一种基于生物质能和太阳能的耦合发电系统及控制方法与流程

本发明适用于生物质电厂发电系统，具体为一种基于生物质能和太阳能的耦合发电系统及控制方法。

背景技术

目前国内生物质能发电的主要形式为直接燃烧发电，生物质直燃电站因生物质燃料干燥需要，会设置若干个干料棚，用于进一步降低入炉生物质燃料的水分，保证锅炉燃烧的经济性。

以某装机容量为30mw的生物质直燃电站为例，为保证入炉燃料稳定充足，布置有9万平方米以上的生物质料场，并设有4个生物质燃料干料棚，其中两个大型生物质干料棚覆盖面积在1万平方米以上，如能利用干料棚顶部建设光伏项目，可有效回收太阳能用于发电，且光伏发电的上网电价较高，产生的经济性更佳，而生物质发电和光伏发电的有机结合，可以进一步提高能源的综合性和效益性。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于生物质能和太阳能的耦合发电系统及控制方法。

这种基于生物质能和太阳能的耦合发电系统，包括生物质发电机组、分布式光伏发电机组、10kv厂用电系统、厂区变、380v厂用电系统和接入系统；生物质发电机组一端连接接入系统,另一端连接10kv厂用电系统和380v厂用电系统,10kv厂用电系统通过厂区变连接380v厂用电系统；分布式光伏发电机组通过380v厂用电系统和10kv厂用电系统与生物质发电机组相连，分布式光伏发电机组并接入380v厂用电系统。

作为优选：生物质发电机组、分布式光伏发电机组、10kv厂用电系统、厂区变、380v厂用电系统均采用对称布置并对称连接。

作为优选：所述生物质发电机组为生物质循环流化床直燃发电机组。

作为优选：所述分布式光伏发电机组采用低压并网方式，并入380v厂用电系统。

作为优选：所述380v厂用电系统分ⅰ段厂区母线和ⅱ段厂区母线。

作为优选：所述分布式光伏发电机组由太阳能组件、光伏汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜、计量装置和并网保护系统组件组成。

这种基于生物质能和太阳能的耦合发电系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、太阳辐射能通过分布式光伏发电机组的太阳能组件转换为直流电能，经光伏汇流箱一级汇流接入直流配电柜进行二级汇流后接入并网逆变器，经交流配电柜接入380v厂用电系统；生物质发电机组正常运行时，通过10kv厂用电系统和380v厂用电系统满足全部辅机的正常用电，剩余电量由接入系统送入电网，此时，光照充足情况下，分布式光伏发电机组正常发电，并将发出的电输入380v厂用电系统；

步骤二、生物质发电机组正常运行时，厂用电需用量大，分布式光伏发电机组的发电量进入380v厂用电系统后，不再有剩余电量上网，有且仅当生物质发电机组停止运行且接入系统正常工作情况下，厂用电需用量小，分布式光伏发电机组接入380v厂用电系统，经厂区变接入10kv厂用电系统后，有剩余电量进入接入系统输向电网，光伏发电量可替代部分生物质发电量，提高生物质发电机组的上网电量；

步骤三、分布式光伏发电机组随每时每刻光照强度情况自动并网或自动解列；根据转换效率公式如下所示：

η：转换效率

pmax：组件输出最大功率，单位：w

s：组件面积，单位：㎡

g：pmax对应测试条件下的辐照度，单位：w/㎡

根据公式所得光伏太阳能组件的辐照度与组件输出最大功率成正比，380v厂用电系统正常运行时，当分布式光伏发电机组的太阳能组件串能量充足时，通过效率转换，逆变器输入直流电压大于启动电压值时，逆变器启动运行，分布式光伏发电机组接入380v厂用电系统；当分布式光伏发电机组的太阳能组件串能量不充足时，逆变器输出交流侧功率小于停止功率值时，分布式光伏发电机组与380v厂用电系统断开。

在光照充足时，分布式光伏发电机组发出的电输入380v厂用电系统；光照不充足时，则分布式光伏发电机组不发电。

作为优选：所述步骤二中，当380v厂用电系统发生故障或停电时，分布式光伏发电机组自动解列不发电；当380v厂用电系统电压恢复后，分布式光伏发电机组将自动采集并追踪交流侧的电压、频率及相位，经自身调整达到同期条件后自动并网发电。

作为优选：所述步骤二中，在接入系统停电时，分布式光伏发电机组自动解列不发电。

本发明的有益效果是:

1、本发明通过分布式光伏发电和生物质发电的耦合，有效减少了生物质发电的自用电量，进一步提高了生物质发电机组的发电量。

2、分布式光伏发电机组对于光照强度变化的适应能力强，通过逆变器可以自动调节发电并网及解列状态，确保最大限度利用太阳能发电。

3、本发明应用于生物质直燃电站，生物质干料棚顶部空间得到最大化利用，且位置较高，灰尘等影响较小。

4、利用分布式光伏发电全电量补贴的政策优势，通过光伏发电对生物质发电的等量替换，间接性地提高了替换电量的发电价格。

附图说明

图1为本发明的结构原理图。

附图标记说明：生物质发电机组1、分布式光伏发电机组2、10kv厂用电系统3、厂区变4、380v厂用电系统5、接入系统6。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

所述的基于生物质能和太阳能的耦合发电系统包括：生物质发电机组1、分布式光伏发电机组2、10kv厂用电系统3、厂区变4、380v厂用电系统5和接入系统6。

所述生物质发电机组1发电量通过10kv厂用电系统3和380v厂用电系统5自用后，剩余电量由接入系统6送入电网；分布式光伏发电机组2通过380v厂用电系统5和10kv厂用电系统3与生物质发电机组1相连。

所述分布式光伏发电机组2采用380v低压并网方式，太阳能电池将日光转换成直流电，通过逆变器换成交流电，之后并入380v厂用电系统5，剩余电量通过厂区变4后送到10kv厂用电系统3，若仍有剩余电量通过接入系统6进入电网。当光照充足时，发出的电输入380v厂用电系统5；光照不充足时不发电。当380v厂用电系统5发生故障或停电时，分布式光伏发电机组2自动解列不发电；当380v厂用电系统5电压恢复后，分布式光伏发电机组2将自动采集并追踪交流侧的电压、频率及相位，经自身调整达到同期条件后自动并网发电。在接入系统6停电时，分布式光伏发电机组2自动解列不发电。

本发明通常应用于生物质直燃电站。本发明实施前，需要了解电站所处区域的光照强度和光照时间、生物质干料棚的面积和顶棚材质的强度、分布式光伏发电机组2的并网接入点和接入的厂用电系统接口等情况，并根据了解的数据选择合适的分布式光伏发电机组规模和电气接入点。

所述的基于生物质能和太阳能的耦合发电系统的方法，具体步骤如下：

步骤一、生物质发电机组1正常运行时，通过10kv厂用电系统3和380v厂用电系统5满足全部辅机的正常用电，此时，光照充足情况下，分布式光伏发电机组2正常发电，并将发出的电输入380v厂用电系统5，光伏发电量可替代部分生物质发电量，提高生物质发电机组1的上网电量。

步骤二、生物质发电机组1正常运行时，分布式光伏发电机组2的发电量进入380v厂用电系统5后，不再有剩余电量上网，有且仅当生物质发电机组1停止运行且接入系统6正常工作情况下，分布式光伏发电机组2的发电量进入380v厂用电系统5和10kv厂用电系统3后，有剩余电量进入接入系统6输向电网。

步骤三、分布式光伏发电机组2随每时每刻光照强度情况自动并网或自动解列，两覆盖面积为1万平方米以上的干料棚可装机1.44mw容量的分布式光伏发电机组，年发电量可达140万kwh以上。

以下结合应用实例对该系统的具体应用加以说明：以某装机容量为30mw的生物质直燃电站为例，布置有9万平方米以上的生物质料场，并设有4个生物质燃料干料棚，其中两个大型生物质干料棚覆盖面积在1万平方米以上。经调研，该电站所在区域年光照利用时间在1000h左右，太阳能资源相当可观，经核算，在覆盖面积为1万平米以上的干料棚顶部加固处理后，布置1.44mw容量的分布式光伏发电机组，并接入380v厂用电系统，相比较原单一的生物质发电系统，采用本技术方案后，通过分布式光伏发电量替换部分生物质发电量，提高生物质发电量的同时，也间接性抬高了该部分替换电量的发电价格，按照年利用1000h测算，光伏发电量为144万kwh/年，该部分光伏电量的发电价格实际为1.28元/kwh，相比较0.75元/kwh的生物质发电价格，可增加经济效益76万元/年。