一種風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)，其包括為負載供電的風(fēng)力發(fā)電機組和太陽能熱發(fā)電機組，和對風(fēng)力發(fā)電機組和太陽能熱發(fā)電機組的輸出功率進行實時檢測以及依據(jù)實時檢測的結(jié)果分別調(diào)控風(fēng)力發(fā)電機組和太陽能熱發(fā)電機組運行狀態(tài)的調(diào)控器。本實用新型提供的上述風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)，其可根據(jù)氣候環(huán)境的變化，通過太陽能和風(fēng)力發(fā)電的互補組合，組成穩(wěn)定的發(fā)電系統(tǒng)，提高發(fā)電系統(tǒng)對負載供電的可靠性。
【專利說明】一種風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及能源領(lǐng)域，具體涉及一種風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)能和太陽能都受到自然條件的影響和限制，具有局限性。單一的太陽能發(fā)電，系統(tǒng)造價、發(fā)電成本較高，而且由于其周期性和時變性，其接入電網(wǎng)會給電網(wǎng)可靠、穩(wěn)定運行帶來影響；單一的風(fēng)力發(fā)電，系統(tǒng)易受環(huán)境影響，風(fēng)的隨機性強，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)電不穩(wěn)定，供電可靠性不高。而風(fēng)能和太陽能在白天和夜晚有很強的互補性，白天太陽輻射很強，風(fēng)比較小，晚上光照強度比較弱，但風(fēng)能卻隨著地表溫差的變化大而變強。這種互補性使風(fēng)光互補發(fā)電在資源的利用上能夠良好匹配。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的就是提供一種風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)，其通過太陽能和風(fēng)力發(fā)電的互補組合，組成穩(wěn)定的發(fā)電系統(tǒng)，提高發(fā)電系統(tǒng)對負載供電的可靠性。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案進行實施:
[0005]一種風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:其包括為負載供電的風(fēng)力發(fā)電機組和太陽能熱發(fā)電機組，和對風(fēng)力發(fā)電機組和太陽能熱發(fā)電機組的輸出功率進行實時檢測以及依據(jù)實時檢測的結(jié)果分別調(diào)控風(fēng)力發(fā)電機組和太陽能熱發(fā)電機組運行狀態(tài)的調(diào)控器。
[0006]詳細的方案為:
[0007]風(fēng)力發(fā)電機組包括將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的永磁同步發(fā)電機，永磁同步發(fā)電機的輸出端依次連接設(shè)置AC/DC變換模塊、DC/AC變換模塊和變壓器，變壓器的輸出端與負載相連接，調(diào)控器與AC/DC變換模塊的輸出端相連接，控制器調(diào)控永磁同步發(fā)電機的運行狀態(tài)。太陽能熱發(fā)電機組包括對太陽能進行收集的集熱器以及汽輪發(fā)電機，集熱器與汽輪發(fā)電機之間設(shè)置有蒸發(fā)器，蒸發(fā)器與集熱器之間設(shè)置有換熱器以及對換熱器收集的熱能進行儲存的儲熱罐，蒸發(fā)器與汽輪發(fā)電機之間設(shè)置冷凝器和冷卻塔，控制器調(diào)控汽輪發(fā)電機的運行狀態(tài)。調(diào)控器與負載相連接。汽輪發(fā)電機、變壓器的輸出端均與并網(wǎng)柜相連接。
[0008]本實用新型提供的上述風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)，其可根據(jù)氣候環(huán)境的變化，通過太陽能和風(fēng)力發(fā)電的互補組合，組成穩(wěn)定的發(fā)電系統(tǒng)，提高發(fā)電系統(tǒng)對負載供電的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2為風(fēng)力發(fā)電機組功率的控制框圖；
[0011]圖3為光熱發(fā)電機組功率的控制框圖。

【具體實施方式】
[0012]為了使本實用新型的目的及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實例對本實用新型進行具體說明。應(yīng)當(dāng)理解，以下文字僅僅用以描述本實用新型的一種或幾種具體的實施方式，并不對本實用新型具體請求的保護范圍進行嚴格限定。
[0013]本實用新型采取的技術(shù)方案如圖1所示，一種風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)，其包括為負載供電的風(fēng)力發(fā)電機組和太陽能熱發(fā)電機組，和對風(fēng)力發(fā)電機組和太陽能熱發(fā)電機組的輸出功率進行實時檢測以及依據(jù)實時檢測的結(jié)果分別調(diào)控風(fēng)力發(fā)電機組和太陽能熱發(fā)電機組運行狀態(tài)的調(diào)控器。
[0014]本發(fā)明利用功率協(xié)調(diào)控制方法采用分級遞階控制結(jié)構(gòu)，將風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)分為兩級，上級決策單元為功率協(xié)調(diào)控制器，下級決策單元為兩個子系統(tǒng)。
[0015]調(diào)控器包括對風(fēng)速、溫度、太陽直射輻射照度、太陽能集熱場進、出口溫度和儲熱罐能量進行實施檢測的各傳感器以及對各傳感器進行數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)各傳感器當(dāng)前采集的風(fēng)速、溫度、太陽直射輻照度以及太陽能集熱場進出口溫度和儲熱罐能量等數(shù)據(jù)，計算出風(fēng)力發(fā)電與光熱發(fā)電的實時輸出功率。風(fēng)力發(fā)電機組的輸出功率可通過風(fēng)能轉(zhuǎn)換關(guān)系進行計算，光熱發(fā)電相對比較復(fù)雜，既要考慮當(dāng)前光照條件下的集熱量，又要考慮儲熱罐的儲熱能量，再乘以汽輪機的發(fā)電效率，即可得光熱發(fā)電的輸出功率。
[0016]風(fēng)力發(fā)電機組的功率控制方法如圖2所示，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是一個復(fù)雜系統(tǒng)，非線性、強干擾、多變量、模型不確定，其工作風(fēng)速范圍廣，轉(zhuǎn)動慣量大，系數(shù)阻尼比不穩(wěn)定，存在強耦合。采用模糊PI自適應(yīng)控制算法對變槳距風(fēng)機的功率進行控制，利用模糊控制不需要被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，不受非線性因素的影響和對被控對象的參數(shù)波動具有較強的魯棒性等優(yōu)點來實現(xiàn)對控制器PI參數(shù)的在線調(diào)整。
[0017]光熱發(fā)電機組的控制主要由電站模型和MPC控制器構(gòu)成，需要控制集熱器的出口溫度，導(dǎo)熱油體積流率，輸出功率的控制是由MPC控制器實現(xiàn)的，如圖3所示。而且，汽輪發(fā)電機也具有可控制性，可以實現(xiàn)對輸出功率的有效控制。
[0018]天氣條件可分為四大類:有風(fēng)有陽光，有風(fēng)無陽光，無風(fēng)有陽光，無風(fēng)無陽光。在不同的天氣條件下，風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)會有不同的工作模式，根據(jù)上述四種天氣條件，可得出風(fēng)光互補系統(tǒng)的四種工作模式:風(fēng)力發(fā)電機組10和太陽能熱發(fā)電機組20協(xié)調(diào)工作，風(fēng)力發(fā)電機組10單獨工作，太陽能熱發(fā)電機組20單獨工作，風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)停止工作。在不同的工作模式下，根據(jù)系統(tǒng)功率平衡的狀況，又可將系統(tǒng)分為如下不同的工作狀態(tài)。
[0019]有風(fēng)有陽光時，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機組10的輸出功率和太陽能熱發(fā)電機組20的輸出功率小于負載功率時，兩個子系統(tǒng)均采用最大功率跟蹤以滿足負載功率，否則，考慮讓風(fēng)力發(fā)電機組10最大功率輸出，太陽能熱發(fā)電機組20的一部分能量用于發(fā)電，另一部分則用來儲會K ;
[0020]在有風(fēng)無陽光時，風(fēng)力發(fā)電始終是最大功率發(fā)電，太陽能熱發(fā)電機組20通過儲熱罐放熱發(fā)電，最終以滿足負載需求為目的；
[0021]在無風(fēng)有陽光時，風(fēng)力發(fā)電機組10停止工作，當(dāng)太陽能熱發(fā)電機組20在當(dāng)前光照強度下的輸出功率大于負載功率時，太陽能熱發(fā)電機組20采用一部分儲能，一部分發(fā)電，否則，采用最大限度的發(fā)電。
[0022]在無風(fēng)無陽光時，風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)通過儲熱罐放熱發(fā)電。
[0023]詳細的方案為:
[0024]風(fēng)力發(fā)電機組10包括將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的永磁同步發(fā)電機11，永磁同步發(fā)電機11的輸出端依次連接設(shè)置AC/DC變換模塊12、DC/AC變換模塊13和變壓器14，變壓器14的輸出端與負載40相連接，調(diào)控器30與AC/DC變換模塊12的輸出端相連接，控制器30調(diào)控永磁同步發(fā)電機的運行狀態(tài)。太陽能熱發(fā)電機組20包括對太陽能進行收集的集熱器21以及汽輪發(fā)電機26，集熱器21與汽輪發(fā)電機26之間設(shè)置有蒸發(fā)器23，蒸發(fā)器23與集熱器21之間設(shè)置有換熱器22以及對換熱器22收集的熱能進行儲存的儲熱罐23，蒸發(fā)器與汽輪發(fā)電機之間設(shè)置冷凝器24和冷卻塔25，控制器調(diào)控汽輪發(fā)電機的運行狀態(tài)。調(diào)控器與負載相連接。汽輪發(fā)電機、變壓器的輸出端均與并網(wǎng)柜相連接。
[0025]風(fēng)力發(fā)電機組10的樣式很多，但原理和結(jié)構(gòu)卻大同小異，主要由機座、塔架、風(fēng)輪、傳動機構(gòu)、發(fā)電機、調(diào)速器、調(diào)相器和停車制動器等組成。太陽能熱發(fā)電機組20已得到世界各國的重視，跟塔式、碟式太陽能熱發(fā)電相比，拋物面槽式太陽能熱發(fā)電目前技術(shù)最成熟，單機容量大、已實現(xiàn)了大規(guī)模商業(yè)化運營模式；其主要零部件有定日鏡陣列、吸熱器、傳熱介質(zhì)、換熱器、儲熱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機等。聚光集熱由定日鏡陣列、吸熱器、傳熱介質(zhì)、換熱器完成。
[0026]總之，本實用新型提供的風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)，其可根據(jù)氣候環(huán)境的變化，通過太陽能和風(fēng)力發(fā)電的互補組合，組成穩(wěn)定的發(fā)電系統(tǒng)，提高發(fā)電系統(tǒng)對負載供電的可靠性。
[0027]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在獲知本實用新型中記載內(nèi)容后，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以對其做出若干同等變換和替代，這些同等變換和替代也應(yīng)視為屬于本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:其包括為負載供電的風(fēng)力發(fā)電機組和太陽能熱發(fā)電機組，和對風(fēng)力發(fā)電機組和太陽能熱發(fā)電機組的輸出功率進行實時檢測以及依據(jù)實時檢測的結(jié)果分別調(diào)控風(fēng)力發(fā)電機組和太陽能熱發(fā)電機組運行狀態(tài)的調(diào)控器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:風(fēng)力發(fā)電機組包括將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的永磁同步發(fā)電機，永磁同步發(fā)電機的輸出端依次連接設(shè)置AC/DC變換模塊、DC/AC變換模塊和變壓器，變壓器的輸出端與負載相連接，調(diào)控器與AC/DC變換模塊的輸出端相連接，控制器調(diào)控永磁同步發(fā)電機的運行狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:太陽能熱發(fā)電機組包括對太陽能進行收集的集熱器以及汽輪發(fā)電機，集熱器與汽輪發(fā)電機之間設(shè)置有蒸發(fā)器，蒸發(fā)器與集熱器之間設(shè)置有換熱器以及對換熱器收集的熱能進行儲存的儲熱罐，蒸發(fā)器與汽輪發(fā)電機之間設(shè)置冷凝器和冷卻塔，控制器調(diào)控汽輪發(fā)電機的運行狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:調(diào)控器與負載相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:汽輪發(fā)電機、變壓器的輸出端均與并網(wǎng)柜相連接。
【文檔編號】H02J3/46GK204244139SQ201420827853
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月22日
【發(fā)明者】張蕊萍, 李偉, 董海鷹, 趙嚴 申請人:蘭州交通大學(xué)