專(zhuān)利名稱:一種應(yīng)用有機(jī)朗肯循環(huán)的微電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及微電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種應(yīng)用有機(jī)朗肯循環(huán)的微電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù):
微電網(wǎng)是解決世界上廣大偏遠(yuǎn)農(nóng)村、邊遠(yuǎn)牧區(qū)和孤立海島等弱電區(qū)甚至無(wú)電區(qū)供電問(wèn)題的重要技術(shù)手段,而微電網(wǎng)往往包含多種分布式電源。常見(jiàn)的分布式電源包括風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、柴油發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、和生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)等,其中風(fēng)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)等不可控電源的出力受自然條件的影響較大,而柴油發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)和生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)等可控電源的出力具備較好的可調(diào)度性。為了使微電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更加穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng),目前的實(shí)際工程中常常采用柴油發(fā)電機(jī)組作為主電源??紤]到發(fā)電效率和機(jī)組的穩(wěn)定性要求,柴油發(fā)電機(jī)組還應(yīng)預(yù)留足夠的旋轉(zhuǎn)功率備用,用來(lái)平抑間歇性可再生能源的波動(dòng)及系統(tǒng)擾動(dòng)。所以,在實(shí)際應(yīng)用中,柴油發(fā)電機(jī)組的平均出力在整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷需求中一直占有較高比重,大多數(shù)超過(guò)50%,這就導(dǎo)致目前工程中·柴油消耗大,發(fā)電成本高,并且不利于環(huán)境保護(hù)。此外,還可以通過(guò)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)間歇性新能源出力的能量搬運(yùn),實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷的跟隨,但長(zhǎng)期運(yùn)行的代價(jià)昂貴,效果有限。目前,在國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)資源豐富的廣大地區(qū),已逐漸開(kāi)始推廣生物質(zhì)發(fā)電,但基本上都按全功率方式作為一個(gè)穩(wěn)定電源點(diǎn)并入大電網(wǎng)。其中,常規(guī)生物質(zhì)直燃發(fā)電系統(tǒng)的容量較大,基本在數(shù)十兆瓦以上,成本高且低出力水平運(yùn)行特性較差;常規(guī)生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)雖然適合于較小功率的發(fā)電場(chǎng)合,但可靠性較差,自動(dòng)化程度低,運(yùn)維工作量大;因而常規(guī)生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)不能很好適應(yīng)獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)的技術(shù)要求。由此可見(jiàn),現(xiàn)有的微電網(wǎng)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)與使用上仍存在有不便與缺陷,而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。如何能創(chuàng)設(shè)一種可將風(fēng)電等新能源與生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)有效結(jié)合,降低柴油消耗且穩(wěn)定性好的新的微電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法,實(shí)屬當(dāng)前重要研發(fā)課題之一。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種應(yīng)用有機(jī)朗肯循環(huán)的微電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法,增加柴油發(fā)電系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用容量,使微電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更加穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng),更具有經(jīng)濟(jì)環(huán)保效益,從而克服現(xiàn)有的微電網(wǎng)穩(wěn)定性差、運(yùn)行成本高的不足。為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明提供一種應(yīng)用有機(jī)朗肯循環(huán)的微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法,所述的微電網(wǎng)系統(tǒng)包括主電源、生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、間歇性發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng),所述的主電源承擔(dān)微電網(wǎng)系統(tǒng)功率的暫態(tài)高頻波動(dòng),所述的生物質(zhì)有機(jī)朗肯發(fā)電循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)承擔(dān)微電網(wǎng)系統(tǒng)功率的穩(wěn)態(tài)低頻波動(dòng)。作為本發(fā)明的一種改進(jìn),本發(fā)明還可通過(guò)下述方案實(shí)現(xiàn):所述的生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的功率指令P.(T)=Ptot (T)-CXPllrated^中(T)為在T時(shí)刻之前的AT時(shí)間內(nèi),微電網(wǎng)系統(tǒng)中所有負(fù)荷與間歇性發(fā)電系統(tǒng)總出力的差值;PDratral為主電源的額定功率;AT為生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的功率指令步長(zhǎng);C取30% 60%O若P.(TX C’ X PoECrated P0RCrated為生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的額定功率,則生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的瞬時(shí)出力P.(t)=c’ XPOT&atral,并通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)充電,儲(chǔ)能系統(tǒng)充電完畢則控制間歇性發(fā)電系統(tǒng)限功率運(yùn)行;若P.(T)彡C’ XPoECrated^'JPoEC⑴=Poec (T);其中,C,取 5% 20%。所述的C,取10%。所述的Λ T為5 10分鐘。所述的間歇性發(fā)電系統(tǒng)為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、海洋潮汐能發(fā)電系統(tǒng)或其組合;所述的主電源為柴油發(fā)電系統(tǒng)或小型水電系統(tǒng)或其組合。此外,本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用有機(jī)朗肯循環(huán)的微電網(wǎng)系統(tǒng)包括:主電源、生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、間歇性發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、采用上述方法的微電網(wǎng)控制單元以及連接所述各系統(tǒng)、并將微電網(wǎng)系統(tǒng)與本地負(fù)荷連接的交流母線。作為一種改進(jìn),所述的間歇性發(fā)電系統(tǒng)為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、海洋潮汐能發(fā)電系統(tǒng)或其組合。所述的主電源為柴油發(fā)電系統(tǒng)或小型水電系統(tǒng)或其組合。采用這樣的設(shè)計(jì)后,本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明將生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)有效的控制方式接入到柴油發(fā)電系統(tǒng)為主電源的微電網(wǎng)系統(tǒng),極大地開(kāi)拓了其在獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用。
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2、本發(fā)明中的生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),系統(tǒng)可靠,運(yùn)維簡(jiǎn)單,非常適合于生物質(zhì)資源豐富的廣大林牧業(yè)地區(qū),并可為當(dāng)?shù)貏?chuàng)造相應(yīng)的就業(yè)機(jī)會(huì),具有很好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)示范效應(yīng)。3、本發(fā)明通過(guò)生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)跟隨負(fù)荷及間歇性新能源的出力的低頻波動(dòng),來(lái)承擔(dān)系統(tǒng)一定比例的穩(wěn)定負(fù)荷,盡可能降低柴油發(fā)電系統(tǒng)的出力,一方面,增加柴油發(fā)電系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用容量,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性;另一方面,減少柴油發(fā)電系統(tǒng)的燃油消耗,提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)保示范效應(yīng)。
上述僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述,為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段,以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。圖1是本發(fā)明應(yīng)用有機(jī)朗肯循環(huán)的微電網(wǎng)系統(tǒng)組成示意圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1所示,本發(fā)明提供的一種應(yīng)用有機(jī)朗肯循環(huán)的微電網(wǎng)系統(tǒng),包括:主電源、生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、間歇性發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、微電網(wǎng)控制單元以及連接各發(fā)電系統(tǒng)、并將微電網(wǎng)系統(tǒng)與本地負(fù)荷連接的交流母線。其中,間歇性發(fā)電系統(tǒng)可采用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、海洋潮汐能發(fā)電系統(tǒng)等新能源發(fā)電形式,也可上述幾種間歇性發(fā)電系統(tǒng)同時(shí)使用,分別與微電網(wǎng)控制單元連接。主電源可以是柴油發(fā)電系統(tǒng)、小水電系統(tǒng)等的一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)并聯(lián)。微電網(wǎng)控制單元通過(guò)各個(gè)分布式電源的開(kāi)關(guān)控制各發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行和功率,以控制微電網(wǎng)系統(tǒng)的總輸出滿足總負(fù)荷需求。整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)由微電網(wǎng)控制單元控制,以下以間歇性發(fā)電系統(tǒng)采用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)、主電源采用柴油發(fā)電系統(tǒng)為例,來(lái)具體說(shuō)明本發(fā)明的控制方法如下:本發(fā)明提供的微電網(wǎng)系統(tǒng)中,生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)作為柴油發(fā)電系統(tǒng)的補(bǔ)充電源長(zhǎng)期運(yùn)行,與柴油發(fā)電系統(tǒng)共同承擔(dān)微電網(wǎng)系統(tǒng)中的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)和本地負(fù)荷的功率波動(dòng);其中,柴油發(fā)電系統(tǒng)的功率響應(yīng)特性優(yōu)于生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),且其有最小輸出功率限值,一般為30%的額定功率(PDrated)。本實(shí)施例中提出的微電網(wǎng)系統(tǒng)中的柴油發(fā)電系統(tǒng)出力水平控制在額定功率的50%,這樣既可以為凈負(fù)荷的突然增減保留一定旋轉(zhuǎn)備用,又可以大大降低柴油發(fā)電系統(tǒng)的長(zhǎng)期出力水平。生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的功率響應(yīng)特性一般,但可以按照相對(duì)較慢的響應(yīng)速度來(lái)調(diào)整其出力水平,本實(shí)施例中,其最小輸出功率限值為額定功率P—的10%。本發(fā)明中,所述凈負(fù)荷Puirt為微電網(wǎng)系統(tǒng)中所有負(fù)荷Pl-與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)出力Pwind和光伏發(fā)電系統(tǒng)出力Ppv之和之間的差值,記作Ptot=Pkjad- (Pwind+Ppv)。本實(shí)施例中,系統(tǒng)根據(jù)凈負(fù)荷和柴油發(fā)電系統(tǒng)目標(biāo)出力的差值,按照分鐘級(jí)的時(shí)間步長(zhǎng)向生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)下發(fā)功率指令:Porc (T)-PLnet (T)-50%XPDratedPoec (T)表示生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)在T時(shí)刻的功率指令;PLnet (T)表示微電網(wǎng)系統(tǒng)在T時(shí)刻之前的AT時(shí)間內(nèi)的平均凈負(fù)荷;Pllrated表示柴油發(fā)電系統(tǒng)的額定功率;AT表示生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的功率指令步長(zhǎng),通常為分鐘級(jí),例如5 10分鐘。若Puirt (T) -50%XPnrated < 10%XPOECrated,則維持生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)按10%的額定功率運(yùn)行,并通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)存儲(chǔ)多余的風(fēng)電、光伏能源,甚至放棄部分風(fēng)電、光伏能源;若Puirt (T) -50%XPnrated彡10%XPOECrated,則可以讓生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)跟隨微電網(wǎng)系統(tǒng)中凈負(fù)荷的低頻波動(dòng),從而主要承擔(dān)部分基本供電負(fù)荷。優(yōu)先利用儲(chǔ)能系統(tǒng)放電,當(dāng)凈負(fù)荷較小時(shí),生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)出力處于低功率水平,確保間歇性新能源的利用率;當(dāng)凈負(fù)荷較大時(shí),提高生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)的出力水平,以保證充足的負(fù)荷電力供應(yīng),同時(shí)大大降低柴油發(fā)電系統(tǒng)的長(zhǎng)期出力水平。工作于定功率控制模式的生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)在接收到功率指令之后的瞬時(shí)出力記為Pqkc (t),則柴油發(fā)電系統(tǒng)的瞬出力為:Pd (t)=PLnet (t)-Poec (t),這樣柴油發(fā)電系統(tǒng)就可以預(yù)留更多的旋轉(zhuǎn)備用容量,主要用來(lái)實(shí)時(shí)響應(yīng)負(fù)荷和間歇性電源的瞬時(shí)功率波動(dòng),其長(zhǎng)期出力水平基本維持在50%的額定功率,并能承受一定的短時(shí)過(guò)載。本發(fā)明可顯著降低柴油的消耗,減少污染物排放,具有明顯的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效應(yīng),進(jìn)一步優(yōu)化微電網(wǎng)系統(tǒng)的能源配置結(jié)構(gòu)。 以上所述,僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已,并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制,在本實(shí)施例基礎(chǔ)上增加或減少其他分布式發(fā)電系統(tǒng),或是改變其他分布式發(fā)電系統(tǒng)均可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方案。本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡(jiǎn)單修改、等同變化或修飾,均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用有機(jī)朗肯循環(huán)的微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法,所述的微電網(wǎng)系統(tǒng)包括主電源、生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、間歇性發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng),其特征在于: 所述的主電源承擔(dān)微電網(wǎng)系統(tǒng)功率的暫態(tài)高頻波動(dòng),所述的生物質(zhì)有機(jī)朗肯發(fā)電循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)承擔(dān)微電網(wǎng)系統(tǒng)功率的穩(wěn)態(tài)低頻波動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用有機(jī)朗肯循環(huán)的微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法,其特征在于所述的生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的功率指令P.(T)=Ptot (T)-CXPllrated,其中: PLnet (T)為在T時(shí)刻之前的AT時(shí)間內(nèi),微電網(wǎng)系統(tǒng)中所有負(fù)荷與間歇性發(fā)電系統(tǒng)總出力的差值; PDrated為主電源的額定功率; AT為生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的功率指令步長(zhǎng);C 取 30% 60%ο
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種應(yīng)用有機(jī)朗肯循環(huán)的微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法,其特征在于: 若P哪(T)〈C’ XP-,Ptffitoted為生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的額定功率,則生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的瞬時(shí)出力P.(t)=c’ XP—,并通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)充電,儲(chǔ)能系統(tǒng)充電完畢則控制間歇性發(fā)電系統(tǒng)限功率運(yùn)行;若 P.(T) SC,X Ptfficrated,則 P.⑴=Pokc (T); 其中,C,取5% 20%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種應(yīng)用有機(jī)朗肯循環(huán)的微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法,其特征在于所述的C’取10%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種應(yīng)用有機(jī)朗肯循環(huán)的微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法,其特征在于所述的C取50%。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種應(yīng)用有機(jī)朗肯循環(huán)的微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法,其特征在于所述的Λ T為5 10分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用有機(jī)朗肯循環(huán)的微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法,其特征在于: 所述的間歇性發(fā)電系統(tǒng)為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、海洋潮汐能發(fā)電系統(tǒng)或其組合; 所述的主電源為柴油發(fā)電系統(tǒng)或小型水電系統(tǒng)或其組合。
8.—種應(yīng)用有機(jī)朗肯循環(huán)的微電網(wǎng)系統(tǒng),其特征在于包括:主電源、生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、間歇性發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、采用權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述方法的微電網(wǎng)控制單元以及連接所述各系統(tǒng)、并將微電網(wǎng)系統(tǒng)與本地負(fù)荷連接的交流母線。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種應(yīng)用有機(jī)朗肯循環(huán)的微電網(wǎng)系統(tǒng),其特征在于:所述的間歇性發(fā)電系統(tǒng)為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、海洋潮汐能發(fā)電系統(tǒng)或其組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種應(yīng)用有機(jī)朗肯循環(huán)的微電網(wǎng)系統(tǒng),其特征在于:所述的主電源為柴油發(fā)電系統(tǒng)或小型水電系統(tǒng)或其組合。
全文摘要
本發(fā)明是涉及一種應(yīng)用有機(jī)朗肯循環(huán)的微電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法,該方法的主電源承擔(dān)微電網(wǎng)系統(tǒng)功率的暫態(tài)高頻波動(dòng),生物質(zhì)有機(jī)朗肯發(fā)電循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)承擔(dān)微電網(wǎng)系統(tǒng)功率的穩(wěn)態(tài)低頻波動(dòng)。該系統(tǒng)包括主電源、生物質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、間歇性發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、采用上述方法的微電網(wǎng)控制單元以及連接所述各系統(tǒng)、并將微電網(wǎng)系統(tǒng)與本地負(fù)荷連接的交流母線。本發(fā)明的微電網(wǎng)系統(tǒng)功率響應(yīng)特性好,設(shè)備可靠性和自動(dòng)化程度高,運(yùn)維工作量小,綜合能效利用率高。
文檔編號(hào)H02J3/28GK103117561SQ20131007885
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月13日
發(fā)明者周志超, 張瑩博, 許偉, 潘磊, 施文江 申請(qǐng)人:國(guó)電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)有限公司