專利名稱：一種風(fēng)水互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新能源的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種風(fēng)水互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)能是一種清潔可再生資源。我國的風(fēng)能資源量很大，其中可利用的開發(fā)量大約占總資源的四分之一。針對(duì)風(fēng)能發(fā)電受當(dāng)?shù)丨h(huán)境變化的影響，發(fā)電極不穩(wěn)定情況，人們將一種新的儲(chǔ)能方式引入——抽水蓄能。所謂的抽水蓄能是指當(dāng)電能系統(tǒng)中有多余的電能時(shí)， 通過水泵將下游的水抽取到上游，從而將系統(tǒng)中多余的電能轉(zhuǎn)化為水的勢能存儲(chǔ)起來；而當(dāng)電能系統(tǒng)出現(xiàn)電力缺口時(shí)，為保持電網(wǎng)輸電的穩(wěn)定性，能及時(shí)啟動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)將已經(jīng)存儲(chǔ)起來的水的勢能轉(zhuǎn)化為電能回饋給電能系統(tǒng)。這樣就克服了以往的后備電源造價(jià)高，運(yùn)營成本高，污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)，充分利用了自然資源。在提出了利用抽水蓄能提高發(fā)電效率的理念后，如何讓這種方法更為方便的被用戶使用成為了一個(gè)難題。本發(fā)明對(duì)應(yīng)用在變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行領(lǐng)域的三維區(qū)圖法做了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，針對(duì)抽水蓄能的特點(diǎn)以及三維區(qū)圖法可調(diào)整型，將一種三維區(qū)圖投影法應(yīng)用到抽水蓄能的控制過程中，這樣大大減少了普通算法對(duì)水輪機(jī)和水泵投切過程中計(jì)算的計(jì)算量，同時(shí)使用戶更直觀的了解系統(tǒng)運(yùn)行狀況，以便在合適的時(shí)間對(duì)水輪機(jī)和水泵進(jìn)行投切。目前風(fēng)光互補(bǔ)的發(fā)電技術(shù)相對(duì)成熟，但是風(fēng)水互補(bǔ)的發(fā)電技術(shù)及系統(tǒng)仍處于起步階段，對(duì)抽水蓄能部分的控制不夠完善，并且價(jià)格極其昂貴，轉(zhuǎn)換效率較低，可靠性不高。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出了一種風(fēng)水互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法， 以達(dá)到簡便、直觀地對(duì)水泵水輪機(jī)投切進(jìn)行控制的目的。本發(fā)明技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種風(fēng)水互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電單元、控制與檢測單元、抽水蓄能單元及負(fù)載單元，此外，控制與檢測單元中還包括限幅電路，互感器輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過限幅電路穩(wěn)壓后輸出給采樣單元；所述的限幅電路由滑動(dòng)變阻器組成；所述的限幅電路，將互感器輸出的電壓穩(wěn)定在120V ；采用風(fēng)水互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行控制的控制方法，包括以下步驟步驟1 實(shí)時(shí)采集風(fēng)力發(fā)電單元、水輪發(fā)電機(jī)、交流配電柜的電壓、電流值和交流負(fù)載的電壓、電流值；步驟2 單片機(jī)對(duì)步驟1采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算出水泵、水輪發(fā)電機(jī)、交流配電柜三相相電壓和三相線電流瞬時(shí)值、三相相電壓有效值、有功功率和視在功率；并計(jì)算出蓄電池組的電壓、電流和功率瞬時(shí)值；計(jì)算交流負(fù)載的功率值；步驟3 將步驟2計(jì)算的數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器，同時(shí)存儲(chǔ)器中還存儲(chǔ)一定時(shí)間段內(nèi)水泵、水輪發(fā)電機(jī)、交流配電柜各相電壓、電流瞬時(shí)值及蓄電池組的瞬時(shí)功率值；CN 102496958 A
說明書
2/8頁步驟4:采用三維區(qū)圖的方法，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)水輪機(jī)、水泵和蓄電池的投切控制， 方法為步驟4-1 在單片機(jī)中構(gòu)建三維坐標(biāo)，方法為以風(fēng)機(jī)發(fā)電單元采集到的電壓作為橫坐標(biāo)U，以風(fēng)機(jī)發(fā)電單元采集到的電流作為縱坐標(biāo)I軸，以配電線柜的有功功率作為P 軸；步驟4-2 在P軸上確定交流負(fù)載的功率值Σ PlMd和蓄電池組的功率瞬時(shí)值PE兩點(diǎn)的位置，所述兩點(diǎn)將P軸劃分為3段，過P軸上的Σ Pload點(diǎn)和Pe點(diǎn)形成2個(gè)平面，即第一平面和第二平面，分別與U-I平面平行；在U軸上確定電壓極限值取電壓下限值為隊(duì)，電壓上限值為Uh,分別過Ul點(diǎn)和Uh點(diǎn)做P-I軸的平行平面；在I軸上確定電流極限值取電流下限值為l·電流上限值為Ih ；分別過込點(diǎn)和Ih點(diǎn)做P-I軸的平行平面，形成三維區(qū)圖；步驟4-3:交流配電柜的有功功率即風(fēng)力發(fā)電單元產(chǎn)生的總功率Σ Pwind，判斷 Σ Pwind值在P軸上的位置，若Σ pWind點(diǎn)在第一平面以上，則執(zhí)行步驟4-4，若Σ Pwind點(diǎn)在第一平面與第二平面之間，則執(zhí)行步驟4-5，若Σ Pwind點(diǎn)在第二平面以下，則執(zhí)行步驟4-6 ；步驟4-4: Σ Pwind點(diǎn)以α 角度向U-I平面投影，所述的α 角為銳角，執(zhí)行步驟 4-7 ； 4-8 ； 4-9 ；

時(shí)值，J
步驟4-5 Σ Pwind點(diǎn)以α 2角度向U-I平面投影，所述的α 2角為90°，執(zhí)行步驟步驟4-6 =Epwind點(diǎn)以α 3角度向U-I平面投影，所述的α3角為鈍角，執(zhí)行步驟
步驟4-7 步驟4-8 步驟4-9
啟動(dòng)水泵，關(guān)閉蓄電池充電電路開關(guān)，執(zhí)行步驟1 ； 啟動(dòng)水輪機(jī)，關(guān)閉蓄電池充電電路開關(guān)，執(zhí)行步驟1 ； 啟動(dòng)水輪機(jī)，開啟蓄電池充電電路開關(guān)，執(zhí)行步驟1 ； 步驟3所述的計(jì)算出水泵、水輪發(fā)電機(jī)、交流配電柜三相相電壓和三相線電流瞬 相相電壓有效值，有功功率和視在功率，采用三相瞬時(shí)功率理論，方法為 通過互感器和采樣單元采樣到三相相電壓和三相線電流分別為ua、ub, u。、ia、ib、
ic，經(jīng)過a、b、c三相到α-β兩相的變換后，得到ua、ue和ia、i(
式中
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)水互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電單元、控制與檢測單元、抽水蓄能單元及負(fù)載單元，其特征在于控制與檢測單元中還包括限幅電路，用于對(duì)輸入的電壓信號(hào)進(jìn)行穩(wěn)壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)水互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的限幅電路由滑動(dòng)變阻器組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)水互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的限幅電路，將輸入的電壓穩(wěn)定在120V。
4.采用權(quán)利要求所述的風(fēng)水互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行控制的控制方法，其特征在于包括以下步驟步驟1 實(shí)時(shí)采集風(fēng)力發(fā)電單元、水輪發(fā)電機(jī)、交流配電柜的電壓、電流值和交流負(fù)載的電壓、電流值；步驟2 單片機(jī)對(duì)步驟1采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算出水泵、水輪發(fā)電機(jī)、交流配電柜三相相電壓和三相線電流瞬時(shí)值、三相相電壓有效值、有功功率和視在功率；并計(jì)算出蓄電池組的電壓、電流和功率瞬時(shí)值；計(jì)算交流負(fù)載的功率值；步驟3 將步驟2計(jì)算的數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器，同時(shí)存儲(chǔ)器中還存儲(chǔ)一定時(shí)間段內(nèi)水泵、水輪發(fā)電機(jī)、交流配電柜各相電壓、電流瞬時(shí)值及蓄電池組的瞬時(shí)功率值；步驟4 采用三維區(qū)圖的方法，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)水輪機(jī)、水泵和蓄電池的投切控制，方法為步驟4-1 在單片機(jī)中構(gòu)建三維坐標(biāo)，方法為以風(fēng)機(jī)發(fā)電單元采集到的電壓作為橫坐標(biāo)U,以風(fēng)機(jī)發(fā)電單元采集到的電流作為縱坐標(biāo)I軸，以配電線柜的有功功率作為P軸；步驟4-2 在P軸上確定交流負(fù)載的功率值Σ PlMd和蓄電池組的功率瞬時(shí)值Pe兩點(diǎn)的位置，所述兩點(diǎn)將P軸劃分為3段，過P軸上的Σ Pload點(diǎn)和Pe點(diǎn)形成2個(gè)平面，即第一平面和第二平面，分別與U-I平面平行；在U軸上確定電壓極限值取電壓下限值為Ul,電壓上限值為Uh,分別過Ul點(diǎn)和Uh點(diǎn)做P-I軸的平行平面；在I軸上確定電流極限值取電流下限值為l·電流上限值為Ih ；分別過込點(diǎn)和Ih點(diǎn)做P-I軸的平行平面，形成三維區(qū)圖；步驟4-3 交流配電柜的有功功率即風(fēng)力發(fā)電單元產(chǎn)生的總功率Σ Pwind，判斷Σ ？^-值在P軸上的位置，若Σ pWind點(diǎn)在第一平面以上，則執(zhí)行步驟4-4，若Σ PwindA在第一平面與第二平面之間，則執(zhí)行步驟4-5，若Σ Pwind點(diǎn)在第二平面以下，則執(zhí)行步驟4-6 ；步驟4-4 =Epwind點(diǎn)以α 角度向U-I平面投影，所述的α 角為銳角，執(zhí)行步驟4-7; 步驟4-5 Σ Pwind點(diǎn)以α 2角度向U-I平面投影，所述的α2角為90°，執(zhí)行步驟4_8; 步驟4-6 Σ Pwind點(diǎn)以α 3角度向U-I平面投影，所述的α 3角為鈍角，執(zhí)行步驟4-9 ； 步驟4-7 啟動(dòng)水泵，關(guān)閉蓄電池充電電路開關(guān)，執(zhí)行步驟1 ； 步驟4-8 啟動(dòng)水輪機(jī)，關(guān)閉蓄電池充電電路開關(guān)，執(zhí)行步驟1 ； 步驟4-9 啟動(dòng)水輪機(jī)，開啟蓄電池充電電路開關(guān)，執(zhí)行步驟1。
全文摘要
一種風(fēng)水互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法，屬于新能源的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，在現(xiàn)有的控制與檢測模塊中，增加了限幅電路；本發(fā)明采用三維區(qū)圖的方法，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)水輪機(jī)、水泵和蓄電池的投切控制，本發(fā)明利用限幅電路將風(fēng)機(jī)發(fā)電的電壓值穩(wěn)定在120V，克服了電壓不穩(wěn)的缺點(diǎn)；利用三維區(qū)圖投影法對(duì)水輪機(jī)和水泵的投切進(jìn)行控制，面向用戶的操作界面更簡潔更直觀，使用戶能做出明確的判斷，通過投影形狀判斷各斷路器及開關(guān)的投切，使其控制性能穩(wěn)定，方便觀察和操作。
文檔編號(hào)F03B13/00GK102496958SQ20111040447
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者劉振偉, 劉鑫蕊, 孫秋野, 張化光, 楊珺, 王連智, 羅艷紅, 馬大中, 黃佑鐘 申請(qǐng)人:東北大學(xué)