一种混合新能源的离网发电系统及其控制方法

文档序号:7439861
专利名称:一种混合新能源的离网发电系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及采用混合新能源的离网发电系统及其控制方法。
背景技术
市电即我们所说的交流电(AC),交流电的成分包含电压、电流、频率三种,其频率可分为50HZ (赫兹)与60HZ (赫兹)两种,电压分布由100VA至M0VA。一般为220V (伏)。传统能源是指在现阶段科学技术水平条件下,人们已经广泛使用、技术上比较成熟的能源,如煤炭、石油、天然气、水能、木材等。传统能源亦称常规能源。传统能源中的煤炭、石油和天然气都是由远古的生物化石演变而成,故统称为化石燃料。新能源(new energy sources)是指传统能源之外的各种能源形式。它的各种形式大都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部深处所产生的热能(潮汐能例外)。包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。即,新能源包括各种可再生能源和核能。相对于传统能源,新能源普遍具有污染少、储量大的特点,对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源(特别是化石能源)枯竭问题具有重要意义。随着新能源技术的不断创新,越来越多的新能源与传统能源的结合混合使用,以减少和替代传统能源,特别是化石能源,是目前世界各国的发展趋势。离网发电(off-grid power generation)是指采用区域独立发电、分户独立发电的离网供电模式。离网发电的类型包括风力发电、光伏发电、风光互补、风光柴互补、水光互补、水风互补、光柴互补、柴油发电、天然气发电、微水电等。离网发电的应用范围和用途,包括边远无电地区居民生活用电照明、电视、洗衣机等生活用电;光伏水泵、无电地区的深水井饮用、灌溉;交通灯领域航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、路灯;与汽车配套太阳能汽车/电动车、电池充电设备、汽车空调、换气扇、冰箱等;航天仪器卫星、航天器、空间太阳能电站等;通讯/通信领域太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通讯/寻呼电源系统;石油、海洋、气象领域石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等;便携式电器、海水淡化设备供电等。传统的风力发电和太阳能发电在资源利用上有其自身的缺陷,有些地区日照时间短或风力不足,单独使用风力发电或太阳能发电不能满足供电的需要。但风能和太阳能的互补性很强,无风时可能会有太阳,无太阳时可能会有风,白天日照充足时可能风小,夜晚没有日照时可能风大。风光互补供电系统正是利用这一原理强强联合,优势互补的。该系统弥补了风电和光电独立系统的缺陷,它是合理的独立电源系统,是新能源综合开发和利用的完美结合。风光互补离网供电系统,解决了偏远地区无法供电的难题,解决了传统供电线损大成本高的难题。不但缓解了电力紧张局面,同时也实现了绿色能源、开发了再生能源,促进了循环经济的发展。
目前在新能源和传统能源的混合在离网发电的使用过程中,例如以风能、太阳能为例,以风能发电机和太阳能发电机组成的混合能源系统是通过风机、太阳能混合控制器的控制,向蓄电池蓄能,即将发电机发出的变频、变压的交流电整流成直流电,将该直流电向蓄电池蓄能,从而向负载定时提供交直流电源。在上述混合系统中,蓄电池的浮充、均充电压和风机、太阳能和外部电源的浮充、均充电压都相等。如图1所示,风机、太阳能和外部电源的向蓄电池供电,蓄电池通过频繁的充、放电满足实际负载的需要,而铅酸蓄电池完全充、放电的循环次数大约在400次,每日循环次数较高的系统,蓄电池的寿命很短。由于蓄电池的充放电特性,通常要求控制充电电流为蓄电池容量的5%-30%之间,也即0. 05C-0. 3C (C为蓄电池容量),因此蓄电池容量不仅要满足负载的要求,还要满足风机、太阳能电池板功率的要求,因此在上述新能源和混合能源混合使用的应用范围上,对负载是有一定的条件限制的,例如,对于选用的负载一般功率不可太大,功率过大的负载必将使用容量极大的蓄电池,因此目前实际选用的负载大约1千瓦左右或小于1千瓦。

发明内容
本发明通过设定离网发电系统中浮充、均充电压点值,控制新能源被优先利用,并延长蓄电池的寿命。具体的技术方案是
一种混合新能源的离网发电系统,包括新能源乂132、乂3丨&1 (其中η 3 1);传统能源 C1、C2、C3…Cn (其中η 3 1);蓄电池和负载;各新能源和传统能源的控制器分别母线连接, 蓄电池和负载分别连接到母线。一种混合新能源的离网发电系统的控制方法,包括新能源XI、Χ2、乂3夂&1 (其中 η ^ 1);传统能源C1、C2、C3…Cn (其中η尝1);蓄电池和负载;其中蓄电池的浮充电压点值是UA、均充电压点值是UB,传统能源C1、C2、C3…Cn (其中η 3 1)的浮充电压点值是UAC1、 UAC2、UAC3…UACn (其中η ^ 1);传统能源C1、C2、C3…Cn (其中η纟1)的均充电压点值是皿(1、皿〇2、皿〇3丨皿01 (其中η尝1);新能源Χ1、Χ2、Χ3…Xn (其中η尝1)的浮充电压点值是说父1、说父2、说父3...说父11 (其中η ^ 1);新能源Χ1、Χ2、Χ3…Xn (其中η尝1)的均充电压点值是UBX1、UBX2、UBX3…UBXn (其中η ^ 1);
其中,UAXl > UAX2 > UAX3 > ... > UAXn > UACl > UAC2 > UAC3 > ... > UACn 纟 UA (其中 η 纟 D5UBXl > UBX2 > UBX3 > …> UBXn > UBCl > UBC2 > UBC3 > …> UBCn 纟 UB(其中η 3 1)。上述各类形式能源的控制系统的电压值依据所需优先等级设定,最优先等级设定的电压最高。上述新能源是太阳能、风能、生物质能、地热能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量的一种或多种。上述传统能源是如煤炭、石油、天然气、木材的一种或多种。本发明的有益效果
本发明通过设定离网发电系统中浮充、均充电压点值,控制新能源被优先利用。采用本发明的混合新能源的离网发电系统及其控制方法,可以使新能源优先向负载供电,并延长蓄电池的寿命。


图1现有混合新能源的离网发电系统。图2本发明混合新能源的离网发电系统。
具体实施例方式实施例1
如图1为传统的风、光、市电互补路灯的现有混合新能源的离网发电系统。路灯为50 瓦LED灯头,最长日开灯时间12小时,蓄电池为2组12伏100安时铅酸蓄电池,浮充电压 26伏、均充电压观伏,负载每日用电量(50/24) *12=25安时,由于蓄电池效率一般在75%左右,而且蓄电池不可完全放电,因此蓄电池一次完全充、放电的周期大约为2. 5天。实施例2
以风能、太阳能、传统能源(市电)为例,如图2本发明的混合新能源的离网发电系统。 混合新能源的离网发电系统中风能通过独立的控制器将发电机输出的变频、变压变功率的交流电转变成直流电连接到系统母线;太阳能通过独立的控制器连接到系统母线;传统能源(市电或柴油发电机)通过充电机连接到系统母线,蓄电池和负载分别连接到母线。混合新能源的离网发电系统的控制方法中,优先等级设定依次为风能、太阳能、市电(也可根据需要任意的设定新能源的使用等级)。设定蓄电池浮充电压是UA伏特、均充电压是UB伏特,设定市电充电机的浮充、均充电压分别为UAC伏特和UBC伏特,其中UAC=UA; UBC=UB ;同时设定太阳能的浮充、均充电压分别为UAXl=UA+ (0. Γ0. 3)伏特和UBXl=UB+ (0. Γθ. 3)伏特;设定风能的浮充、均充电压分别为 UAX2=UA+ (0.4、. 5)伏特和 UBX2=UB+ (0.4 0. 5)伏特。该系统有额定功率3千瓦的风机、额定功率10千瓦太阳能电池、7千瓦的市电充电机、48伏1000安时蓄电池互补组成,最大负载约7千瓦,该系统市电充电机浮充电压M伏、 均充电压56伏;太阳能浮充、均充电压54. 2伏和56. 2伏;风机浮充、均充电压分别为54. 5 伏和56. 5伏。由于风能输出电压高于太阳能输出电压也高于外部充电机输出电压,系统负载将优先使用风能,当风能不能满足系统负载要求后再继续使用太阳能,只有当风能、太阳能都不能满足负载要求时,市电充电机再向负载供电,在该系统中只有当风能、太阳能和外部充电机都不能满足负载需要时才由蓄电池向负载供电,因此在该系统中蓄电池作为备用电源,蓄电池的选用无需考虑长期为负载供电而选用大容量蓄电池,同时也大大扩大的选用负载的范围,负载的功率可增大到几千瓦甚至几十千瓦。实施例2太阳能与风能发电量具体数值如下表(单位千瓦)
权利要求
1.一种混合新能源的离网发电系统,包括新能源乂132、乂3丨)(11 (其中η 3 1);传统能源C1、C2、C3…Cn (其中η 3 1);蓄电池和负载;其特征是,各新能源和传统能源的控制器分别母线连接,蓄电池和负载分别连接到母线。
2.一种混合新能源的离网发电系统的控制方法,包括新能源XI、乂2、乂3丨&1 (其中 η ^ 1);传统能源C1、C2、C3…Cn (其中η会1);蓄电池和负载;各新能源和传统能源的控制器分别母线连接,蓄电池和负载分别连接到母线;其中,蓄电池的浮充电压点值是UA、均充电压点值是UB,传统能源Cl、C2、C3…Cn (其中η ^ 1)的浮充电压点值是UACl、UAC2、 UAC3…UACn(其中η ^ 1);传统能源C1、C2、C3…Cn(其中η ^ 1)的均充电压点值是UBCl、 UBC2、UBC3…UBCn (其中η ^ 1);新能源Χ1、Χ2、Χ3…Xn (其中η纟1)的浮充电压点值是 UAX1、UAX2、UAX3…UAXn (其中η ^ 1);新能源XI、Χ2、Χ3…)(η (其中η ^ 1)的均充电压点值是 UBXl、UBX2、UBX3... UBXn (其中 η 纟 1);其特征在于,UAXl > UAX2 > UAX3 > …> UAXn > UACl > UAC2 > UAC3 > ... > UACn 纟 UA (其中 η 纟 1) ;UBXl > UBX2 > UBX3 > … > UBXn > UBCl > UBC2 > UBC3 > ... > UBCn ^ UB (其中 η 尝 1)。
3.根据权利要求2所述的混合新能源的离网发电系统的控制方法,其特征在于所述各类形式能源的控制系统的电压值依据所需优先等级设定,最优先等级设定的电压最高。
4.根据权利要求1所述的混合新能源的离网发电系统,其特征在于,所述新能源是太阳能、风能、生物质能、地热能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的混合新能源的离网发电系统,其特征在于,所述传统能源是如煤炭、石油、天然气、木材的一种或多种。
6.根据权利要求2所述的混合新能源的离网发电系统的控制方法,其特征在于,所述新能源是太阳能、风能、生物质能、地热能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量的一种或多种。
7.根据权利要求2所述的混合新能源的离网发电系统的控制方法,其特征在于,所述传统能源是如煤炭、石油、天然气、木材的一种或多种。
全文摘要
本发明涉及采用混合新能源的离网发电系统及其控制方法。包括新能源;传统能源;蓄电池和负载;上述各类形式能源的控制系统的电压值依据所需优先等级设定,最优先等级设定的电压最高。本发明通过设定离网发电系统中浮充、均充电压点值,控制新能源被优先利用。采用本发明的混合新能源的离网发电系统及其控制方法,可以使新能源优先向负载供电,并延长蓄电池的寿命。
文档编号H02J7/00GK102386636SQ20101026785
公开日2012年3月21日 申请日期2010年8月31日 优先权日2010年8月31日
发明者严强, 张志连, 石磊, 胡京海 申请人:严强
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