專利名稱：一種發(fā)電場(chǎng)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種發(fā)電場(chǎng)內(nèi)部輸電網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)方案，特別涉及一種通過調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機(jī)(即風(fēng)機(jī))之間串并聯(lián)關(guān)系來控制所述風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的實(shí)際輸出電壓系統(tǒng)。
技術(shù)背景隨著環(huán)境污染的加劇和異常氣候的頻繁發(fā)生，世界各國對(duì)綠色能源的關(guān)注程度進(jìn)一步提高。風(fēng)電作為一種無廢棄物排放、持續(xù)可再生的綠色能源，已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注。以我國為例，中國風(fēng)電總裝機(jī)容量自2007年起已經(jīng)連續(xù)五年翻倍增長，全球風(fēng)能理事會(huì)2012年2月7日發(fā)布報(bào)告稱，中國2011年風(fēng)電裝機(jī)容量新增18吉瓦，占全球總增量的2/5，風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到62. 7吉瓦，處于全球風(fēng)電利用領(lǐng)袖的地位。風(fēng)能具有蘊(yùn)藏量大、可再生、分布廣泛、無廢棄物排放等優(yōu)點(diǎn)，但其能量密度低、風(fēng)力不穩(wěn)定、風(fēng)能分布地區(qū)差異大。鑒于風(fēng)能較低的能量密度，通常采用建設(shè)大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的形式來進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電，將多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電能合并輸出，以獲取足夠的能量供給用戶。由于風(fēng)能的不穩(wěn)定性，一方面需要通過風(fēng)場(chǎng)總控系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)場(chǎng)出力進(jìn)行預(yù)測(cè)和調(diào)控，確保風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)功率輸出的穩(wěn)定，另一方面需要通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)復(fù)雜的機(jī)械和電氣裝置來獲得穩(wěn)定的電壓輸出。以目前較為常用的雙饋?zhàn)兯俸泐l型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為例，此種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過變槳系統(tǒng)、齒輪箱、雙饋異步發(fā)電機(jī)、雙向變流器等多套系統(tǒng)來確保在風(fēng)力變動(dòng)時(shí)輸出電壓穩(wěn)定在690V左右。由于現(xiàn)有的風(fēng)場(chǎng)控制模式中主要依靠風(fēng)機(jī)自身來確保電壓的穩(wěn)定，這種控制模式導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜、技術(shù)難度增加、可靠性降低、成本也難以控制，使得風(fēng)力發(fā)電在成本上與傳統(tǒng)發(fā)電方法相比失去競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，限制了風(fēng)力發(fā)電這種綠色能源的推廣?，F(xiàn)有風(fēng)場(chǎng)控制模式忽略了風(fēng)機(jī)之間的協(xié)調(diào)能力，本質(zhì)上只是多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的簡單疊加，并未真正發(fā)揮多臺(tái)風(fēng)機(jī)之間相互組合的集群優(yōu)勢(shì)。為克服雙饋異步發(fā)電機(jī)需配備齒輪箱，控制系統(tǒng)復(fù)雜等缺點(diǎn)，有學(xué)者提出了采用勵(lì)磁電流可調(diào)節(jié)的直流發(fā)電機(jī)組方案，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖I所示。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速在一定的變化范圍內(nèi)時(shí)，通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流可以使輸出電壓穩(wěn)定，較雙饋異步發(fā)電機(jī)組更適于轉(zhuǎn)速頻繁波動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。雖然此系統(tǒng)做出了一些改進(jìn)，但仍需設(shè)置勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)裝置，而且當(dāng)風(fēng)速偏離額定值時(shí)，勵(lì)磁電流需要調(diào)整的幅度急劇增加，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速較小時(shí)，甚至難以通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定電壓的目的。本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有風(fēng)機(jī)及風(fēng)場(chǎng)控制模式的不足，旨在提出一種簡單有效的風(fēng)場(chǎng)總輸出電壓控制技術(shù)，克服傳統(tǒng)控制模式對(duì)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的依賴，降低對(duì)風(fēng)機(jī)性能的要求并為風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的簡化奠定技術(shù)基礎(chǔ)，為降低風(fēng)力發(fā)電成本提供一種可行途徑
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的問題是通過調(diào)整風(fēng)機(jī)之間串并聯(lián)關(guān)系來控制風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的實(shí)際輸出電壓的方法及系統(tǒng)。[0008]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了ー種發(fā)電場(chǎng)控制系統(tǒng)，包括輸電線路、電參數(shù)傳感器、總控制器和執(zhí)行器，其中輸電線路用于將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能傳輸出去，輸電線路及執(zhí)行器組成發(fā)電場(chǎng)內(nèi)的輸電網(wǎng)絡(luò)，電參數(shù)傳感器檢測(cè)發(fā)電機(jī)的實(shí)時(shí)參數(shù)，并通過總線向總控制器傳輸數(shù)據(jù)，其特征在于執(zhí)行器通過接收總控制器的指令并執(zhí)行線路切換操作。進(jìn)ー步地，當(dāng)執(zhí)行器位于第一位置時(shí)，發(fā)電機(jī)組之間為并聯(lián)關(guān)系；當(dāng)執(zhí)行器位于第二位置時(shí)，發(fā)電機(jī)組之間為串聯(lián)關(guān)系；當(dāng)執(zhí)行器位于第三位置時(shí)，可將發(fā)電機(jī)組從輸電網(wǎng)絡(luò)中切除。進(jìn)ー步地，所述總控制器可以由在發(fā)電單元中設(shè)置地位相等的分控制器替代，分控制器之間通過Modbus進(jìn)行通訊，協(xié)調(diào)模塊間的線路配合。進(jìn)ー步地，所述執(zhí)行器采用具有輔助模塊的接觸器，該輔助模塊可將接觸器的動(dòng)作情況反饋給總控制器。 進(jìn)ー步地,所述總線為Profibus總線。進(jìn)ー步地，所述發(fā)電機(jī)組為直流發(fā)電機(jī)組或者交流發(fā)電機(jī)組+AC/DC轉(zhuǎn)換器。進(jìn)ー步地，所述發(fā)電場(chǎng)為風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)或者光伏發(fā)電場(chǎng)。進(jìn)ー步地，所述發(fā)電機(jī)為風(fēng)カ發(fā)電機(jī)。

圖I是現(xiàn)有的他勵(lì)磁式直驅(qū)直流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)圖；圖2示出風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)發(fā)電機(jī)端電壓的影響；圖3是本實(shí)用新型中采用的主從結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)示意圖；圖4是本實(shí)用新型中采用的對(duì)等結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型中的風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組可采用他勵(lì)式直驅(qū)直流發(fā)電機(jī)組，額定功率為2. 2kW，額定轉(zhuǎn)速1450rpm，其輸出電壓隨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系如圖2所示。在勵(lì)磁電流為0. 5A條件下，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速從300rpm提高到1200rpm時(shí)，發(fā)電機(jī)的端電壓從62V升高到250V。由圖2可知，勵(lì)磁電流為0. 5A時(shí)的發(fā)電機(jī)端電壓與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可用下式表示y=0. 208889x,式中y為發(fā)電機(jī)端電壓,單位為V ；x為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,單位為rpm。設(shè)風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)中風(fēng)カ發(fā)電機(jī)總數(shù)m為1000臺(tái)，風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)的目標(biāo)輸出電壓Vaim為IOOOVo為達(dá)到1000的總輸出電壓，需要串聯(lián)的風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)k采用下式進(jìn)行估算k=round (Vaim/y) =round (1000/0. 208889x)分組數(shù)n采用下式進(jìn)行估算n=round(m/k)=round(1000/k)下表顯示了不同轉(zhuǎn)速吋，串并聯(lián)方案的初歩預(yù)估值及與目標(biāo)電壓的偏差
權(quán)利要求1.一種發(fā)電場(chǎng)控制系統(tǒng)，包括輸電線路、電參數(shù)傳感器、總控制器和執(zhí)行器，其中輸電線路用于將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能傳輸出去，輸電線路及執(zhí)行器組成發(fā)電場(chǎng)內(nèi)的輸電網(wǎng)絡(luò)，電參數(shù)傳感器檢測(cè)發(fā)電機(jī)的實(shí)時(shí)參數(shù)，并通過總線向總控制器傳輸數(shù)據(jù)，其特征在于執(zhí)行器通過接收總控制器的指令并執(zhí)行線路切換操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)執(zhí)行器位于第一位置時(shí)，發(fā)電機(jī)組之間為并聯(lián)關(guān)系；當(dāng)執(zhí)行器位于第二位置時(shí)，發(fā)電機(jī)組之間為串聯(lián)關(guān)系；當(dāng)執(zhí)行器位于第三位置時(shí)，可將發(fā)電機(jī)組從輸電網(wǎng)絡(luò)中切除。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述總控制器可以由在發(fā)電單元中設(shè)置地位相等的分控制器替代，分控制器之間通過Modbus進(jìn)行通訊，協(xié)調(diào)模塊間的線路配入口 O
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述執(zhí)行器采用具有輔助模塊的接觸器，該輔助模塊可將接觸器的動(dòng)作情況反饋給總控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述總線為Profibus總線。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)電機(jī)組為直流發(fā)電機(jī)組或者交流發(fā)電機(jī)組+AC/DC轉(zhuǎn)換器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)電場(chǎng)為風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)或者光伏發(fā)電場(chǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)電機(jī)為風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種發(fā)電場(chǎng)控制系統(tǒng)，包括輸電線路、電參數(shù)傳感器、總控制器和執(zhí)行器，其中輸電線路用于將風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能傳輸出去，輸電線路及執(zhí)行器組成風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)內(nèi)的輸電網(wǎng)絡(luò)，電參數(shù)傳感器檢測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實(shí)時(shí)參數(shù)，并通過總線向總控制器傳輸數(shù)據(jù)，其特征在于執(zhí)行器通過接收總控制器的指令并執(zhí)行線路切換操作。通過調(diào)整風(fēng)機(jī)之間串并聯(lián)關(guān)系來控制風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的實(shí)際輸出電壓的方法及系統(tǒng)，降低對(duì)風(fēng)機(jī)性能的要求并為風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的簡化奠定技術(shù)基礎(chǔ)，為降低風(fēng)力發(fā)電成本提供一種可行途徑。
文檔編號(hào)H02P9/14GK202524355SQ20122010837
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者南寅, 王立昌 申請(qǐng)人:首瑞(北京)投資管理集團(tuán)有限公司