CN201238202Y - 非并网风光电源的配套充放、储配、供用电独立电站 - Google Patents

Abstract

一种非并网风光电源的充放、储配、供用电独立电站，主要由电站箱体、风力发电机、太阳能电池板、蓄电池组、风光发电控制器、正弦波逆变器、储电器、储电器控制开关、配电板、直流用电变频调速控制器、交流用电变频调速控制器以及市电负荷分配器等构成。电站可控制风光系统对蓄电池自动充电，并且扩大充电风速的范围、电站具有充放储配供用电功能、可对动力负荷进行变频无级调速和对一般市电交流用电器进行分配供用电。本电站可与风光发电系统进行良好的匹配，可系统地解决充放储配供用电和改善发电性能，具有自动化程度高、高效节能、供用电性能好、稳定可靠、使用寿命长的特点。

Description

非并网风光电源的配套充放、储配、供用电独立电站

技术领域

本实用新型涉及一种新型清洁复合能源的电站，特别是一种非并网风光电源配套的可完成充电、放电、储电、配电、供电和用电的独立电站。

背景技术

作为与非并网风力发电机和太阳能电池复合电源配套的独立电站，必须从整体系统上解决发电充电放电储电配电供电和用电的问题。传统的风光电站偏重于发电充电和放电。只有从系统上解决问题，才能保证性能质量，使其具备自动化程度高稳定可靠的特点，才能达到普及推广的目的。例如从用电角度看，必须珍惜能源，这不仅是节约的要求，而且是系统正常运行的条件，因为对于有限电源只有用得省，才能保证使用时间长，同时用得省还可减轻电源负荷，让电源处于“身大力不亏”的状态，从而提高可靠性和使用寿命。此外从传统的风光互补电源没有涉及的配电角度看，它既没有区别用电负荷种类的特征要求和差异，例如静态负荷照明电视机电开水器等，以及动态负荷空调厨房风机等；也没有按照负荷要求进行高效配电。传统做法是统一把蓄电池的直流电源逆变成交流正弦波供给用电器，这样做对于许多情况在总体上不仅麻烦、多此一举，而且不符合用电器的特性，例如对于电视机增加了电源交流干扰，对于电热器损失了谐波、浪费了能量，对于电气传动技术而言也有不利之处，不能直接把蓄电池的直流电变为交流方波，而不能利用方波电源和方波电动机，即直流变频和永磁直流变频无刷直流电动机技术。当前比较先进的电气传动技术是采用永磁无刷直流电动机(属于无刷交流驱动电动机)，它的输入电源是交流方波，由于方波磁场和方波电流的之间的相互作用产生的转矩比正弦波大，所以永磁无刷直流电动机的功率密度大，因此体积小，效率高，更有利于节约能量和带重载负荷，特别适应独立电站使用。解决此问题的办法就是改变传统的统一市电供电的模式，减少多余环节、提高能效、实现个性化最佳配套服务，为此，除电站进行个性化配电以外，还可研制风光电站专有电器，例如电视机、电热水器等等。由于缺乏系统配套的多种综合原因，例如蓄电池使用、充电放电，用电等等，使得传统的风光电站存在蓄电池的使用寿命、节能水平和可靠性不够高的问题。

此外在当前风光互补电站技术中，为了提高效率，必然追求宽广的可工作风速范围，力求在低速风时能发电，在高速风时也能超发电。这需要蓄电池有较大的容量配套，由此可能形成配套不合理，由于蓄电池工作速度较低而难于吸收大风的能量，同时对于一般不能进行快速充电的传统蓄电池，长期大电流充电会遭受损害，由此形成传统技术的多种难题。由于蓄电池的比功率特性(功率/质量)较低，所以难以像骆驼见到水一样，快速把风能储存起来，解决的办法是，对于蓄电池而言，就是要进行快速充电，对于风能而言，就是要提供快速储能容器。由此带来充电技术的改进。再则，前面所述的用电问题，也是一个放电问题。尽管在挖掘节约用电的潜力以后，但是由于蓄电池工作速度低，有时仍然不能满足用电器的要求，例如电动机启动的动态负荷。这就是放电技术改进的问题。例如前述的快速储能容器由于工作速度高，而可以作为快速工作电源与蓄电池一道满足用电器的要求。

发明内容

本实用新型的目的就是要提供一种与非并网风力发电机和太阳能电池复合电源配套的、具有多种优良性能的独立电站，它能克服现有技术的不足。在理念上是把独立电站的发充放储配供用电作为一个整体系统对待，全面解决充放储配供用电的问题，以充放储配供用电多方面技术与风光发电机进行合理配套，同时改进传统的风光电站的一些技术，重点是发电技术，并且以标准化高性能价格比的产品形式推向市场。具体而言是，以快速储能方式充分利用风能，以改进的蓄电池使用方法优化蓄电池的充放电，以合理的方式进行配电，以节能的措施满足用电需求，以系统化合理充放储配供用电方式与风光电源配套，形成使用方便、自动化程度高、稳定可靠、使用寿命长、环保节能的独立电站。从而推出可满足现实需求的高性能价格比的实用产品。

本实用新型的目的是这样实现的：一种非并网风光电源的配套充放、储配、供用电独立电站，包括电站箱体，风光发电控制器安装在电站箱体的内部，通过电缆与风力发电机以及太阳能电池板相连接，蓄电池组、风光发电控制器、正弦波逆变器、储电器、储电器控制开关和配电板都安装在电站箱体的内部，蓄电池组通过电缆与风光发电控制器和正弦波逆变器相连接，储电器通过储电器控制开关与风光发电控制器和蓄电池组相连接，储电器控制开关与风光发电控制器相连接，配电板通过电缆与蓄电池组以及正弦波逆变器相连接，直流用电变频调速控制器，交流用电变频调速控制器安装在配电板的内部，通过电缆与蓄电池组相连接，市电负荷分配器安装在配电板的内部，通过电缆与正弦波逆变器相连接。储电器控制开关采用可控功率电子开关，在风力发电机低电平时关闭储电器，在高电平时打开储电器，储电器采用超级电容，可快速吸收和放出电能。蓄电池组采用可快速充电的阀控密封免维护铅酸蓄电池或锂电池。

本实用新型所提供的非并网风光电源的充放储配供用电独立电站具有以下特点：

一、采用可快速充电蓄电池，不仅有利于与发电风速宽广的风力发电机匹配以提高出力，而且有利于提高充电储电放电的性能、例如提高充电和放电的速度，储电的安全性(因为蓄电池采用了不移动凝胶电解液和吸附式超细玻璃纤维隔板的作用，使得电池可以以不同的安装位置工作而不会出现漏液现象)，在总体上提高稳定性可靠性和环保标准。

二、采用超级电容作为快速储电器，可快速吸收大风的能量，有利于提高利用率，本质在于改进发电环节，同时可解决蓄电池工作速度低的问题，以临时储电的方式吸收风能，再缓慢地对蓄电池充电，因而可改进充电方式，有利于保护蓄电池。储电器控制开关的采用有利于风力发电机的启动。对于放电工序，由于储电器的作用，满足了动力用电器在启动的过度过程中对于动态负荷的需求，因此有利于提高启动性能、改善放电性能、有利于呵护蓄电池提高使用寿命。

三、采用配电板，不仅可以完善电站计量测量功能，而且可完善发配储供用电的全套功能；在外观实现了景观设计以后，可与使用环境协调，美化环境增加实用性；将运输和工作统筹设计，既可作为运输工具，又可作为标准产品，既便于运输，又便于安装定位，还具有标准化的防护措施，可减少用户的工作，并且有效地保护设备不遭受损坏，有利于提高产品的质量和可靠性。

四、由于采用直流用电变频调速控制器、交流用电变频调速控制器和市电负荷分配器，所以增加了配电和用电功能，改善了放电储电功能。第一，完善配电环节，对于负荷进行区分，有利于进行个性化的配套服务，是一种和谐和平衡。第二，把用电环节纳入电站，有利于节能，不仅方便用户，而且有利于放电和储能，实现只有用得省才能长时间用的目的。第三，根据电源逆变的规律，利用直流变方波简单易行节能，这是因为采用直流变频和交流方波驱动的永磁无刷直流电动机，它的输入电源是交流方波，而采用SPWM交流变频无级调速技术控制的交流正弦波驱动的感应电动机(异步电动机)或永磁无刷同步电动机，都可以方便地由直流电源获得。第四，采用变频无级调速、以及矢量控制技术，可实现软启动，在低频时输出大力矩，有利于快速顺利启动、节能和保护蓄电池；可精确控制速度；可广泛适应多种电气传动的需求。由于变频调速采用自动控制技术，自动化程度高，所以适应用户的使用水平，同时由于控制参数可调节，所以通用性强。第五，采用市电负荷分配器直接引用正弦波逆变器的电源供应静态负荷，可满足特殊的需求，适应当前的市场及用户的状况，由于进行了负荷分类，所以减小了设备的容量，使得电力通过最短途径通达用户，显得合理节省。由于对于静态负荷采用了自动空气断路器和熔断器进行粗分级，因而简单易行，有利于系统稳定运行，提高可靠性。

五、由于采用了综合措施，在整体系统上解决问题、完善配套，所以可全面优化电站性能、这是因为在高性能蓄电池、储电器和配电措施、以及用电措施的共同作用下，可极大地提高电站电网的运行稳定性可靠性。例如变频调速技术可根据电网电压情况自动调节负载，可与储电器和蓄电池一道共同形成动态供给，这对于小型独立电站而言，是十分难能可贵的性能，不仅可满足动态冲击负荷的要求，而且能减轻蓄电池的压力，有利于保护蓄电池，从电站电网整个系统看，还可形成一个和谐互补的整体，有利于提高供用电性能和质量、提高使用寿命和可靠性。又例如设计了配电板和箱体，起到了整合的作用，既有利于运输，又有利于运行工作，既有利于管理，又有利于保护设备，总体上有利于推出标准化的产品。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的系统示意图。

图2本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

如附图1和图2所示，一种非并网风光电源的配套充放、储配、供用电独立电站，包括电站箱体1，其特征在于：风光发电控制器5安装在电站箱体1的内部，通过电缆与风力发电机2以及太阳能电池板3相连接，蓄电池组4、风光发电控制器5、正弦波逆变器6、储电器7、储电器控制开关8和配电板9都安装在电站箱体1的内部，蓄电池组4通过电缆与风光发电控制器5和正弦波逆变器6相连接，储电器7通过储电器控制开关8与风光发电控制器5和蓄电池组4相连接，储电器控制开关8与风光发电控制器5相连接，配电板9通过电缆与蓄电池组4以及正弦波逆变器6相连接，直流用电变频调速控制器10，交流用电变频调速控制器11安装在配电板9的内部，通过电缆与蓄电池组4相连接，市电负荷分配器12安装在配电板9的内部，通过电缆与正弦波逆变器6相连接。

储电器控制开关8采用可控功率电子开关，在风力发电机低电平时关闭储电器7，在高电平时打开储电器7，储电器7采用超级电容，可快速吸收和放出电能。

蓄电池组4采用可快速充电的阀控密封免维护铅酸蓄电池或锂电池。

配电板9设功率表、能量表、电量表等测量仪表和自动空气断路器、熔断器，用于计量和控制，并且完善配电设施，把用电负荷分为三类，一是对于采用PWM脉宽调制直流变频无级调速技术控制的交流方波驱动的永磁无刷直流电动机，配备直流用电变频调速控制器10，电源直接由蓄电池取得，输入直流电，输出交流方波。二是对于采用SPWM正弦脉宽调制交流变频无级调速技术控制的交流正弦波驱动的感应电动机异步电动机或永磁同步电动机，配备交流用电变频调速控制器11，电源直接由蓄电池取得，输入直流电，输出可以是三相交流电或单相直流电。三是对于引用正弦波逆变器6输出的单相交流市电的一般静态用电负荷，配备安装有控制开关和熔断器的市电负荷分配器12，可对市电进行分配和对负荷进行粗分级。直流用电变频调速控制器10和交流用电变频调速控制器11都可以直接带动电动机进行变频无级调速，满足动态用电负荷的需求，对于永磁无刷直流电动机可按照相解耦直流电动机的方式进行调速控制，对于交流异步电动机和永磁同步电动机都可以采用矢量控制技术实现调速控制。

风光发电控制器5同时控制风力发电机2和太阳能电池板3对于蓄电池组4进行充电，采用PWM控制技术实现无级卸载自动电流调节和限压充电，控制参数在一定范围内可调，具有过风速和过电压刹车保护，能够利用风力发电机2的电源信号控制储电器控制开关8打开和关闭储电器7。

本实用新型使用时，电站箱体1起到便于运输和安装定位、以及保护设备的作用。在设备安装到位以后，打开风光发电控制器5，风力发电机2和太阳能电池板3可自动工作，在小风和大风都能够发电，风速范围宽广。与之配套的风力发电机具有变螺距调节作用，以在一定范围内适应风速，过风速可自锁而制动，起到保护作用。风光发电控制器5可同时控制风光系统，进行无级卸载自动电流调节和限压充电，在过风速和过电压时进行刹车保护。在风力发电机未启动之前，风光发电控制器5采集的风力发电机的电源信号是低电平，所以自动关闭储电器控制开关8，以便于风机启动，在启动以后，电源信号由低电平变为高电平，因此开关自动打开储电器7，开始储电。当遇到大风时，发电机超发，储电器快速充电，然后对蓄电池组4充电。在风光系统正常的条件下，同时对储电器和蓄电池充电，以及向负载供电。

在用电环节，按照负荷分类，接好负载，不需要配备任何用电控制器就可以采用配电板上的开关和调速装置进行控制，远距离遥控除外。打开正弦波逆变器6和市电负荷分配器12，利用市电负荷分配器12引用正弦波逆变器6输出的交流市电，采用配电板上市电负荷分配器12的控制分开关可使用静态负荷，如电视机和照明。利于直流用电变频调速控制器10和交流用电变频调速控制器11，可使用动力负荷，并能进行无级调速，对于周期性工作或程序性质的工作，可预先输入程序，然后可自动工作。电站在工作过程中，除了常规的用电控制以外，如开关电视机、照明灯，电网系统的调节控制全部自动进行。

Claims (3)

1、一种非并网风光电源的配套充放、储配、供用电独立电站，包括电站箱体(1)，其特征在于：风光发电控制器(5)安装在电站箱体(1)的内部，通过电缆与风力发电机(2)以及太阳能电池板(3)相连接，蓄电池组(4)、风光发电控制器(5)、正弦波逆变器(6)、储电器(7)、储电器控制开关(8)和配电板(9)都安装在电站箱体(1)的内部，蓄电池组(4)通过电缆与风光发电控制器(5)和正弦波逆变器(6)相连接，储电器(7)通过储电器控制开关(8)与风光发电控制器(5)和蓄电池组(4)相连接，储电器控制开关(8)与风光发电控制器(5)相连接，配电板(9)通过电缆与蓄电池组(4)以及正弦波逆变器(6)相连接，直流用电变频调速控制器(10)，交流用电变频调速控制器(11)安装在配电板(9)的内部，通过电缆与蓄电池组(4)相连接，市电负荷分配器(12)安装在配电板(9)的内部，通过电缆与正弦波逆变器(6)相连接。

2、根据权利要求1所述的非并网风光电源的配套充放、储配、供用电独立电站，其特征在于：储电器控制开关(8)采用可控功率电子开关，在风力发电机低电平时关闭储电器(7)，在高电平时打开储电器(7)，储电器(7)采用超级电容，可快速吸收和放出电能。

3、根据权利要求1所述的非并网风光电源的配套充放、储配、供用电独立电站，其特征在于：蓄电池组(4)采用可快速充电的阀控密封免维护铅酸蓄电池或锂电池。

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