專利名稱：小型風光互補抽水蓄能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及充放電控制方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于新能源發(fā)電與電氣技術(shù)領域，特別涉及小型風光互補抽水蓄能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及充放電控制方法。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，能源消耗越來越大，環(huán)境污染和電力需求的迅速增長使得人們越來越重視可再生能源的發(fā)展。風能、太陽能發(fā)電技術(shù)以其獨有的環(huán)保性和經(jīng)濟性引起人們越來越多的關注。因此，近幾年來，中國的新能源發(fā)電事業(yè)也得到了很快的發(fā)展。 由于中國地域遼闊，海岸線長，擁有豐富的風能資源和太陽能資源，大力發(fā)展風能、太陽能發(fā)電技術(shù)及其相關的儲能、電能傳輸?shù)认嚓P技術(shù)成為緩解現(xiàn)今能源危機的關鍵。由于風能、太陽能能源的自身特點——間歇性和不穩(wěn)定性，使得很多國家限制該類型能源產(chǎn)生電能接入電網(wǎng)的容量，中國可允許的接入容量上限為30%，造成部分地區(qū)由于產(chǎn)生的電能不能及時的通過電網(wǎng)輸出而白白浪費掉。高的建造成本和低的發(fā)電率使很多投資商不能得到相應的收益，致使許多已建的發(fā)電廠處于停機狀態(tài)。如何扭轉(zhuǎn)此種情況成了社會各界關注的焦點，它也是未來新能源發(fā)電技術(shù)的關鍵性一步。目前國內(nèi)新能源發(fā)電通常采用整流、逆變的離網(wǎng)型運行模式，系統(tǒng)的儲能方式有抽水蓄能、蓄電池等方式。但是此類系統(tǒng)都具有輸出功率對負載波動響應時間長，供電電能穩(wěn)定性差的特點。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有方法存在的不足，本發(fā)明提出一種小型風光互補抽水蓄能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及充放電控制方法，解決系統(tǒng)儲能裝置響應時間長，穩(wěn)定性差的問題，使得儲能方式變得靈活可靠，可適用性強。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的小型風光互補抽水蓄能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的充放電控制方法，包括本地儲能單元充電控制方法和本地儲能單元放電控制方法，其中，所述的本地儲能單元充電控制方法，包括以下步驟步驟1-1 :設置初始參數(shù),所述的初始參數(shù)包括飛輪最大角速度ω_和響應時間 t、抽水蓄能裝置中水位的最大高度hmax、蓄電池額定充電電SVs以及容量Ws ；步驟1-2 :計算風光互補控制器輸出端功率Ptjut、三相逆變器輸入端功率Pin'和輸出功率P _、并網(wǎng)節(jié)點功率P以及各采樣節(jié)點電壓、電流；步驟1-3 :計算可供本地儲能單元儲存的電量W，公式為
權(quán)利要求
1.一種小型風光互補抽水蓄能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的充放電控制方法,其特征在于包括本地儲能單元充電控制方法，過程如下步驟1-1 :設置初始參數(shù),所述的初始參數(shù)包括飛輪最大角速度ω_和響應時間t、抽水蓄能裝置中水位的最大高度hmax、蓄電池額定充電電壓VsW及容量Ws ；步驟1-2 :計算風光互補控制器輸出端功率Ptjut、三相逆變器輸入端功率Pil/和輸出功率P _、并網(wǎng)節(jié)點功率P以及各采樣節(jié)點電壓、電流；步驟1-3 :計算可供本地儲能單元儲存的電量W，公式為W= H )T式中，T為儲存能量供電時間；步驟1-4 :根據(jù)飛輪最大角速度ω_和響應時間t，計算飛輪儲能裝置的最大容量Wmax, 公式如下^ Χ=4πωΙΜ+^式中，V R2分別為飛輪內(nèi)外半徑；步驟1-5 :根據(jù)抽水蓄能裝置中水位的最大高度hmax，計算抽水蓄能裝置儲能最大容量 Wmax'，公式如下Wmax' = P 水 gSh · hmax式中，P 7jc為水的密度，g為重力加速度，S為上位水庫底面積，h上位水庫實時水位高度；步驟1-6 :判斷風光互補控制器輸出端功率Pwt和三相逆變器輸入端功率Pin'是否相等，如果相等，則不對本地儲能單元進行充電，執(zhí)行步驟1-15 ;否則，執(zhí)行步驟1-7 ；步驟1-7 :對W及Wmax進行判斷，如果W < Wmax,執(zhí)行步驟1-8 ;否則，執(zhí)行步驟1-9 ； 步驟1-8 :DSP發(fā)出PWM波，命令本地儲能單元控制器將飛輪儲能裝置接通，進行儲能操作；步驟1-9 :對W及Wma/進行判斷，如果W CWma/，執(zhí)行步驟1-10 ;否則，執(zhí)行第1-11I K少；步驟1-10 =DSP發(fā)出PWM波，命令本地儲能單元控制器將抽水蓄能裝置接通，進行抽水蓄能操作；步驟1-11 :對W及1胃進行判斷，如果W< nWs，執(zhí)行步驟1-12 ;否則，執(zhí)行步驟1_13 ； 步驟1-12 :比較風光互補控制器輸出電壓V和蓄電池額定充電電SVs，如果V < Yv, 執(zhí)行步驟1-13，否則，執(zhí)行步驟1-15 ；步驟1-13 =DSP發(fā)出PWM波，命令本地儲能單元控制器將蓄電池控制器接通，蓄電池組開始充電，執(zhí)行步驟1-15 ；步驟1-14 :將多余電能通過卸荷電路進行放電；步驟1-15 :結(jié)束。
2.—種小型風光互補抽水蓄能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的充放電控制方法，其特征在于還包括本地儲能單元放電控制方法，過程如下步驟2-1 :設置初始參數(shù),所述的初始參數(shù)包括飛輪最大角速度ω_和響應時間t、抽水蓄能裝置中水位的最大高度hmax、蓄電池額定充電電壓VsW及容量Ws ；步驟2-2 :計算風光互補控制器輸出端功率Ptjut、三相逆變器輸入端功率Pil/和輸出功率P _、并網(wǎng)節(jié)點功率P以及各采樣節(jié)點電壓、電流；步驟2-3:計算本地儲能單元應提供能量容量r，公式為W' = (Pout-Pin' )Τ步驟2-4 :根據(jù)飛輪最大角速度ω_和響應時間t，計算飛輪蓄能裝置可提供能量最大容量Wniax，公式如下^=4πωΙΜ+ ξ) 步驟2-5 :根據(jù)抽水蓄能設備中水位的最大高度hmax，計算抽水蓄能裝置可提供能量最大容量胃_/，公式如下Wmax' = P 水 gSh · hmax步驟2-6 :判斷風光互補控制器輸出端功率Pwt和三相逆變器輸入端功率Pin'是否相等，如果相等，則本地儲能單元不進行放電操作，執(zhí)行步驟2-15 ;否則，DSP發(fā)出PWM波驅(qū)動本地儲能單元控制器進行工作，執(zhí)行步驟2-7 ；步驟2-7:對W'及飛輪蓄能裝置可提供能量最大容量Wmax進行比較，如果W' < Wfflax, 執(zhí)行步驟2-8 ;否則，執(zhí)行步驟2-9 ；步驟2-8 :本地儲能單元控制器將飛輪蓄能裝置接通，進行放電操作，執(zhí)行步驟2-15 ； 步驟2-9:對W'及抽水蓄能裝置可提供能量最大容量Wmax'進行比較，如果滿足W'<Wffla/，則執(zhí)行步驟2-10，否則，執(zhí)行步驟2-11 ；步驟2-10 :本地儲能單元控制器將抽水蓄能裝置接通，進行放電操作；步驟2-11:對V及胃胃進行判斷，如果滿足V <nWs，執(zhí)行步驟2-12，否則，執(zhí)行步驟2-14步驟2-12 :比較蓄電池放電電壓V和蓄電池浮沖電壓Vff，如果滿足V < Vff，執(zhí)行步驟 2-13 ;否則，執(zhí)行步驟2-14 ；步驟2-13 =DSP發(fā)出PWM波驅(qū)動蓄電池控制器，蓄電池組開始放電；步驟2-14 =DSP發(fā)出PWM波驅(qū)動并網(wǎng)控制器開啟，利用電網(wǎng)電能補充系統(tǒng)不足的電能； 步驟2-15 :結(jié)束。
3.實現(xiàn)權(quán)利要求I或2所述的充、放電控制方法的小型風光互補抽水蓄能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，包括發(fā)電單元、逆變控制單元、并網(wǎng)單元和主控制單元；所述的放電單元包括直流風力發(fā)電機組、光伏電池板矩陣、蓄電池組、蓄電池控制器、 飛輪儲能裝置、抽水蓄能裝置和本地儲能單元控制器；所述的逆變控制單元包括三相逆變器風光互補控制器，用于將直流轉(zhuǎn)換為交流電； 并網(wǎng)單元由并網(wǎng)控制器組成，用于當本地儲能單元無法滿足電量供應時，將電網(wǎng)電壓補充進入供電系統(tǒng)，為本地直流負載及本地交流負載供電；所述的主控制單元由中央處理單元及其外圍模塊組成，用于發(fā)送指令，控制蓄電池控制器、本地儲能單元控制器和并網(wǎng)控制器的關斷；其特征在于還包括檢測單元，由本地交流負載電路和本地直流負載電路組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的小型風光互補抽水蓄能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的本地直流負載電路，包括至少一個直流燈泡和至少一個直流電動機，且直流燈泡與直流電動機以并聯(lián)方式連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述小型風光互補抽水蓄能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的本地交流負載電路，為三相三線制的星型連接方式，包括至少一個三相三線阻抗固定的主負載R1、至少兩個三相三線阻抗可變的調(diào)節(jié)負載R2和R3、至少一個三相三線交流電動機、至少兩個電感、至少一個可變電感、阻值可變的電阻、阻值固定的電阻，至少一個電容和至少一個可變電容，其連接關系為在導線的AB相間接有阻值可變的電阻，在導線的BC相間接有阻值固定的電阻，三相三線交流電機定子接線端中A相接有三相三線阻抗固定的主負載、第一三相三線阻抗可變的調(diào)節(jié)負載和第二三相三線阻抗可變的調(diào)節(jié)負載；三相三線交流電機定子接線端中B相接有電容、三相三線交流電動機和可變電感；三相三線交流電機定子接線端中C相接有第一電感、第二電感和可變電容；三相三線阻抗固定的主負載、電容和第一電感并聯(lián)，第一三相三線阻抗可變的調(diào)節(jié)負載、三相三線交流電動機和第二電感并聯(lián)，第二三相三線阻抗可變的調(diào)節(jié)負載、可變電感和可變電容并聯(lián)。
全文摘要
小型風光互補抽水蓄能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及充放電控制方法，屬于新能源發(fā)電與電氣技術(shù)領域，本發(fā)明的方法具有能源利用效率高、系統(tǒng)儲能方式靈活多樣、系統(tǒng)運行穩(wěn)定等特點。與傳統(tǒng)的發(fā)電、逆變、并網(wǎng)系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)的能源利用率高于傳統(tǒng)系統(tǒng)10％左右；系統(tǒng)采用DSP對本地儲能單元進行有效控制，使得不同儲能方式間切換速度快，克服了控制指令執(zhí)行滯后的缺點，大大提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性；系統(tǒng)采用多種儲能方式相結(jié)合的儲能方式，使儲能裝置響應時間短，儲能方式變得靈活多樣，能夠適用于系統(tǒng)不同的工作情況。
文檔編號H02J7/00GK102611161SQ201210068598
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月15日
發(fā)明者何志強, 孫秋野, 張化光, 張欣, 李昕同, 李玉帥, 滕菲, 王占山, 王迎春 申請人:東北大學