新能源發(fā)電模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種新能源發(fā)電模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，所述新能源發(fā)電模擬試驗(yàn)系統(tǒng)包括外部電網(wǎng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、電能存儲(chǔ)系統(tǒng)、變流站、模擬負(fù)載、光伏發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)檢測系統(tǒng)七個(gè)部分。所述外部電網(wǎng)為該試驗(yàn)系統(tǒng)提供主電能，所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模擬風(fēng)力發(fā)電，產(chǎn)生的電能由電能存儲(chǔ)系統(tǒng)儲(chǔ)存，存儲(chǔ)的電能經(jīng)過變流站進(jìn)行質(zhì)量優(yōu)化，再供給模擬負(fù)載和光伏發(fā)電系統(tǒng)使用。所述光伏發(fā)電系統(tǒng)模擬光伏發(fā)電，產(chǎn)生的電能由電能存儲(chǔ)系統(tǒng)儲(chǔ)存，實(shí)現(xiàn)能源的循環(huán)利用。所述電網(wǎng)檢測系統(tǒng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測，以保證該試驗(yàn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行。該試驗(yàn)系統(tǒng)具有：試驗(yàn)綜合性強(qiáng)、節(jié)約能源、組建成本低的特點(diǎn)。
【專利說明】新能源發(fā)電模擬試驗(yàn)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，特別是用于高校教學(xué)演示及科研試驗(yàn)的新能源發(fā)電模擬試驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于現(xiàn)有的新能源發(fā)電教學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)，一方面，大多采用結(jié)構(gòu)、功能單一的試驗(yàn)系統(tǒng)，例如單獨(dú)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、單獨(dú)的光伏發(fā)電系統(tǒng)、單一的電力電子變流站系統(tǒng)和獨(dú)自的電機(jī)測量平臺(tái)；這會(huì)導(dǎo)致單一的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)受風(fēng)量和光照強(qiáng)度的影響，不能保證隨時(shí)教學(xué)任務(wù)的需求。另一方面，采用以上單獨(dú)系統(tǒng)造成材料和能源大量浪費(fèi)，試驗(yàn)內(nèi)容和項(xiàng)目與教學(xué)層次和目標(biāo)不符，不利于普通高校的試驗(yàn)室建設(shè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型目的在于提供一種新能源發(fā)電模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，在總結(jié)現(xiàn)有的試驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，解決新能源發(fā)電試驗(yàn)系統(tǒng)和科研平臺(tái)存在項(xiàng)目單一或成本過高的技術(shù)問題。
[0004]為了解決上述問題，本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種新能源發(fā)電模擬系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、電能存儲(chǔ)系統(tǒng)、變流站、模擬負(fù)載、光伏發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)檢測系統(tǒng)組成，外部電網(wǎng)主要為該系統(tǒng)提供外部電能，電網(wǎng)檢測系統(tǒng)和電能存儲(chǔ)系統(tǒng)是新能源發(fā)電模擬系統(tǒng)的樞紐控制部分。
[0005]所述外部電網(wǎng)包括三相工頻電源和無功補(bǔ)償器；所述外部電網(wǎng)向所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提供初始能量，外部電網(wǎng)輸出端直接與變頻器輸入端相連。
[0006]所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由變頻器、電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀及大功率發(fā)電機(jī)組成，所述電動(dòng)機(jī)、所述轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀和所述發(fā)電機(jī)同軸相連，中間使用法蘭機(jī)械耦合；所述電動(dòng)機(jī)和所述發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速相同且都屬于同步電機(jī)范疇。通過所述變頻器改變輸出頻率直接改變電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，間接控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量，從而模擬實(shí)際的風(fēng)電運(yùn)行工況。
[0007]所述電能存儲(chǔ)系統(tǒng)由人機(jī)交互界面、整流器、電池管理系統(tǒng)、電池組和輸入輸出接口組成，所述電能存儲(chǔ)系統(tǒng)帶有可視化操作界面。其中，人機(jī)交互界面和電池管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同時(shí)與所述電網(wǎng)檢測系統(tǒng)通訊。所述電池管理系統(tǒng)的核心部分由DSP系統(tǒng)構(gòu)成。
[0008]所述變流站由逆變器、升壓變壓器、線路、降壓變壓器和無功補(bǔ)償裝置組成。其中，逆變器與電能存儲(chǔ)系統(tǒng)直接連接，逆變器把直流電逆變成50Hz交流電，經(jīng)過升壓變壓器升壓，經(jīng)一段線路后再經(jīng)降壓變壓器降壓至380v工頻三相交流電。為保障安全，升壓變壓器的變比為1:2，降壓變壓器的變比為2:1。逆變器和無功補(bǔ)償裝置能夠與電網(wǎng)檢測系統(tǒng)進(jìn)行通訊。
[0009]所述模擬負(fù)載為LED燈和小型三相異步電動(dòng)機(jī)。
[0010]所述光伏發(fā)電系統(tǒng)由變頻器、電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀和小功率發(fā)電機(jī)組成，主要儀器設(shè)備量程均小于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，連接情況與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相似。[0011]所述電網(wǎng)檢測系統(tǒng)由上位機(jī)、功率分析儀、擴(kuò)展IO 口以及通信接口組成，對(duì)整個(gè)新能源發(fā)電系統(tǒng)和子系統(tǒng)重要參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測。
[0012]所述變流站在新能源節(jié)能應(yīng)用模擬循環(huán)系統(tǒng)中起到電壓、電流變換作用，所述新能源發(fā)電系統(tǒng)包括風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和太陽能發(fā)電系統(tǒng)，所述功率分析儀用于分析新能源節(jié)能應(yīng)用模擬循環(huán)系統(tǒng)所輸出的電能質(zhì)量狀況。
[0013]所述光伏發(fā)電系統(tǒng)、所述電能存儲(chǔ)系統(tǒng)和所述變流站三者形成循環(huán)回路，光伏發(fā)電系統(tǒng)的初始電能由變流站直接提供，光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能直接存儲(chǔ)在電能存儲(chǔ)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)能量的再生利用。
[0014]所述新能源發(fā)電模擬試驗(yàn)系統(tǒng)用于展示新能源發(fā)電過程中的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的試驗(yàn)教學(xué)，兩者同時(shí)具備發(fā)出電能頻率不穩(wěn)定的特性，使用電能存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行中轉(zhuǎn)存儲(chǔ)解決了這一問題，符合實(shí)際的發(fā)電情況。模擬風(fēng)力發(fā)電，光伏發(fā)電，能源儲(chǔ)備，變流站，配電，用電全過程，利用一個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)模擬多個(gè)新能源發(fā)電過程。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型的新能源發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的重要組成部分。
[0017]圖3是光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分。
[0018]圖4是變流站的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中標(biāo)記說明:1-外部電網(wǎng)，2-風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，3-電能存儲(chǔ)系統(tǒng)，4-變流站，5-模擬負(fù)載，6-光伏發(fā)電系統(tǒng)，7-電網(wǎng)檢測系統(tǒng)，201-變頻器，202-電動(dòng)機(jī)，203-轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀，204-大功率發(fā)電機(jī)，601-變頻器，602-電動(dòng)機(jī)，603-轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀，604-小功率發(fā)電機(jī)，401-逆變器，402-升壓變壓器，403-降壓變壓器，404-無功補(bǔ)償裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0021]如圖1所示，新能源發(fā)電模擬試驗(yàn)系統(tǒng)中主要由外部電網(wǎng)(I)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(2)、電能存儲(chǔ)系統(tǒng)(3)、變流站(4)、模擬負(fù)載(5)、光伏發(fā)電系統(tǒng)(6)和電網(wǎng)檢測系統(tǒng)(7)組成，其中，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(2)、變流站(4)、模擬負(fù)載(5)和光伏發(fā)電系統(tǒng)(6)屬于主干路；電網(wǎng)檢測系統(tǒng)(7)帶有監(jiān)測、顯示、控制支路功能；電能存儲(chǔ)系統(tǒng)(3)屬于干路樞紐，同時(shí)具有協(xié)調(diào)輸入輸出電能功能。電網(wǎng)檢測系統(tǒng)(7)的電能由外部電網(wǎng)(I)直接提供。
[0022]風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(2)由變頻器(201)、電動(dòng)機(jī)(202)、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀(203)以及大功率發(fā)電機(jī)(204)組成，其中，電動(dòng)機(jī)(202)、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀(203)和大功率發(fā)電機(jī)(204)采用法蘭進(jìn)行機(jī)械連接。電動(dòng)機(jī)(202)和大功率發(fā)電機(jī)(204)優(yōu)先采用永磁同步電動(dòng)機(jī)和永磁同步發(fā)電機(jī)，兩者額定轉(zhuǎn)速相同；轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀(203)的扭矩量程不應(yīng)低于電動(dòng)機(jī)
(202)滿載運(yùn)行時(shí)輸出扭矩的2倍以上。
[0023]所述光伏發(fā)電系統(tǒng)(6)內(nèi)部的變頻器容量、電動(dòng)機(jī)功率、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀量程以及發(fā)電機(jī)的功率均小于所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(2 )。
[0024]所述電能存儲(chǔ)系統(tǒng)(3)由整流器、電池管理系統(tǒng)、電池組、輸入輸出接口和人機(jī)交互界面組成，可同時(shí)接收風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(2)和光伏發(fā)電系統(tǒng)(6)發(fā)出的不規(guī)則的電能并進(jìn)行存儲(chǔ)，穩(wěn)定的輸送給變流站(4)，能夠完成三者的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。所述電能存儲(chǔ)系統(tǒng)(3)為主干路的樞紐部分，同時(shí)具備與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(2)、光伏發(fā)電系統(tǒng)(6)、變流站(4)和電網(wǎng)檢測系統(tǒng)(7)之間的通訊。
[0025]所述變流站(4 )包括逆變器(401)、升壓變壓器(402 )、降壓變壓器(403 )以及無功補(bǔ)償裝置(404)四個(gè)部分。逆變器(401)吸收電能存儲(chǔ)系統(tǒng)(3)的能量，通過升壓變壓器(402)和輸電線路傳遞到降壓變壓器(403)，模擬高壓輸電過程；降壓變壓器輸出的電能直接供給負(fù)載和光伏發(fā)電系統(tǒng)使用，系統(tǒng)同時(shí)具備配電功能。
[0026]所述電網(wǎng)檢測系統(tǒng)(7)具備諧波分析功能，可以顯示轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電壓、電流、頻率、功率因數(shù)和發(fā)電量等參數(shù)。具有對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量的控制、對(duì)電池剩余電量控制、對(duì)儲(chǔ)能站接受和輸送電能控制、負(fù)載容量的控制、變流站兩側(cè)電壓控制以及輸送電能質(zhì)量和功率因數(shù)調(diào)節(jié)控制的功能。捕捉后的參數(shù)在上位機(jī)上顯示，直觀可視化界面利于自動(dòng)化控制。
[0027]所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(2)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，發(fā)出的電能經(jīng)過整流器后存儲(chǔ)在電能存儲(chǔ)系統(tǒng)(3)中；所述光伏發(fā)電系統(tǒng)(6)與電能存儲(chǔ)系統(tǒng)(3)、變流站(4)構(gòu)成循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，單獨(dú)進(jìn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)試驗(yàn)時(shí)，系統(tǒng)節(jié)能效果明顯，其能量可由風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(2)進(jìn)行補(bǔ)給。兩者同時(shí)試驗(yàn)時(shí)，所述電網(wǎng)檢測系統(tǒng)(7)對(duì)電能存儲(chǔ)系統(tǒng)(3)進(jìn)行檢測，可調(diào)整子系統(tǒng)間電能收支平衡。
[0028]以上所述實(shí)例表達(dá)了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，描述內(nèi)容較為詳細(xì)和具體，但并不僅僅局限于本實(shí)用新型；特別指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的研究人員或技術(shù)人員來講，在不脫離本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)之內(nèi)，系統(tǒng)內(nèi)部的局部改進(jìn)和子系統(tǒng)之間的改動(dòng)、變換等，均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種新能源發(fā)電模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，包括外部電網(wǎng)(I)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(2)、電能存儲(chǔ)系統(tǒng)(3)、變流站(4)、模擬負(fù)載(5)、光伏發(fā)電系統(tǒng)(6)和電網(wǎng)檢測系統(tǒng)(7)，其特征在于，新能源發(fā)電模擬試驗(yàn)系統(tǒng)包括模擬實(shí)際工況運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、以現(xiàn)代電力電子為核心的變流站系統(tǒng)、模擬輸配電的變流站系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)，其中，光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能存儲(chǔ)在電能存儲(chǔ)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能源的循環(huán)利用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(2)由變頻器(201)、大功率電動(dòng)機(jī)(202)、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀(203)和大功率發(fā)電機(jī)(204)組成，其中，大功率電動(dòng)機(jī)(202)、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀(203)和大功率發(fā)電機(jī)(204)同軸相連；所述光伏發(fā)電系統(tǒng)(6)與所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(2)結(jié)構(gòu)相似；所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(2)發(fā)出的電能經(jīng)所述電能存儲(chǔ)系統(tǒng)(3)存儲(chǔ)起來。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述變流站(4)由逆變器(401)、升壓變壓器(402)、降壓變壓器(403)和無功補(bǔ)償裝置(404)組成，無功補(bǔ)償裝置(404)由電網(wǎng)檢測系統(tǒng)(7)控制并實(shí)時(shí)監(jiān)測。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述電網(wǎng)檢測系統(tǒng)(7)由上位機(jī)、上位機(jī)軟件、功率分析儀和通訊模塊接口組成，可進(jìn)行所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(2)、電能存儲(chǔ)系統(tǒng)(3)、變流站(4)、模擬負(fù)載(5)和光伏發(fā)電系統(tǒng)(6)之間的電網(wǎng)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述電能存儲(chǔ)系統(tǒng)(3)、所述變流站(4)和所述光伏發(fā)電系統(tǒng)(6)三者相互連接，構(gòu)成能源循環(huán)系統(tǒng)；所述電能存儲(chǔ)系統(tǒng)(3)可根據(jù)所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(2)和所述光伏發(fā)電系統(tǒng)(6)的發(fā)電和模擬負(fù)載(5)靈活調(diào)整電能的收支平衡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述無功補(bǔ)償裝置(404)與所述電網(wǎng)檢測系統(tǒng)(7)進(jìn)行通訊連接，實(shí)現(xiàn)變流站功率因數(shù)的自動(dòng)補(bǔ)償。
【文檔編號(hào)】G09B23/18GK203706541SQ201420067566
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月17日
【發(fā)明者】王森, 呂宗樞, 張玉波, 鮑潔秋, 孫振東, 肖林元, 趙陽陽, 林田柱, 江文明, 高舒潭, 苗迪, 蔡志藝, 楊舟 申請(qǐng)人:趙陽陽