一種混合新能源的離網發電系統及其控制方法
2024-01-23 00:22:15 1
專利名稱：一種混合新能源的離網發電系統及其控制方法
技術領域：
本發明涉及採用混合新能源的離網發電系統及其控制方法。
背景技術：
市電即我們所說的交流電(AC)，交流電的成分包含電壓、電流、頻率三種，其頻率可分為50HZ (赫茲)與60HZ (赫茲)兩種，電壓分布由100VA至M0VA。一般為220V (伏)。傳統能源是指在現階段科學技術水平條件下，人們已經廣泛使用、技術上比較成熟的能源，如煤炭、石油、天然氣、水能、木材等。傳統能源亦稱常規能源。傳統能源中的煤炭、石油和天然氣都是由遠古的生物化石演變而成，故統稱為化石燃料。新能源(new energy sources)是指傳統能源之外的各種能源形式。它的各種形式大都是直接或者間接地來自於太陽或地球內部深處所產生的熱能(潮汐能例外)。包括了太陽能、風能、生物質能、地熱能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出來的生物燃料和氫所產生的能量。即，新能源包括各種可再生能源和核能。相對於傳統能源，新能源普遍具有汙染少、儲量大的特點，對於解決當今世界嚴重的環境汙染問題和資源(特別是化石能源)枯竭問題具有重要意義。隨著新能源技術的不斷創新，越來越多的新能源與傳統能源的結合混合使用，以減少和替代傳統能源，特別是化石能源，是目前世界各國的發展趨勢。離網發電(off-grid power generation)是指採用區域獨立發電、分戶獨立發電的離網供電模式。離網發電的類型包括風力發電、光伏發電、風光互補、風光柴互補、水光互補、水風互補、光柴互補、柴油發電、天然氣發電、微水電等。離網發電的應用範圍和用途，包括邊遠無電地區居民生活用電照明、電視、洗衣機等生活用電；光伏水泵、無電地區的深水井飲用、灌溉；交通燈領域航標燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標誌燈、路燈；與汽車配套太陽能汽車/電動車、電池充電設備、汽車空調、換氣扇、冰箱等；航天儀器衛星、太空飛行器、空間太陽能電站等；通訊/通信領域太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播/通訊/尋呼電源系統；石油、海洋、氣象領域石油管道和水庫閘門陰極保護太陽能電源系統、石油鑽井平臺生活及應急電源、海洋檢測設備、氣象/水文觀測設備等；可攜式電器、海水淡化設備供電等。傳統的風力發電和太陽能發電在資源利用上有其自身的缺陷，有些地區日照時間短或風力不足，單獨使用風力發電或太陽能發電不能滿足供電的需要。但風能和太陽能的互補性很強，無風時可能會有太陽，無太陽時可能會有風，白天日照充足時可能風小，夜晚沒有日照時可能風大。風光互補供電系統正是利用這一原理強強聯合，優勢互補的。該系統彌補了風電和光電獨立系統的缺陷，它是合理的獨立電源系統，是新能源綜合開發和利用的完美結合。風光互補離網供電系統，解決了偏遠地區無法供電的難題，解決了傳統供電線損大成本高的難題。不但緩解了電力緊張局面，同時也實現了綠色能源、開發了再生能源，促進了循環經濟的發展。
目前在新能源和傳統能源的混合在離網發電的使用過程中，例如以風能、太陽能為例，以風能發電機和太陽能發電機組成的混合能源系統是通過風機、太陽能混合控制器的控制，向蓄電池蓄能，即將發電機發出的變頻、變壓的交流電整流成直流電，將該直流電向蓄電池蓄能，從而向負載定時提供交直流電源。在上述混合系統中，蓄電池的浮充、均充電壓和風機、太陽能和外部電源的浮充、均充電壓都相等。如圖1所示，風機、太陽能和外部電源的向蓄電池供電，蓄電池通過頻繁的充、放電滿足實際負載的需要，而鉛酸蓄電池完全充、放電的循環次數大約在400次，每日循環次數較高的系統，蓄電池的壽命很短。由於蓄電池的充放電特性，通常要求控制充電電流為蓄電池容量的5%-30%之間，也即0. 05C-0. 3C (C為蓄電池容量)，因此蓄電池容量不僅要滿足負載的要求，還要滿足風機、太陽能電池板功率的要求，因此在上述新能源和混合能源混合使用的應用範圍上，對負載是有一定的條件限制的，例如，對於選用的負載一般功率不可太大，功率過大的負載必將使用容量極大的蓄電池，因此目前實際選用的負載大約1千瓦左右或小於1千瓦。
發明內容
本發明通過設定離網發電系統中浮充、均充電壓點值，控制新能源被優先利用，並延長蓄電池的壽命。具體的技術方案是
一種混合新能源的離網發電系統，包括新能源乂132、乂3丨&1 (其中η 3 1);傳統能源 C1、C2、C3…Cn (其中η 3 1);蓄電池和負載；各新能源和傳統能源的控制器分別母線連接， 蓄電池和負載分別連接到母線。一種混合新能源的離網發電系統的控制方法，包括新能源XI、Χ2、乂3夂&1 (其中 η ^ 1);傳統能源C1、C2、C3…Cn (其中η嘗1);蓄電池和負載；其中蓄電池的浮充電壓點值是UA、均充電壓點值是UB，傳統能源C1、C2、C3…Cn (其中η 3 1)的浮充電壓點值是UAC1、 UAC2、UAC3…UACn (其中η ^ 1)；傳統能源C1、C2、C3…Cn (其中η糹1)的均充電壓點值是皿(1、皿〇2、皿〇3丨皿01 (其中η嘗1)；新能源Χ1、Χ2、Χ3…Xn (其中η嘗1)的浮充電壓點值是說父1、說父2、說父3...說父11 (其中η ^ 1)；新能源Χ1、Χ2、Χ3…Xn (其中η嘗1)的均充電壓點值是UBX1、UBX2、UBX3…UBXn (其中η ^ 1)；
其中，UAXl > UAX2 > UAX3 > ... > UAXn > UACl > UAC2 > UAC3 > ... > UACn 糹 UA (其中 η 糹 D5UBXl > UBX2 > UBX3 > …> UBXn > UBCl > UBC2 > UBC3 > …> UBCn 糹 UB(其中η 3 1)。上述各類形式能源的控制系統的電壓值依據所需優先等級設定，最優先等級設定的電壓最高。上述新能源是太陽能、風能、生物質能、地熱能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出來的生物燃料和氫所產生的能量的一種或多種。上述傳統能源是如煤炭、石油、天然氣、木材的一種或多種。本發明的有益效果
本發明通過設定離網發電系統中浮充、均充電壓點值，控制新能源被優先利用。採用本發明的混合新能源的離網發電系統及其控制方法，可以使新能源優先向負載供電，並延長蓄電池的壽命。
圖1現有混合新能源的離網發電系統。圖2本發明混合新能源的離網發電系統。
具體實施例方式實施例1
如圖1為傳統的風、光、市電互補路燈的現有混合新能源的離網發電系統。路燈為50 瓦LED燈頭，最長日開燈時間12小時，蓄電池為2組12伏100安時鉛酸蓄電池，浮充電壓 26伏、均充電壓觀伏，負載每日用電量(50/24) *12=25安時，由於蓄電池效率一般在75%左右，而且蓄電池不可完全放電，因此蓄電池一次完全充、放電的周期大約為2. 5天。實施例2
以風能、太陽能、傳統能源(市電)為例，如圖2本發明的混合新能源的離網發電系統。 混合新能源的離網發電系統中風能通過獨立的控制器將發電機輸出的變頻、變壓變功率的交流電轉變成直流電連接到系統母線；太陽能通過獨立的控制器連接到系統母線；傳統能源(市電或柴油發電機)通過充電機連接到系統母線，蓄電池和負載分別連接到母線。混合新能源的離網發電系統的控制方法中，優先等級設定依次為風能、太陽能、市電(也可根據需要任意的設定新能源的使用等級)。設定蓄電池浮充電壓是UA伏特、均充電壓是UB伏特，設定市電充電機的浮充、均充電壓分別為UAC伏特和UBC伏特，其中UAC=UA; UBC=UB ；同時設定太陽能的浮充、均充電壓分別為UAXl=UA+ (0. Γ0. 3)伏特和UBXl=UB+ (0. Γθ. 3)伏特；設定風能的浮充、均充電壓分別為 UAX2=UA+ (0.4、. 5)伏特和 UBX2=UB+ (0.4 0. 5)伏特。該系統有額定功率3千瓦的風機、額定功率10千瓦太陽能電池、7千瓦的市電充電機、48伏1000安時蓄電池互補組成，最大負載約7千瓦，該系統市電充電機浮充電壓M伏、 均充電壓56伏；太陽能浮充、均充電壓54. 2伏和56. 2伏；風機浮充、均充電壓分別為54. 5 伏和56. 5伏。由於風能輸出電壓高於太陽能輸出電壓也高於外部充電機輸出電壓，系統負載將優先使用風能，當風能不能滿足系統負載要求後再繼續使用太陽能，只有當風能、太陽能都不能滿足負載要求時，市電充電機再向負載供電，在該系統中只有當風能、太陽能和外部充電機都不能滿足負載需要時才由蓄電池向負載供電，因此在該系統中蓄電池作為備用電源，蓄電池的選用無需考慮長期為負載供電而選用大容量蓄電池，同時也大大擴大的選用負載的範圍，負載的功率可增大到幾千瓦甚至幾十千瓦。實施例2太陽能與風能發電量具體數值如下表(單位千瓦)
權利要求
1.一種混合新能源的離網發電系統，包括新能源乂132、乂3丨)(11 (其中η 3 1);傳統能源C1、C2、C3…Cn (其中η 3 1)；蓄電池和負載；其特徵是，各新能源和傳統能源的控制器分別母線連接，蓄電池和負載分別連接到母線。
2.一種混合新能源的離網發電系統的控制方法，包括新能源XI、乂2、乂3丨&1 (其中 η ^ 1)；傳統能源C1、C2、C3…Cn (其中η會1)；蓄電池和負載；各新能源和傳統能源的控制器分別母線連接，蓄電池和負載分別連接到母線；其中，蓄電池的浮充電壓點值是UA、均充電壓點值是UB，傳統能源Cl、C2、C3…Cn (其中η ^ 1)的浮充電壓點值是UACl、UAC2、 UAC3…UACn(其中η ^ 1);傳統能源C1、C2、C3…Cn(其中η ^ 1)的均充電壓點值是UBCl、 UBC2、UBC3…UBCn (其中η ^ 1)；新能源Χ1、Χ2、Χ3…Xn (其中η糹1)的浮充電壓點值是 UAX1、UAX2、UAX3…UAXn (其中η ^ 1)；新能源XI、Χ2、Χ3…)(η (其中η ^ 1)的均充電壓點值是 UBXl、UBX2、UBX3... UBXn (其中 η 糹 1)；其特徵在於，UAXl > UAX2 > UAX3 > …> UAXn > UACl > UAC2 > UAC3 > ... > UACn 糹 UA (其中 η 糹 1) ；UBXl > UBX2 > UBX3 > … > UBXn > UBCl > UBC2 > UBC3 > ... > UBCn ^ UB (其中 η 嘗 1)。
3.根據權利要求2所述的混合新能源的離網發電系統的控制方法，其特徵在於所述各類形式能源的控制系統的電壓值依據所需優先等級設定，最優先等級設定的電壓最高。
4.根據權利要求1所述的混合新能源的離網發電系統，其特徵在於，所述新能源是太陽能、風能、生物質能、地熱能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出來的生物燃料和氫所產生的能量的一種或多種。
5.根據權利要求1所述的混合新能源的離網發電系統，其特徵在於，所述傳統能源是如煤炭、石油、天然氣、木材的一種或多種。
6.根據權利要求2所述的混合新能源的離網發電系統的控制方法，其特徵在於，所述新能源是太陽能、風能、生物質能、地熱能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出來的生物燃料和氫所產生的能量的一種或多種。
7.根據權利要求2所述的混合新能源的離網發電系統的控制方法，其特徵在於，所述傳統能源是如煤炭、石油、天然氣、木材的一種或多種。
全文摘要
本發明涉及採用混合新能源的離網發電系統及其控制方法。包括新能源；傳統能源；蓄電池和負載；上述各類形式能源的控制系統的電壓值依據所需優先等級設定，最優先等級設定的電壓最高。本發明通過設定離網發電系統中浮充、均充電壓點值，控制新能源被優先利用。採用本發明的混合新能源的離網發電系統及其控制方法，可以使新能源優先向負載供電，並延長蓄電池的壽命。
文檔編號H02J7/00GK102386636SQ20101026785
公開日2012年3月21日 申請日期2010年8月31日 優先權日2010年8月31日
發明者嚴強, 張志連, 石磊, 胡京海 申請人:嚴強