專利名稱：一種基于直流母線的風(fēng)電獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于直流母線的風(fēng)電獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有小型風(fēng)力發(fā)電主要為分布式應(yīng)用，采用的技術(shù)方案主要有傳統(tǒng)蓄電池方案、 交流母線和有限并網(wǎng)的方案。(1)傳統(tǒng)蓄電池方案是風(fēng)電經(jīng)整流后與蓄電池組并聯(lián)，再經(jīng)過逆變器給負(fù)載供電， 依靠蓄電池自身的穩(wěn)壓能力保證負(fù)載穩(wěn)定運(yùn)行。這種方案原理簡單，實(shí)現(xiàn)起來較容易，同時(shí)有大量蓄電池，保證率較高。但需要大量蓄電池為穩(wěn)壓提供支撐，而且逆變器輸入電壓的范圍越小，蓄電池所需配置的容量就越大，蓄電池的有效利用容量就越小，蓄電池利用率越低，從而造成資源的浪費(fèi)，而且蓄電池組建的母線電壓越高，對(duì)蓄電池的要求也就越高；同時(shí)，蓄電池自身效率較低，充放電過程的損耗可達(dá)到20%。另外，蓄電池的維護(hù)、更換麻煩，壽命有限，對(duì)大規(guī)模風(fēng)電系統(tǒng)適應(yīng)性較差。目前小型風(fēng)電系統(tǒng)大多采用此方案。(2)交流母線方案要交流并網(wǎng)，是利用儲(chǔ)能設(shè)備(蓄電池組)和變流設(shè)備(雙向逆變器)建立較為穩(wěn)定的小型獨(dú)立電網(wǎng)，然后再將風(fēng)電通過并網(wǎng)逆變器并入獨(dú)立電網(wǎng)。該方案電能輸出質(zhì)量較高，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，但交流并網(wǎng)參數(shù)較多，控制較為復(fù)雜，關(guān)鍵設(shè)備-雙向逆變器價(jià)格相對(duì)較高。目前尚未有成熟的適應(yīng)于大規(guī)模應(yīng)用的雙向逆變器。(3)有限并網(wǎng)方案可減少蓄電池的用量，有電網(wǎng)支撐，穩(wěn)定性好，保證率高，但需要當(dāng)?shù)赜须娋W(wǎng)，并且存在入網(wǎng)審查問題，應(yīng)用一般較少；也有些方案采用柴油發(fā)電機(jī)作為電網(wǎng)支撐，而柴油機(jī)污染大，運(yùn)行成本高，考慮到風(fēng)電的波動(dòng)性和間隙性，浪費(fèi)較高，這限制了此方案的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的不足提供一種基于直流母線的風(fēng)電獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于直流母線的風(fēng)電獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，用于將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換成直流電輸?shù)街绷髂妇€的ACDC開關(guān)電源組；電流輸入端與所述直流母線分別連接的一組變頻器以及高壓逆變器；與所述直流母線通過雙向DCDC開關(guān)電源連接的儲(chǔ)能裝置，所述儲(chǔ)能裝置連接低壓逆變器；還包括用于控制直流母線電壓穩(wěn)定、調(diào)節(jié)電網(wǎng)輸入輸出功率平衡的控制子系統(tǒng)。本發(fā)明所述的基于直流母線的風(fēng)電獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于消耗所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的富余電能的卸荷保護(hù)裝置。其中，所述保護(hù)裝置由卸荷保護(hù)電阻以及降壓DCDC開關(guān)電源構(gòu)成，所述降壓DCDC 開關(guān)電源一端連接所述直流母線，另一端連接所述卸荷保護(hù)電阻。較優(yōu)的，所述卸荷保護(hù)電阻與所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的額定總功率相同。進(jìn)一步，所述直流母線電壓為525V。
較優(yōu)的，所述的儲(chǔ)能裝置為蓄電池組。本發(fā)明所述的基于直流母線的風(fēng)電獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)所述的控制裝置包括PLC控制器，所述PLC控制器電連接有觸摸屏。本發(fā)明通過A⑶C開關(guān)電源和雙向D⑶C開關(guān)電源建立穩(wěn)定直流母線直接為負(fù)載供電，保證了負(fù)載系統(tǒng)的供電穩(wěn)定；同時(shí)由直流母線直接為負(fù)載供電，減少了再逆變環(huán)節(jié)，提高了風(fēng)電利用率；另外，A⑶C開關(guān)電源和雙向D⑶C開關(guān)電源可單臺(tái)運(yùn)行，也可多臺(tái)并網(wǎng)運(yùn)行，且并網(wǎng)實(shí)現(xiàn)簡單，具有很強(qiáng)可擴(kuò)展性。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于直流母線的風(fēng)電獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖中1 一風(fēng)力發(fā)電機(jī)、2 — A⑶C開關(guān)電源、3—卸荷保護(hù)電阻、4 一降壓DOTC開關(guān)電源、5 —控制器、6 —雙向D⑶C開關(guān)電源、7 —儲(chǔ)能裝置、8 —變頻器、9 一高壓逆變器、10 — 低壓逆變器、11 一電機(jī)。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖1，一種基于直流母線的風(fēng)電獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)，包括由若干風(fēng)力發(fā)電機(jī)1構(gòu)成的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，用于將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換成直流電輸出到直流母線的由與所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)1分別對(duì)應(yīng)設(shè)置的若干A⑶C開關(guān)電源2構(gòu)成的A⑶C開關(guān)電源組；輸入端與所述直流母線分別連接的一組變頻器8以及高壓逆變器9 ；與所述直流母線通過雙向 DCDC開關(guān)電源6連接的儲(chǔ)能裝置7，所述儲(chǔ)能裝置7連接低壓逆變器10 ；還包括控制子系統(tǒng)，用于控制直流母線電壓穩(wěn)定、調(diào)節(jié)平衡電網(wǎng)的輸入輸出功率。所述的一組變頻器8、高壓逆變器9以及低壓逆變器10電流輸出端均連接負(fù)載給負(fù)載供電。其中，所述的變頻器8用于連接電機(jī)11給電機(jī)11供電，其它負(fù)載由高壓逆變器 9以及低壓逆變器10供電。本發(fā)明將負(fù)載進(jìn)行了分類，主要分為電機(jī)類負(fù)載和非電機(jī)類負(fù)載。對(duì)電機(jī)類負(fù)載由變頻器8供電，這樣可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)類負(fù)載軟啟軟停，在保護(hù)負(fù)載的同時(shí)，減小對(duì)系統(tǒng)的沖擊；非電機(jī)類負(fù)載由普通逆變器供電，逆變器雙分為高壓逆變器9 和低壓逆變器10，高壓逆變器9輸入端為直流525V母線，低壓逆變器10與儲(chǔ)能裝置7連接。這樣分類是考慮系統(tǒng)的規(guī)模和成本，需要按實(shí)際情況進(jìn)行配置。直流母線獨(dú)立電網(wǎng)有兩個(gè)最基本要求即母線電壓穩(wěn)定和輸入輸出功率平衡。本發(fā)明中母線電壓穩(wěn)定是通過ACDC開關(guān)電源與雙向DCDC開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)的，輸入輸出功率平衡是由所述的控制子系統(tǒng)控制完成的。所述ACDC開關(guān)電源具有整流、升壓和穩(wěn)壓功能，其輸出電壓可以根據(jù)外部命令從零至額定電壓連續(xù)可調(diào)，輸出電流可以根據(jù)外部命令從零至額定進(jìn)行限流，并可以多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行。參見圖1，本發(fā)明所述的基于直流母線的風(fēng)電獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)所述的控制子系統(tǒng)包括一套PLC控制器5，所述PLC控制器5電連接有人機(jī)交互設(shè)備一觸摸屏，所述的PLC控制器還連接有若干傳感器、若干分散控制設(shè)備，它們一起構(gòu)成本發(fā)明獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)的控制子系統(tǒng)。所述的儲(chǔ)能裝置7為蓄電池組。所述的雙向DCDC開關(guān)電源和蓄電池組一起構(gòu)成本發(fā)明所述的基于直流母線的風(fēng)電獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)的儲(chǔ)能子系統(tǒng)。蓄電池組作用是削峰填谷，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電足夠多且負(fù)載消耗不了時(shí)，蓄電池組存儲(chǔ)多余的電；反之，當(dāng)風(fēng)電不足時(shí)，蓄電池組放電，為負(fù)載補(bǔ)充電能。蓄電池組的充放電是由控制子系統(tǒng)通過雙向D⑶C開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)的；雙向D⑶C開關(guān)電源具有升壓和降壓兩種工作模式，降壓時(shí)可以給蓄電池組充電，升壓時(shí)可以從蓄電池組取電并將電壓升至直流525V，與ACDC開關(guān)電源并聯(lián)為負(fù)載供電。蓄電池組充放電電流大小由PLC控制器根據(jù)監(jiān)測(cè)的輸入功率、蓄電池組的狀態(tài)參數(shù)，如端電壓、可用電量、充放電電流、溫度等及負(fù)載功率等計(jì)算后給定，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池進(jìn)行有效管理，延長其使用壽命，提高蓄電池的利用率。本發(fā)明所述的基于直流母線的風(fēng)電獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于消耗所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的富余電能的卸荷保護(hù)裝置。其中，所述保護(hù)裝置由卸荷保護(hù)電阻3以及降壓DCDC開關(guān)電源4構(gòu)成，所述降壓 DCDC開關(guān)電源4 一端連接所述直流母線，另一端連接所述卸荷保護(hù)電阻3。進(jìn)一步的，所述卸荷保護(hù)電阻與所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的額定總功率相同，這樣設(shè)計(jì)以便在特殊情況下完全消耗風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能，保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)。本發(fā)明基于直流母線的風(fēng)電獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)的保護(hù)措施主要是由卸荷保護(hù)電阻和降壓DCDC開關(guān)電源完成的。降壓DCDC開關(guān)電源從母線取電同時(shí)將其降壓為卸荷保護(hù)電阻的工作電壓，并可由PLC控制器控制其輸出電流。當(dāng)輸入功率足夠大，負(fù)載和蓄電池組消耗仍有富余時(shí)由卸荷保護(hù)電阻消耗多余電能，從而實(shí)現(xiàn)輸入輸出功率平衡，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。本發(fā)明中所述直流母線電壓為525V。所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、A⑶C開關(guān)電源組、卸荷保護(hù)電阻、降壓D⑶C開關(guān)電源、變頻器、高壓逆變器、低壓逆變器一起構(gòu)成本發(fā)明的動(dòng)力子系統(tǒng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能經(jīng)過A⑶C開關(guān)電源整流穩(wěn)壓，建立525V的直流母線，控制子系統(tǒng)通過PLC控制器實(shí)現(xiàn)多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，同時(shí)啟動(dòng)雙向D⑶C開關(guān)電源和降壓D⑶C 開關(guān)電源開始工作。在運(yùn)行過程中，控制子系統(tǒng)通過檢測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸入功率，實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池組的狀態(tài)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果分配負(fù)載功率，使得系統(tǒng)的輸入輸出功率平衡，從而保證了系統(tǒng)穩(wěn)定。本發(fā)明電網(wǎng)系統(tǒng)主要采取以下兩方面的保護(hù)措施 1、設(shè)備與動(dòng)力系統(tǒng)保護(hù)，主要包括
風(fēng)力發(fā)電機(jī)出口過電壓保護(hù)，蓄電池過電壓保護(hù)，蓄電池低電壓保護(hù)，蓄電池充電保護(hù)，系統(tǒng)過電流保護(hù)。2、當(dāng)風(fēng)速高于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的切出風(fēng)速時(shí)，由控制子系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)荷切除和系統(tǒng)停止操作。綜上，本發(fā)明系統(tǒng)運(yùn)行主要包括直流母線電網(wǎng)的建立、負(fù)載連接和系統(tǒng)協(xié)調(diào)動(dòng)態(tài)控制。一、通過A⑶C開關(guān)電源或雙向D⑶C開關(guān)電源建立直流母線，并實(shí)現(xiàn)多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)；
二、監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率，當(dāng)輸入功率滿足負(fù)載投入條件后，連接負(fù)載；
三、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)輸入輸出功率、蓄電池的狀態(tài)參數(shù)和負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行系統(tǒng)在線調(diào)節(jié)，保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。 本發(fā)明由于風(fēng)電經(jīng)過A⑶C開關(guān)電源整流穩(wěn)壓，建立525V直流電網(wǎng)經(jīng)直流母線輸出后直接為不同類負(fù)載供電，減少了再逆變環(huán)節(jié)，提高了風(fēng)電利用率；由于母線電壓的穩(wěn)定由直流開關(guān)電源來實(shí)現(xiàn)，蓄電池的作用只是對(duì)風(fēng)電的削峰填谷，所以蓄電池的使用量明顯降低，使得系統(tǒng)成本較低，具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景；本發(fā)明并網(wǎng)簡單，可擴(kuò)展性好、 硬件實(shí)現(xiàn)較為容易、成本低、效率高。 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于直流母線的風(fēng)電獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，用于將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換成直流電輸?shù)街绷髂妇€的ACDC開關(guān)電源組；電流輸入端與所述直流母線分別連接的一組變頻器以及高壓逆變器；與所述直流母線通過雙向DCDC開關(guān)電源連接的儲(chǔ)能裝置，所述儲(chǔ)能裝置連接低壓逆變器；還包括用于控制直流母線電壓穩(wěn)定、調(diào)節(jié)電網(wǎng)輸入輸出功率平衡的控制子系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于直流母線的風(fēng)電獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，包括用于消耗所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的富余電能的卸荷保護(hù)裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于直流母線的風(fēng)電獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述保護(hù)裝置由卸荷保護(hù)電阻以及降壓DCDC開關(guān)電源構(gòu)成，所述降壓DCDC開關(guān)電源一端連接所述直流母線，另一端連接所述卸荷保護(hù)電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于直流母線的風(fēng)電獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述卸荷保護(hù)電阻與所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的額定總功率相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1一 4任一項(xiàng)所述的基于直流母線的風(fēng)電獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于， 所述直流母線電壓為525V。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于直流母線的風(fēng)電獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述的儲(chǔ)能裝置為蓄電池組。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于直流母線的風(fēng)電獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述控制子系統(tǒng)包括PLC控制器，所述PLC控制器電連接有觸摸屏。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于直流母線的風(fēng)電獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，用于將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換成直流電輸?shù)街绷髂妇€的ACDC開關(guān)電源組；電流輸入端與所述直流母線分別連接的一組變頻器以及高壓逆變器；與所述直流母線通過雙向DCDC開關(guān)電源連接的儲(chǔ)能裝置，所述儲(chǔ)能裝置連接低壓逆變器；還包括用于控制直流母線電壓穩(wěn)定、調(diào)節(jié)電網(wǎng)輸入輸出功率平衡的控制子系統(tǒng)。本發(fā)明通過建立穩(wěn)定直流母線直接為負(fù)載供電，保證了負(fù)載系統(tǒng)供電穩(wěn)定；同時(shí)減少了再逆變環(huán)節(jié)，提高了風(fēng)電利用率；另外，ACDC開關(guān)電源、雙向DCDC開關(guān)電源可單臺(tái)運(yùn)行，也可多臺(tái)并網(wǎng)運(yùn)行，并網(wǎng)實(shí)現(xiàn)簡單，具有很強(qiáng)可擴(kuò)展性。
文檔編號(hào)H02J3/28GK102496961SQ201110447340
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者馮賓春, 張子皿, 張金接, 王春, 符平, 莫為澤, 袁恩來 申請(qǐng)人:中國水利水電科學(xué)研究院