CN203911478U - 孤网运行的风力发电机组与海水淡化相结合的供配电结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种孤网运行的风力发电机组与海水淡化相结合的供配电结构，包含有风力发电机组、储能装置和海水淡化负荷，所述风力发电机组、储能装置和海水淡化负荷均连接至母线，并受控于能量管理平台，其特征在于：还包含连接至母线的小型离网风力发电机组，该小型离网风力发电机组与离网风机自启动装置相连，所述小型离网风力发电机组的电力经第二变压器变压至母线电压，后经第二断路器输送至母线，小型离网风力发电机组、常规兆瓦级风力发电机组和储能装置三者的结合，通过小型离网风力发电机组和储能装置之间控制方式的转换，解决了以风力发电为主的孤立电网启动问题，并实现了独立风电与大型海水淡化装置的稳定结合。
Description
技术领域
本实用新型涉及孤网运行的风电与海水淡化联合系统的电气运行方式及供配电结构。
背景技术
随着可再生能源的迅速发展，利用太阳能、风能、潮汐能进行海水淡化日益受到国内外研究人员的重视。风能作为清洁的可再生新能源，应用于海水淡化工程，已经取得了较为成熟的研究成果。风能与海水淡化结合的技术途径主要有两种，一种是将风能转化为机械能直接驱动海水淡化装置工作；另一种是将风能转化为电能，通过为电动机供电从而驱动海水淡化装置工作。近年来随着风力发电技术和海水淡化技术的进步，风能转化为电能与海水淡化结合的技术在世界范围内得到了越来越广泛的应用。
在已公开的各项专利及国内外已投产的实验项目中，大多数的风力发电与海水淡化联合系统若需长期稳定运行都必须与电网相连或者由一次能源发电设备（如柴油发电机等）作为支撑孤网电压和频率的辅助电源。如图1所示，其为授权公告号为CN202040021U的在先专利文件，其使用柴油发电机作为辅助电源。长期采用一次能源发电设备作为孤立电网支撑将消耗大量一次能源，同时，这些发电机组运行所产生的尾气对大气环境也会造成一定程度的污染。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种改善的独立风电与海水淡化相结合的供配电结构，充分利用海岛地区的风力资源，在没有一次能源发电电源支撑且不与电网连接时，能够自行建立独立、可靠的供配电网络，解决海岛及沿海偏远地区的海水淡化工业用电的同时尽可能减少生态环境的破坏及一次能源消耗。
本实用新型所采用的技术手段如下所述。
一种孤网运行的风力发电机组与海水淡化相结合的供配电结构，包含有风力发电机组、储能装置和海水淡化负荷，所述风力发电机组、储能装置和海水淡化负荷均连接至母线，并受控于能量管理平台，其特征在于：还包含连接至母线的小型离网风力发电机组，该小型离网风力发电机组与离网风机自启动装置相连。
其中，所述小型离网风力发电机组的电力经第二变压器变压至母线电压，后经第二断路器输送至母线。
其中，所述海水淡化负荷包含海水淡化高压泵、海水增压泵、压力提升泵和淡水冲洗泵，所述海水淡化高压泵、海水增压泵、压力提升泵和淡水冲洗泵均通过变频器连接至母线。
本实用新型所产生的有益效果如下。
1、利用风力发电解决了独立风电配电系统的启动问题，避免了一次能源消耗并减轻了环境污染。
2、.独立风电与海水淡化装置的结合不再受风电电源容量的限制，可以充分发挥海岛及沿海偏远地区丰富的风力资源优势，利用取之不尽用之不竭的海水资源，既为沿海经济社会的发展提供了充足的淡水资源，也为风力资源与海洋资源两者结合的综合利用创造了有利条件。
附图说明
图1为现有技术中适用于孤岛电网的兆瓦级风电海水淡化系统。
图2为本实用新型孤网运行的风力发电机组与海水淡化相结合的供配电结构。
具体实施方式
为实现上述目的，本实用新型提出了以下供配电结构：该供配电结构包含风机自启动装置1、小型离网风力发电机组2、常规兆瓦级风力发电机组3、第一变压器4a、第二变压器4b、第一断路器5、第二断路器14、第三断路器15，含有双向逆变器6和蓄电池组7的储能装置，多个变频器8、海水淡化高压泵9、海水增压泵11、压力提升泵12、淡水冲洗泵13、综合能量管理平台10及母线L。
本实用新型中所涉及到的海水淡化技术采用的是目前较为成熟和应用广泛的反渗透海水淡化技术。小型离网风力发电机组采用永磁同步发电机，常规兆瓦级风力发电机组可采用主流的双馈异步风力发电机组或直驱永磁同步风力发电机组。
本实用新型所述供配电结构的运行模式为：小型离网风力发电机组2在适合的风资源条件下通过风机自启动装置1完成风机启动，所发出的电力通过与其连接的第二变压器4b变压至母线电压，经第二断路器14将电力传输至母线L，风机内部的变频器采用V/f（电压/频率）控制方式维持其输出侧及配电网络的电压和频率稳定，同时配电网络母线L经第三断路器15和双向逆变器6为储能装置中的蓄电池组7充电，此时储能装置工作在充电状态，当储能装置电量能够维持母线电压和频率稳定时，储能装置将作为孤网系统的支撑电源，工作在V/f控制模式下，能量管理平台10发出第一断路器5合闸指令并启动常规兆瓦级风力发电机组3，此时能量管理平台10可根据风资源情况及风机给定的功率曲线，计算出下一时刻小型离网风力发电机组2及常规兆瓦级风力发电机组3出力，根据海水淡化用电设备的启动顺序，先后投入海水淡化工艺系统中的海水增压泵11、压力提升泵12、高压泵9等负荷进行淡水生产。为适应孤网运行的风电电源所配置的海水淡化负荷中的高压泵9可分解成多个小容量的泵组，根据风电电能的产量投入不同数量的泵组，并对应不同的淡水产量。此外，大多数海水淡化负荷配备了变频器8，都可以根据电源侧输出电能的大小适当调节其自身的取用功率，故此时储能装置仅需维持系统电压和频率即可，无需进行大范围的充、放电调节。当风电电源所发出的电量不足以维持海水淡化装置正常生产时，能量管理平台10向海水淡化装置发出停机指令，高压泵9即停止工作，但为保证系统管网压力维持在正常和安全的范围内，海水增压泵11及压力提升泵12还需继续工作一段时间后才能停止，此时由于风电电源输出电量降低，储能装置的双向变流器6必须工作在放电模式，以维持增压泵11及压力提升泵12的正常运转。此外，为了延长反渗透膜的使用寿命，在海水淡化系统长时间停机时，需要对系统进行电动清洗，故储能装置必须确保满足清洗所需投入的淡水冲洗泵13、压力提升泵12所需的电量。停机后，若储能装置剩余电量仍较为充足，系统再次启动时可直接合第一断路器5投入大型常规风力发电机组3并进行海水淡化工艺生产，而无需先对储能装置进行充电；若储能装置剩余电量不足以满足大型常规兆瓦级风力发电机组3的正常启动，则需再次先启动小型离网风力发电机组2为储能装置充电。在正常生产过程中，小型离网风力发电机组2亦可参与整个系统的供电，以最大限度的利用风能资源。
本实用新型的特点在于：该配电系统可以完全独立于电网并不接入其他一次能源发电电源，仅利用小型离网风力发电机组的自启动装置实现初始启动过程。小型离网风力发电机组、常规兆瓦级风力发电机组和储能装置三者的结合，通过小型离网风力发电机组和储能装置之间控制方式的转换，解决了以风力发电为主的孤立电网启动问题，并实现了独立风电与大型海水淡化装置的稳定结合。
Claims (3)
1.一种孤网运行的风力发电机组与海水淡化相结合的供配电结构，包含有风力发电机组、储能装置和海水淡化负荷，所述风力发电机组、储能装置和海水淡化负荷均连接至母线，并受控于能量管理平台，其特征在于：还包含连接至母线的小型离网风力发电机组，该小型离网风力发电机组与离网风机自启动装置相连。
2.如权利要求1所述的一种孤网运行的风力发电机组与海水淡化相结合的供配电结构，其特征在于：所述小型离网风力发电机组的电力经第二变压器变压至母线电压，后经第二断路器输送至母线。
3.如权利要求1或2所述的一种孤网运行的风力发电机组与海水淡化相结合的供配电结构，其特征在于：所述海水淡化负荷包含海水淡化高压泵、海水增压泵、压力提升泵和淡水冲洗泵，所述海水淡化高压泵、海水增压泵、压力提升泵和淡水冲洗泵均通过变频器连接至母线。
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