專利名稱：風力發(fā)電反滲透法海水淡化系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及風力發(fā)電和海水淡化處理技術，特別是涉及一種利用風力發(fā)電和反滲 透法技術實現海水淡化的系統(tǒng)。
背景技術：
淡水是人類社會賴以生存和發(fā)展的基本物質之一，是一切生命之源。很多偏遠地 區(qū)、海島淡水資源天然匱乏，只能利用苦咸水或海水經過淡化處理獲取淡水。
多數成熟的淡化處理技術依賴電能驅動。偏遠地區(qū)或海島無法引入公共電網或引 入電網成本太高，而采用柴油發(fā)電不僅成本高，油料運輸還非常困難，維護工作量大，可靠 性差，對環(huán)境并不友好。因此，風力發(fā)電就成為替代常規(guī)能源發(fā)電的重要方式之一。隨著風 力發(fā)電技術的逐漸成熟與應用經驗的不斷積累，風力發(fā)電的應用方式也逐步拓寬，與其它 下游技術相結合的風力發(fā)電應用將創(chuàng)造更大的價值。
風能海水淡化技術的關鍵是選擇適合風力發(fā)電的海水淡化方法，由海水淡化技術 的特性、風力發(fā)電技術的特性和使用場地的環(huán)境條件等決定。反滲透法是最適合風能海水 淡化技術的方法之一，目前應用也非常廣泛。反滲透法單位能耗低，系統(tǒng)結構簡潔，適用于 各種規(guī)模。如前所述的偏遠地區(qū)、海島，淡水資源天然匱乏，又無法引入公共電網，而一般風 能資源又較為豐富，因此將風力發(fā)電與反滲透法海水淡化相結合生產淡水具有非常重要的 現實意義。
因此，確實需要一種結構簡單可靠能夠高效利用風能的反滲透法海水淡化系統(tǒng)。 發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種令系統(tǒng)負載功率與風力發(fā)電機最大輸出功率實現實時 匹配的風力發(fā)電反滲透法海水淡化系統(tǒng)。
為實現上述目的，本發(fā)明提供了一種風力發(fā)電反滲透法海水淡化系統(tǒng)，包括風力 發(fā)電機組、風電海水淡化驅動器、以及反滲透法海水淡化裝置。其中，該反滲透法海水淡化 裝置包含驅動由第一電動機驅動的原水泵和由第二電動機驅動的增壓泵；該風電海水淡化 驅動器包括整流濾波模塊、電制動能模塊、驅動原水泵的第一變頻器、驅動增壓泵的第二變 頻器以及一主控模塊。整流濾波模塊將風力發(fā)電機組的交流電轉換為直流電并傳輸至第 一、二變頻器。電阻制動模塊包括串聯的功率電阻和功率管，電阻制動模塊由主控模塊控制 而可變地消耗直流電能，從而控制風力發(fā)電機組轉速和整流濾波模塊的直流電壓。第一和 第二變頻器均由主控模塊控制令風力發(fā)電機組以最大輸出功率運行的方式而輸出變化的 頻率。主控模塊被設置為根據風力發(fā)電機組的最大功率曲線來計算變頻器的輸出頻率。其 中，最大輸出功率由風力發(fā)電機組的輸出交流電的頻率確定。
有利的是，本發(fā)明的風電反滲透法海水淡化系統(tǒng)的風力發(fā)電機組為三相永磁直接 驅動同步發(fā)電機，通過測量風力發(fā)電機組輸出的交流電頻率可計算風力發(fā)電機組的轉速， 因此風力發(fā)電機組最大輸出功率可由交流電的頻率確定。
進一步有利的是，本發(fā)明的風電反滲透法海水淡化系統(tǒng)的第一和第二變頻器的輸 入還連接市電或柴油發(fā)電機，并且由主控模塊控制令系統(tǒng)僅在風力電能不滿足系統(tǒng)用電需 求的情況下由市電或柴電補充供電，否則優(yōu)先消耗風電。
通過上述技術方案使本發(fā)明取得的技術優(yōu)勢在于，適應性強，效率高，風力發(fā)電機 組始終工作于最大輸出功率狀態(tài)，從而海水淡化效率最高；節(jié)約成本，無中間儲能環(huán)節(jié)，即 不需要配置蓄電池組。


圖1為根據本發(fā)明的風電反滲透法海水淡化系統(tǒng)原理框圖。
圖2為根據本發(fā)明的反滲透法海水淡化裝置示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖詳細描述本發(fā)明的具體實施方式
。
如圖1所示，根據本發(fā)明所提供的一種風電反滲透法海水淡化系統(tǒng)，包括風力發(fā) 電機組1、風電海水淡化驅動器2和反滲透法海水淡化裝置3。其中，風力發(fā)電機組1的三 相輸出接風電海水淡化驅動器2三相輸入，風電海水淡化驅動器2變頻驅動輸出接反滲透 法海水淡化裝置3驅動電動機輸入，風電海水淡化驅動器2的控制輸出接反滲透法海水淡 化裝置3的控制輸入，風電海水淡化驅動器2信號輸入接反滲透法海水淡化裝置3的信號 輸出。
根據本發(fā)明較佳實施例的風力發(fā)電機組1為三相永磁直接驅動風力發(fā)電機組，整 機采用防腐蝕處理，能夠適應惡劣環(huán)境條件。三相永磁直接驅動風力發(fā)電機組的容量選擇 靈活，發(fā)電效率高，可靠性高，維護量低。
根據本發(fā)明較佳實施例的風電海水淡化驅動器2包括整流濾波模塊21、耦接整流 濾波模塊21的電阻耗能模塊22、耦接整流濾波模塊21用于驅動原水泵電機的第一變頻器 23、耦接整流濾波模塊21用于驅動增壓泵電機的第二變頻器24、以及主控模塊25。其中， 整流濾波模塊21整流濾波模塊21包含整流橋211和濾波電容212，將風力發(fā)電機組1的 交流電轉換為直流電并傳輸至第一變頻器23和第二變頻器M。電阻制動模塊22包含串 聯的功率電阻221和功率管222，用于消耗直流電能，其驅動極連接主控模塊25，因而，功率 管222由主控模塊25控制而令電阻制動模塊22可變地消耗直流電能，從而控制風力發(fā)電 機組1的轉速和整流濾波模塊21輸出的直流電壓。
圖1中示例的反滲透法海水淡化裝置3采用典型的反滲透法海水淡化工藝，主要 包括原水泵301、驅動原水泵的第一電動機302、增壓泵303和驅動增壓泵303的第二電動 機304。第一電動機302和第二電動機304分別連接風電海水淡化驅動器2的第一變頻器 23和第二變頻器24。
更具體地，風力發(fā)電機組1三相輸出接整流濾波模塊21的三相輸入，整流濾波模 塊21的直流輸出接第一變頻器23和第二變頻器M的直流輸入；市電或柴油發(fā)電的三相輸 入接第一變頻器23和第二變頻器M的三相輸入。同時，第一變頻器23和第二變頻器M 的三相輸出分別接反滲透法海水淡化裝置3的第一電動機302和第二電動機306的三相輸 入。主控模塊25的功率管驅動輸出接電阻耗能模塊22的功率管驅動極；主控模塊25的模擬量輸出接第一和第二變頻器23J4的頻率設定輸入；主控模塊25的啟停控制輸出接第一 變頻器23和第二變頻器M的啟?？刂戚斎?，控制原水泵301和增壓泵的啟停。驅動原水 泵的第一變頻器23和驅動增壓泵的第二變頻器M為市售通用變頻器，可通過模擬量設定 輸出頻率。
根據本發(fā)明系統(tǒng)的反滲透法海水淡化裝置3采用典型的反滲透法海水淡化工藝， 如圖2所示，其主要構成除了原水泵301和驅動原水泵的第一電動機302，增壓泵303和驅 動增加泵的第二電動機304之外，還包括石英砂過濾器305、精密過濾器306、反滲透膜組件 307、產水電磁閥308、排水電磁閥309、原水泵進水壓力控制器310、高壓泵進水壓力控制器 311和濃水出水壓力控制器312。其中，石英砂過濾器305連接在原水泵301之后，石英砂 過濾器305的下游連接精密過濾器306，精密過濾器306的下游連接增壓泵303，增壓泵303 再連接反滲透膜組件307，反滲透膜組件307的產水側通過產水電磁閥308連接產水池，其 排水側通過排水電磁閥309連接排水池，而反滲透膜組件307的濃水側連接濃水池。原水 泵301和石英砂過濾器305之間、精密過濾器306和增壓泵303之間、反滲透膜組件307和 濃水池之間分別裝設有壓力控制器310、311、312。
原水泵301由第二電動機302驅動，增壓泵303由第二電動機304驅動。第一電 動機302和第二電動機304由風電海水淡化驅動器2變頻驅動，產水電磁閥308和排水電 磁閥309控制輸入接風電海水淡化驅動器2控制輸出，控制原水泵進水的第一壓力控制器 310、控制高壓泵進水的第二壓力控制器311和控制濃水出水壓力的第三控制器312分別接 風電海水淡化驅動器2信號輸入。
電阻制動模塊22在主控模塊25的控制下工作于脈沖寬度調制模式，通過主控模 塊25輸出的模擬信號動態(tài)調制功率管222的占空比即脈沖寬度，從而令電阻制動模塊22 可變地消耗直流電能，以控制風力發(fā)電機組轉速和整流濾波模塊的直流電壓，繼而實時控 制風力發(fā)電機組1轉矩與轉速的線性調節(jié)。風電海水淡化驅動器2能夠快速響應風力發(fā)電 機組1的運行控制需求，即使反滲透法海水淡化裝置3突然退出運行，風電海水淡化驅動器 2也能夠獨立控制風力發(fā)電機組1減速直至停機，保證風力發(fā)電機組1的安全運行。
主控模塊25還包含一信號輸入端口，通過該端口輸入檢測到的整流濾波模塊21 的電流輸入和輸出。主控模塊25根據風力發(fā)電機組1輸出的交流電頻率可計算出風力發(fā) 電機組1的轉速，因此風力發(fā)電機組1的最大輸出功率可以由交流電的頻率來確定。主控 模塊M被設置為根據風力發(fā)電機組1的最大輸出功率曲線來計算變頻器23的輸出頻率， 而變頻器23則在主控模塊M的控制下令風力發(fā)電機組1以最大輸出功率運行的方式而輸 出變化的頻率。
根據本發(fā)明所提供的這種風電反滲透法海水淡化系統(tǒng)的第一和第二變頻器23和 24的輸出頻率為，比較風力發(fā)電機組1的對應于整流濾波模塊21輸入交流電頻率的轉速 (/ )與對應于風速的最佳轉速(/^)，若《 < /V，則根據原水泵301、增壓泵303的轉速流量 特性來同步減小驅動原水泵的第一變頻器23和驅動增壓泵的第二變頻器M的輸出頻率， 使得原水泵301、增壓泵303的流量等比例減?。蝗籀?> /7#，則根據原水泵301、增壓泵303 的轉速流量特性來同步增大驅動原水泵的第一變頻器23和驅動增壓泵的第二變頻器M的 輸出頻率，使得原水泵301、增壓泵303的流量等比例增大；若= /^，則第一變頻器23和 第二變頻器M的輸出頻率保持不變。
本發(fā)明的優(yōu)勢在于1)采用風電海水淡化驅動器，通過計算風力發(fā)電機組的最大機械功率，進而確定變頻 器的最佳輸出頻率，使得風力發(fā)電機組始終工作于最大輸出功率狀態(tài)。一方面能夠滿足反 滲透法海水淡化裝置的驅動控制需求，同時可以控制風力發(fā)電機組最大功率跟蹤和安全運 行；2)風力發(fā)電變頻驅動淡化裝置，無需蓄電池組，無中間儲能環(huán)節(jié)，即不需要配置蓄電池 組，節(jié)約成本；3)系統(tǒng)容量可根據實際需要靈活選擇，風力發(fā)電機組可并聯，適用于各種規(guī)模；4)系統(tǒng)結構簡單可靠，可直接接入市電或柴油發(fā)電，無需額外增加設備，系統(tǒng)具有很好 的擴展性；5)配置一定容量的蓄電池組和充電設備，即可實現離網供電。
盡管上面通過舉例說明，已經描述了本發(fā)明較佳的具體實施方式
，本發(fā)明的保護 范圍并不僅限于上述說明，而是由所附的權利要求給出的所有技術特征及其等同技術特征 來定義。本領域一般技術人員可以理解的是，在不背離本發(fā)明所教導的實質和精髓前提下， 任何修改和變化可能仍落在本發(fā)明權利要求的保護范圍之內。
權利要求
1.一種風力發(fā)電反滲透法海水淡化系統(tǒng)，包括一風力發(fā)電機組(1)、以及一反滲透法 海水淡化裝置(3)，所述反滲透法海水淡化裝置(3)包含原水泵(301)和驅動原水泵的第一 電動機(302 )、增壓泵(303 )和驅動增壓泵(303 )的第二電動機(304)，其特征在于還包括一 風電海水淡化驅動器(2)，所述風電海水淡化驅動器(2)包括一整流濾波模塊(21)、一耦接于整流濾波模塊(21) 電阻耗能模塊(22)、一耦接于整流濾波模塊(21)用于驅動原水泵的第一變頻器(23)、一耦 接于整流濾波模塊(21)用于驅動增壓泵的第二變頻器(24)、以及一主控模塊(25)，其中所述整流濾波模塊(21)將風力發(fā)電機組(1)的交流電轉換為直流電并傳輸至第一和 第二變頻器(23、24);所述電制動能模塊(22)由主控模塊(25)控制而可變地消耗直流電能，從而控制風力 發(fā)電機組轉速和整流濾波模塊的直流電壓；所述變頻器(23、M)由主控模塊(25)控制令風力發(fā)電機組(1)以最大輸出功率運行的 方式而輸出變化的頻率；所述主控模塊(25)被設置為根據風力發(fā)電機組(1)的最大功率曲線來計算變頻器 (23)的輸出頻率。
2.根據權利要求1所述的風力發(fā)電反滲透法海水淡化系統(tǒng)，其特征在于所述最大輸 出功率由風力發(fā)電機組輸出的交流電頻率確定。
3.根據權利要求1所述的風力發(fā)電反滲透法海水淡化系統(tǒng)，其特征在于所述第一和 第二變頻器(23、M)的輸入還連接市電或柴油發(fā)電機(4)，并且由所述主控模塊(25)控制 令系統(tǒng)僅在風力電能不滿足系統(tǒng)用電需求的情況下由市電或柴電供電，否則令系統(tǒng)優(yōu)先消 耗風力電能。
4.根據權利要求1所述的風力發(fā)電反滲透法海水淡化系統(tǒng)，其特征在于所述整流濾 波模塊(21)包括一三相整流橋(211)和一濾波電容(212)。
5.根據權利要求1所述的風力發(fā)電反滲透法海水淡化系統(tǒng)，其特征在于所述電阻制 動模塊(22)包括串聯的功率電阻(221)和功率管(222)，該功率管(222)的驅動極由所述主 控模塊(25)控制工作于脈沖寬度調制方式，從而令電阻制動模塊(22)可變地消耗直流電 能以控制風力發(fā)電機組轉速和整流濾波模塊直流電壓。
6.根據權利要求1所述的風力發(fā)電反滲透法海水淡化系統(tǒng)，其特征在于所述風力發(fā) 電機組(1)為三相永磁直接驅動風力發(fā)電機組。
全文摘要
本發(fā)明風力發(fā)電反滲透法海水淡化系統(tǒng)包括風力發(fā)電機組、風電海水淡化驅動器和包含第一電動機驅動的原水泵和第二電動機驅動的增壓泵的反滲透法海水淡化裝置。風電海水淡化驅動器包括將交流電轉換為直流電的整流濾波模塊、用于控制風力發(fā)電機組轉速與整流濾波模塊直流電壓的電阻制動模塊、連接原水泵第一電機的第一變頻器、連接增壓泵第二電機的第二變頻器以及主控模塊。主控單元被設置為控制變頻器輸出頻率令風力發(fā)電機組以最大輸出功率運行，當風力電能不滿足系統(tǒng)用電需求時令市電或柴電補充供電，否則優(yōu)先消耗風電，控制電阻制動模塊可變消耗直流電能以限制風力發(fā)電機組轉速和整流濾波模塊直流電壓，使系統(tǒng)效率高適應強無需蓄電池而節(jié)約成本。
文檔編號C02F1/44GK102030391SQ20101054308
公開日2011年4月27日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權日2010年11月12日
發(fā)明者何雪松, 俞衛(wèi), 葉余勝, 張中偉 申請人:上海致遠綠色能源有限公司