专利名称：混合式可再生能源供电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及分布式发电系统，特别是涉及一种混合式可再生能源供电装置。
背景技术：
随着新时期人们对节能减排的要求，风力发电、光伏发电等一系列新能源技术得到了极大的发展，新型绿色能源技术从根本上解决了传统发电方式对于化石燃料的依赖以及排放问题。当然，新型能源技术由于发展历史较短，相关技术还不够成熟，仍然有许多问题还有待解决。目前，风力发电、光伏发电在当今的系能源建设中占有很大的份额。然而，风力发电、光伏发电过于依赖不可控制的天气因素，并且对于建设地理位置要求也较为苛刻，风力资源丰富、适于建设风力发电场及光伏发电场的地区通常在地理上较为偏僻，远离负荷集 中地区，导致在风力发电场及光伏发电场的建设上需要巨额投资来修建配套线路及其他设施。
发明内容
基于此，有必要针对上述由于发电场位置较为偏僻且与负荷距离较远所导致的线路损耗和建设投资比较大的问题，提供一种混合式可再生能源供电装置。为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案一种混合式可再生能源供电装置，包括风力发电单元、光伏发电单元；还包括大容量储能元件、协调控制单元；所述风力发电单元、光伏发电单元以及大容量储能元件分别与所述协调控制单元相连接，所述协调控制单元还与外界大电网系统、区域用户负载相连接；所述大容量储能元件用于储存电能；所述协调控制单元用于当所述风力发电单元、光伏发电单元生产的电量大于区域中用户需求时，由所述风力发电单元或光伏发电单元向所述大容量储能元件充电，并且在所述大容量储能元件充电完成后电能仍有富余的情况下向所述外界大电网系统供电；以及当所述风力发电单元、光伏发电单元生产的电量小于区域中用户需求时，切除所述风力发电单元、光伏发电单元，由所述外界大电网系统向所述大容量储能元件充电和向所述区域用户负载供电。由以上方案可以看出，本发明的混合式可再生能源供电装置，是一种基于分布式发电网络结构进行区域化控制和运行的小规模供电装置，该小型混合式可再生能源供电装置主要通过风力发电单元、光伏发电单元对附近用户供电，当区域内天气状况适宜，风力发电单元、光伏发电单元生产的电量大于区域中用户需求时，其所生产的电能将直接供给区域内与之相连的有限用户终端并储存到大容量储能元件中；若由于天气原因使得所生产电能超过网络范围内用户所需电能及大容量储能元件的储能容量时，通过与外界大电网系统相连的线路向外界大电网系统供电，创造附加利润；当天气状况不适宜，即风力发电单元、光伏发电单元生产的电量小于区域中用户需求时，通过与外界大电网系统相连接，由外界大电网系统给区域内用户供电。本发明的供电装置一方面保证了区域内用户不因天气情况而受到影响，有效降低了由于发电场所处位置较为偏僻且与负荷距离较远所致的线路损耗和建设投资；另一方面，本发明的供电装置其地域适应性更强，能有效的分散大规模电网的运行风险，在应对紧急状况时反应更加灵活、更加快速，并且在发生电网事故时可以缩小影响范围，减小损失成本。
图I为本发明实施例的一种混合式可再生能源供电装置的结构示意图。
具体实施例方式如图I所示，一种混合式可再生能源供电装置，包括风力发电单元11、光伏发电单元12 ;还包括大容量储能元件14、协调控制单元13 ;所述风力发电单元11、光伏发电单元12以及大容量储能元件14分别与所述协调控制单元13相连接,所述协调控制单元13 还与外界大电网系统15、区域用户负载16相连接。所述大容量储能元件用于储存电能；所述协调控制单元用于控制和协调混合式可再生能源供电装置内各组件的运作。具体为当所述风力发电单元、光伏发电单元生产的电量大于区域中用户需求时，由所述风力发电单元或光伏发电单元向所述大容量储能元件充电(将多生产的电能存储于大容量储能元件中)，并且在所述大容量储能元件充电完成后电能仍有富余的情况下向所述外界大电网系统供电；以及当所述风力发电单元、光伏发电单元生产的电量小于区域中用户需求时，切除所述风力发电单元、光伏发电单元，由所述外界大电网系统向所述大容量储能元件充电和向所述区域用户负载供电。本发明构建了一个包含小型风力发电单元、光伏发电单元、大容量储能元件以及协调控制单元的小规模发电-用户直接相连的区域架构，该架构将传统的大电网运行分割为较小的区域内独自运行的网络，该区域架构能够实现区域内部用户由风力发电单元及光伏发电单元进行供电，在天气状况无法维持风机及光伏电池正常供电时由外界大电网系统供电。另外，在架构内发电量超出区域负荷时也能向区域外大电网供电。目前，相关领域的研究人员在利用大容量储能元件解决新能源电能质量问题上已经取得突破性的进展。因此，将储能技术与新能源技术相结合，基于分布式风力发电系统开发的混合式可再生能源供电装置能有效的解决此前由于接入新型能源发电方式而带来的许多问题。作为一个较好的实施例，所述大容量储能元件可以采用大容量储能锂离子电池来进行电能的存储。本发明实施例中以锂电池替代传统铅酸电池，此储能电池能够调节区域架构内功率平衡，保证在区域架构孤立运行(不与外界电网连接)时，发电组件多生产的电能被其储存起来或该储能电池释放电能与风机和光伏电池发电总量满足区域内用户需求。作为一个较好的实施例，所述风力发电单元可以采用单独的20kw小型风力发电机。该风力发电单元容量较小，适用于本发明区域架构的气象特点，能够满足绝大部分时间内区域架构内的用户负荷供电需求。
作为一个较好的实施例，本发明的混合式可再生能源供电装置中还可以包括换流器，所述换流器连接在所述大容量储能元件与所述协调控制单元之间。该换流器可以用于区域架构内大容量储能元件与装置(区域供电装置或外界电网)的整合，使大容量储能元件能有效对区域架构的正常运行进行必要的调节。作为一个较好的实施例，所述协调控制单元可以包括数据采集单元，所述数据采集单元用于通过传感器采集所述供电装置内各组件及线路上的相应数据以确定当前供电装置的运行状态，如区域架构是否脱离外界电网运行或架构内发电和负荷侧是否功率平衡，为其他组件的动作提供基本判定条件。作为一个较好的实施例，所述协调控制单元还可以包括大电网接入控制单元，用于在所述供电装置无法维持区域内的功率平衡的情况下(通常为发电量大于大容量储能元件的储能能力及区域负荷之和，或者是大容量储能元件储能与发电之和无法满足区域内负荷需求)，进行动作决定是否将所述供电装置与所述外界大电网系统相连。作为一个较好的实施例，所述协调控制单元还可以包括供电质量调节及电池控制 单元，用于通过对所述大容量储能元件的充放电进行控制以调节区域内的功率平衡。作为一个较好的实施例，所述协调控制单元还可以包括风力发电投切控制单元，用于在所述风力发电单元不能工作于额定工况时，将所述风力发电单元切除。作为一个较好的实施例，所述协调控制单元还可以包括光伏发电投切控制单元，用于在所述光伏发电单元不能工作于额定工况时，将所述光伏发电单元切除。作为一个较好的实施例，所述协调控制单元可以包括数据记录、存储及交换单元，用于将区域内各时段、各组件的运行数据记录下来，并传输至所述外界大电网系统。本发明的区域架构一般分布于经勘测认证风力及太阳能资源较为丰富的地区，区域内架设少量风力及光伏发电设备，保证设备分布的合理，风力发电及光伏发电最大出力应大于区域内最大预测负荷，以保证该区域架构能够脱离外界电网运行。当区域内天气适宜风力发电单元及光伏发电单元工作时，区域内发电设备工作于较为理想的工况，其生产的电能用于对区域中用户供电，若生产的电量大于区域中用户需求，则同时向架构内大容量储能元件充电，若生产的电能仍有富余，则可将区域架构与外界电网相连，上网电量可以为装置区域架构创造额外利润。另外，当区域内天气状况不适宜风力发电单元及光伏发电单元工作时，架构内协调控制单元将切除区域内发电单元并将架构内网络与外界电网相连，由外界大电网向区域内用户负荷供电，并同时为大容量储能元件充电。下面结合几个具体的实施例来进行说明。实施例一本实施例中，风力充足，风机正常运转，其输出的功率大于负荷的需求功率，风机发电单元向区域架构系统的区域用户负载供电，光伏发电单元处于发电或者停运状态。在此状态下，由于风力发电具有不稳定、不连续、不可控性，此装置区域架构中的大容量储能元件和风力发电单元同时向区域用户负载供电，大容量储能元件尾端的换流器工作于逆变器状态，并经过协调控制单元的调整，使得向区域用户负载所供的电源处于一个恒压220v交流电状态。在此状态下，外界大电网系统不向此设备区域架构供电，大容量储能元件运行于放电状态，风机系统处于发电状态，光伏发电单元停运或者处于发电状态。大容量储能元件的运行状态、风力发电单元端口的电压和电流、光伏发电单元端口的电压电流，区域用户负荷端电压，电流均作为待采集参数被数据记录、存储及交换系统经过有线传输方式，发送至协调控制单元集成主站，并控制大电网投切控制模块断开区域架构与电网的电能交换。协调控制单元在采集到上述数据后，把采集的数据传送至外界大电网系统的电网控制中心，使得电网控制中心可以观测到此区域架构的具体运行状态。实施例二该实施例的区域架构中，风力不足，不足以满足负荷要求，此情况下监测光伏发电单元的输出功率，如果光伏发电单元所供功率大于负荷需求功率，此时大容量储能系统和光伏发电系统同时向负荷供电，大容量储能元件尾端的换流器工作于逆变器状态，并经过一个协调控制单元的调整，向区域用户负荷所供的电源处于一个恒压220v交流电状态。此状态下，外界大电网系统不向此区域架构供电，大容量储能元件运行于放电状态，光伏发电单元处于发电状态，风机停运，被风力发电投切控制单元断开。大容量储能元件的运行状态、风力发电单元端口的电压和电流、光伏发电单元端口的电压和电流、区域用 户负荷端电压和电流均作为待采集参数被数据记录、存储及交换单元经过有线传输方式，发送至协调控制单元，并控制大电网接入控制单元断开区域架构与外界电网的电能交换。协调控制单元在采集到上述数据后，把采集的数据传送至电网控制中心，使得电网控制中心可以观测到此区域架构的具体运行状态。实施例三本实施例的区域架构中，光伏发电和风力发电所供功率都不能满足区域用户负荷的需求。在这种状态下，外界大电网系统应向此区域架构供电，以满足其区域用户负荷需求。此时，大容量储能元件运行于充电状态，由外界电网向其供电。风力发电单元与光伏发电单元处于停运状态，被风力发电投切控制单元和光伏供电投切控制单元断开。电网工作于传统运行状态，同时向区域用户负载和大容量储能元件供电，换流器工作于整流器状态。大容量储能元件的运行状态、风力发电单元端口的电压和电流、光伏发电单元端口的电压和电流、区域用户负荷端电压和电流均作为待采集参数被数据记录、存储及交换单元经过有线传输方式，发送至协调控制单元，并控制大电网接入控制单元连接区域架构与外界电网。协调控制单元在采集到上述数据后，把采集的数据传送至电网控制中心，使得电网控制中心可以观测到此区域架构的具体运行状态。实施例四本实施例的区域架构中，光能充裕、风力充足，风能发电和光伏发电远大于区域用户负载的需求。在此情况下，协调控制单元控制大容量储能元件运行于放电状态，换流器工作于逆变器状态，以弥补风力发电单元和光伏发电单元的不稳定、不连续性，共同向区域用户负载提供220v恒定电源。与此同时，此区域架构向外界电网供电，外界电网运行于接收电能状态，大电网接入控制单元连接区域架构与电网。大容量储能元件的运行状态、风力发电单元端口的电压和电流、光伏发电单元端口的电压和电流、区域用户负荷端电压和电流均作为待采集参数被数据记录、存储及交换单元经过有线传输方式发送至协调控制单元。外界大电网系统与区域架构连接处，使用智能电表记录区域架构向外界大电网系统提供的多少电量，并记录相应电能质量，为以后的区域架构电能计价体系提供数据支持。通过以上方案可以看出，本发明的混合式可再生能源供电装置，通过风力发电单元、光伏发电单元对附近用户供电，当区域内天气状况适宜，风力发电单元、光伏发电单元生产的电量大于区域中用户需求时，其所生产的电能将直接供给区域内与之相连的有限用户终端并储存到大容量储能元件中；若由于天气原因使得所生产电能超过网络范围内用户所需电能及大容量储能元件的储能容量时，通过与外界大电网系统相连的线路向外界大电网系统供电，创造附加利润；当天气状况不适宜，即风力发电单元、光伏发电单元生产的电量小于区域中用户需求时，通过与外界大电网系统相连接，由外界大电网系统给区域内用户供电。本发明的供电装置一方面保证了区域内用户不因天气情况而受到影响，有效降低了由于发电场所处位置较为偏僻且与负荷距离较远所致的线路损耗和建设投资；另一方面，本发明的供电装置其地域适应性更强，能有效的分散大规模电网的运行风险，在应对紧急状况时反应更加灵活、更加快速，并且在发生电网事故时可以缩小影响范围，减小损失成本。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种混合式可再生能源供电装置，包括风力发电单元、光伏发电单元；其特征在于,还包括大容量储能元件、协调控制单元；所述风力发电单元、光伏发电单元以及大容量储能元件分别与所述协调控制单元相连接，所述协调控制单元还与外界大电网系统、区域用户负载相连接； 所述大容量储能元件用于储存电能； 所述协调控制单元用于当所述风力发电单元、光伏发电单元生产的电量大于区域中用户需求时，由所述风力发电单元或光伏发电单元向所述大容量储能元件充电，并且在所述大容量储能元件充电完成后电能仍有富余的情况下向所述外界大电网系统供电；以及当所述风力发电单元、光伏发电单元生产的电量小于区域中用户需求时，切除所述风力发电单元、光伏发电单元，由所述外界大电网系统向所述大容量储能元件充电和向所述区域用户负载供电。
2.根据权利要求I所述的混合式可再生能源供电装置，其特征在于，所述大容量储能 元件采用大容量储能锂离子电池。
3.根据权利要求I所述的混合式可再生能源供电装置，其特征在于，所述风力发电单元采用20kw小型风力发电机。
4.根据权利要求I所述的混合式可再生能源供电装置，其特征在于，还包括换流器，所述换流器连接在所述大容量储能元件与所述协调控制单元之间。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的混合式可再生能源供电装置，其特征在于，所述协调控制单元包括数据采集单元，所述数据采集单元用于通过传感器采集所述供电装置内各组件及线路上的相应数据以确定当前供电装置的运行状态。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的混合式可再生能源供电装置，其特征在于，所述协调控制单元包括大电网接入控制单元，用于在所述供电装置无法维持区域内的功率平衡的情况下，进行动作决定是否将所述供电装置与所述外界大电网系统相连。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的混合式可再生能源供电装置，其特征在于，所述协调控制单元包括供电质量调节及电池控制单元，用于通过对所述大容量储能元件的充放电进行控制以调节区域内的功率平衡。
8.根据权利要求1-4任意一项所述的混合式可再生能源供电装置，其特征在于，所述协调控制单元包括风力发电投切控制单元，用于在所述风力发电单元不能工作于额定工况时，将所述风力发电单元切除。
9.根据权利要求1-4任意一项所述的混合式可再生能源供电装置，其特征在于，所述协调控制单元包括光伏发电投切控制单元，用于在所述光伏发电单元不能工作于额定工况时，将所述光伏发电单元切除。
10.根据权利要求1-4任意一项所述的混合式可再生能源供电装置，其特征在于，所述协调控制单元包括数据记录、存储及交换单元，用于将区域内各时段、各组件的运行数据记录下来，并传输至所述外界大电网系统。
全文摘要
本发明提供一种混合式可再生能源供电装置，包括风力发电单元、光伏发电单元、大容量储能元件、协调控制单元；所述大容量储能元件用于储存电能；所述协调控制单元用于当所述风力发电单元、光伏发电单元生产的电量大于区域中用户需求时，由风力发电单元或光伏发电单元向所述大容量储能元件充电，并且在大容量储能元件充电完成后电能仍有富余的情况下向外界大电网系统供电；以及当所述风力发电单元、光伏发电单元生产的电量小于区域中用户需求时，切除所述风力发电单元、光伏发电单元，由外界大电网系统向所述大容量储能元件充电和向所述区域用户负载供电。本发明有效降低了由于发电场所处位置较为偏僻且与负荷距离较远所致的线路损耗和建设投资。
文档编号H02J3/46GK102931688SQ20121049187
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月27日 优先权日2012年11月27日
发明者林少华, 张维奇, 李普明, 周睿, 何祥针, 钟金, 梁亮 申请人:广东电网公司电力调度控制中心