利用查表数据，产生控制信号，控制电源变换器的阻抗，使光伏电池的输出效率最高；
步骤五，如果系统工作正常，满载上网发电，如果系统工作不正常，则降低功率发电，以至停止发电；然后再回到步骤一。
电源输出阻抗变换电路，图3为一种阻抗变换电路，其中301为原线圈，302为磁芯，303为次级线圈。在原线圈中，1脚为输入电源的一个脚，2-10脚为电源输入的另外一个脚，2-10脚中只有一个脚连接到电源上。由图可见1-2脚之间线圈匝数少，这样线圈的接入阻抗小；1-10脚之间的阻抗最大；利用控制电路，光伏电池输出1个脚连接原线圈的1脚，光伏电池的另一个脚由控制电路控制在2脚-10脚之间选择一个脚连接(多路切换器)，至于控制哪个脚与光伏电池相连接，由控制电路检测光伏电池的电压、电流、光伏电池的温度等由控制电路的处理器根据查表得出的数据来自动控制。从而使光伏电池的发电效率最高，同时又不会影响光伏电池的寿命。
如图4所示的可变阻抗变换器连接原理图，401为可变阻抗变换器的1个脚连接可再生电源的一个输出脚。402为可变阻抗变换器连接可再生电源的另外一个脚。403为多路开关，实现可变阻抗变换器不同阻抗的变换。
如图5所示为本设备的控制流程图：501开始；502电流、电压进行AD变换；503对AD变换后的数据进行数字滤波；504对滤波后的数据查表；505根据查表的结果对控制电路进行控制，系统工作正常，则转换到507满载并网发电，若不正常则降低功率进行并网发电；回到502继续循环处理，形成一个闭环控制系统。
3、优选实施方案3(电源冲击控制)
光伏电池发电的不均匀性、风力发电不均匀性、燃料电池的内阻不断变化的特性，为充分发挥电源的效率，减小多用户联网协同发电时对电力系统的冲击，提高电力系统的鲁棒性，采用以下技术方案：每个独立的并网发电装置均采用总线相连，如发生突发事件时，如，风力发电机突然来了一阵风，一朵乌云突然离开，一组光伏电池突然受到太阳光的照射。如果许多微型并网发电系统不经控制就并网发电将对电网造成很大的冲击，甚至使电网瘫痪。
控制的步骤如下：如图6所示的流程图：
步骤一，对输入的电流、电压、环境温度、电网的电流、电压进行A/D变换，将输入的值转换为数字，见图602；
步骤二，对输入的数据进行数字滤波，见图603；
步骤三，对输入的数据进行处理生成，本发电设备的运行曲线；分析电网的数据得到电网的运行曲线，见图604；
步骤四，利用网络通信得到其他发电设备的的运行曲线，见图605；
步骤五，分析本发电设备的数据、其他发电设备的数据、电网的运行数据，预测电网的运行，控制本发电设备的运行，使整个电网保持鲁棒性，见图606；
步骤六，如有多个点均发电量均突然增加，则控制并网发电，让某些点的联网，一些点不联网，使发电量慢慢逐渐增加；如仅是本点发电量突然增大，则控制发电量快速增加，以便充分利用能量，见图607；
步骤七，回到步骤一。
对最近存储的值进行比较，如有突然变化，则通过总线通知系统中的各个并网发电点；
可再生能源，如光伏电池的面广量大，可积少成多，在将若干个独立的可再生能源逆变并网到电网时，对电网的冲击比较大。若不做好联网有效控制可影响电网的运行效率，严重的可导致电网瘫痪。
虽然结合附图对本发明的实施方式进行说明，但本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内作出各种变形或修改。

Claims (3)

1.可再生能源并网发电装置，包括：
AD转换器，控制电路，处理器，显示电路，通信电路；
其特征在于在控制电路、处理器、通信电路：
在光伏电池的控制电路利用多个抽头的变压器，控制其阻抗，使光伏电池的输出效率最高；
利用一对多多路开关切换变压器在不同的阻抗下工作。
2.根据权利要求1所述可再生能源并网发电装置，其特征是：在光伏电池的控制电路利用多个抽头的变压器，控制其阻抗，使光伏电池的输出效率最高。
3.根据权利要求1或权利要求2所述可再生能源并网发电装置，其特征是：利用一对多多路开关切换变压器在不同的阻抗下工作。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105659463A (zh) * 2013-09-03 2016-06-08 赖茵豪森机械制造公司 用于利用可调节的本地电网变压器控制本地电网的稳定性的设备和方法

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