一种多能源形式的海岛一体化微电网系统的制作方法

本发明属于海岛供电技术领域，特别涉及一种多能源形式的海岛一体化微电网系统。

背景技术：

随着国民经济的发展，电力需求迅速增长，电力部门大多把投资集中在火电、水电以及核电等大型集中电源和超高压远距离输电网的建设上。但是，随着电网规模的不断扩大，超大规模电力系统的弊端也日益凸现，成本高，运行难度大，常规电网本身的局限性，常规发电和常规能源已经不满足社会的需要。我们需要一种即节能又环保新能源发电。风能发电、光伏发电以及储能等，他们中的大部分都是利用清洁的可再生能源。具有污染少、可靠性高、能源利用效率高、安装地点灵活等多方面优点，它能有效地解决大型集中电网的诸多潜在问题。

中国海岛众多，海岛由于其特殊的地理环境，缺少石油、煤炭等一次能源的支撑，但新能源储量丰富。许多海岛与陆地分离，大电网无法对海岛电网进行调度管理，海岛上的电力系统以孤岛运行为主，所以海岛的发电、供电和稳定控制成了待解决的问题。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种多能源形式的海岛一体化微电网系统，根据海岛的实际资源环境等因素，多种发电机组有机结合，能够提高能源利用率，加大发电体系中可再生能源比重，节省投资，保护环境，解决海岛等偏远地区的供电问题。

本发明采用的技术方案是：一种多能源形式的海岛一体化微电网系统，包括光伏发电系统、风力发电系统、蓄电池系统、镁海水电池及能源监控系统，通过能源监控系统分别控制光伏发电系统、风力发电系统、蓄电池系统、镁海水电池工作进行发电；所述光伏发电系统包括光伏电池阵列、光源跟踪装置和相应的dc/dc、dc/ac变流模块；所述风力发电系统包括风机、ac/dc、dc/ac变流模块；所述储能系统包括蓄电池组、双向ac/dc及充放电记录器；所述镁海水电池为一种新型无污染燃料电池，采用dc/dc模块，为通讯系统供电，实时传送当地气象信息及微电网系统信息，所述能源监控系统进行周期性的数据采集计算以及控制命令的转发工作，按照设定的采样周期给电能质量测量模块发送采样命令，通过串口接收采样得到的数据，计算得到各模块电能质量信息。

进一步优化，本系统还包括通过能源监控系统控制的柴油发电机组，所述柴油发电机组采用双闭环控制模式，进行电压电流及用电量实时采集及显示，所述柴油发电机组为备用电源，在光伏发电系统、风力发电系统及蓄电池系统储电量不足时，启动柴油发电机组为系统提供电能。

进一步优化，光伏发电系统采用双mppt控制模式实现最大功率点捕捉，通过采用扰动观察法(p&o)和恒定电压法(cvt)相辅相成作用下的双mppt方式进行最大功率跟踪。本发明的双mppt控制模式控制策略是：发挥cvt启动特性好的优点来弥补p&o启动时间长的缺点，发挥p&o跟踪精准度高的优点来弥补cvt近似跟踪的缺点。

进一步优化，风力发电系统采用三相交流的永磁直驱低速同步发电机，风力机的风轮与发电机直接相连，省去加速齿轮箱，使得体积变小、结构更简单轻便，采用pi调节器改变控制信号占空比调节风力发电机的输出功率，使其输出功率与负载功率相匹配。

进一步优化，储能系统采用放电实验法，放电实验法是电池对负载电阻进行连续的放电，在这一过程中，先设置采样时间，对电池的电压和电流进行采样，通过将电流和电压相乘，再乘相应的采样时间，并对每次采样的得到的电量进行叠加，得到充电电量，直至电池充满电为止。

进一步优化，柴油发电机组的控制系统由原动机控制和电力电子换流器控制两部分组成，原动机控制主要根据低转速控制、温度控制和加速控制环节的输出信号对燃料系统的输入进行调节，在电力电子控制方式中，采用电压源型双pwm换流器进行整流和逆变，并通过换流器间协调控制实现柴油发电机的功率输出或频率调节功能。

进一步优化，由于柴油发电机组并网运行时系统产生的谐波较小，所以柴油发电机组的控制系统还包括频率调节系统，该系统通过改变速度调节系统的转速参考值，从而间接调整流入燃料系统的燃料量，达到控制输出有功功率的目的，同步发电机的机端电压或无功输出通过励磁系统进行调节，有助于微网安全、可靠、经济地运行。

本发明的有益效果是：

1.本发明通过采用多能源形式，实现海岛资源利用最大化，并采用清洁能源，降低了环境污染，为海岛供电提供一种稳定供电模式。

2.可靠性高、能源利用效率高、安装地点灵活。

3.基于可再生新多能源形式的微网发电技术能够有效的提高能源利用率，加大发电体系中可再生能源比重，节省投资，解决海岛等偏远地区的供电问题，提高电力系统的稳定性与灵活性。

附图说明

图1为本发明的系统拓扑结构；

图2为本发明光伏发电最大功率控制原理图；

图3为本发明柴油发电机组控制原理图；

图4为本发明柴油发电机组连续运行电压变化情况；

图5为本发明能源监控系统框架原理图。

具体实施方式

本发明是一种多能源形式的海岛一体化微电网系统，下面结合图1-图5对本发明技术作进一步具体的阐述说明。

如图1所示，本发明的系统拓扑结构，一种多能源形式的海岛一体化微电网系统包块光伏发电系统、风力发电系统、蓄电池系统、柴油发电机组、镁海水电池这五种能源形式。通过能源监控系统分别控制光伏发电系统、风力发电系统、蓄电池系统、镁海水电池工作进行发电，充分开发利用海岛资源，并开发使用海洋资源，提供了一种清洁无污染的燃料电池。

如图2所示为光伏发电最大功率控制原理图，采用模糊pi算法，扰动观察法(p&o)和恒定电压法(cvt)相结合的双mppt(dualmaximumpowerpointtracking)控制方法应用于光伏发电系统。采用扰动观察法(p&o)和恒定电压法(cvt)相辅相成作用下的双mppt方式进行最大功率跟踪。利用upv和ipv预测p(n)和u(n)；然后通过e(n)和er(n)预测△y。该mppt控制策略中包含前阶p&o的分析处理和后阶cvt的处理输出此双层控制策略，即双mppt控制，发挥cvt启动特性好的优点来弥补p&o启动时间长的缺点，发挥p&o跟踪精准度高的优点来弥补cvt近似跟踪的缺点。

如图3所示为柴油发电机组控制原理图，本发明的柴油发电机组的柴油发动机及发电机选型经过功率匹配设计，并设计静音机箱，有利于机组降噪；除柴油发动机和发电机外，机箱内部还设置本地控制箱、排气消声器、油箱、注油泵、蓄电池、进气空滤、进回油管路、电缆等零部件。在柴油发动机和发电机的底部安装4个无谐振峰减震器，通过减震器安装在机组底盘上，目的是满足机载环境要求，起到隔振作用。在进排风系统上采用穿孔板、导风槽及消声挡板组合，目的是有利于机组的冷却、通风及噪声的有效控制。

发电机的调压原理为：保持转速不变，通过调节磁极磁通量，也即改变励磁电流，来改变发电机的输出电压。控制主机在接收到发电信号和发电机输出电压、电流信号后，通过控制算法，输出pwm控制脉冲给励磁电源变换器，励磁电源变换器根据主机提供的pwm信号，调制输出不同的励磁电流，从而改变了发电机的输出电压。

发动机的转速：信号由非接触式电涡流位移传感器反馈给控制主机，控制主机迅速发出调速信号，执行器将此调速信号转化成与之成比例的机械扭矩，该扭矩作用到拉杆上，与发动机油门回位弹簧一起实现油门的位置精确控制。以此来调节喷油泵的喷油量，从而稳定发动机转速在设定转速。同时油门的旋转角通过执行器内嵌传感器反馈到控制主机，形成转速和油门位置的双闭环，使转速更加精准、稳定。

如图4所示，柴油发电机组连续运行电压变化情况，将柴油发电机组在现场条件下运行，考察机组性能。机组空载运行11个小时后满载运行一个小时，测量机组的稳定电压变化率、电压及功率跟踪情况。启动并调整机组在额定功率因数、额定电压和额定频率下，机组连续运行11h后，紧接着满载运行1h。所得结果符合柴油发电机组性能稳定，可作为微电网后备电源。

如图5所示，能源监控系统框架原理图，能源管理系统核心为工业计算机，与各子系统采用485总线连接，通讯协议采用modbus协议，实现对各子系统的集中管理与控制。系统软件可选择美国ni产品，实现对风机转速、光伏电池电压、发电量、电池电压、充放电电流、电池温度、电池荷电状态等参数的显示与存储，并可实现对故障的预警及存储。进行周期性的数据采集计算以及控制命令的转发工作，按照一定的采样周期给电能质量测量模块发送采样命令，通过串口接收采样得到的数据，计算得到各模块电能质量信息。智能监控终端具备故障紧急通信功能，一旦接收到发电设备的故障，比如掉电等信息，立即将故障信息发送至监控计算机并采取相应的措施。