專利名稱：一種風水互補發(fā)電系統及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明屬于新能源的應用技術領域，特別涉及一種風水互補發(fā)電系統及其控制方法。
背景技術：
風能是一種清潔可再生資源。我國的風能資源量很大，其中可利用的開發(fā)量大約占總資源的四分之一。針對風能發(fā)電受當地環(huán)境變化的影響，發(fā)電極不穩(wěn)定情況，人們將一種新的儲能方式引入——抽水蓄能。所謂的抽水蓄能是指當電能系統中有多余的電能時， 通過水泵將下游的水抽取到上游，從而將系統中多余的電能轉化為水的勢能存儲起來；而當電能系統出現電力缺口時，為保持電網輸電的穩(wěn)定性，能及時啟動水輪發(fā)電機將已經存儲起來的水的勢能轉化為電能回饋給電能系統。這樣就克服了以往的后備電源造價高，運營成本高，污染嚴重等缺點，充分利用了自然資源。在提出了利用抽水蓄能提高發(fā)電效率的理念后，如何讓這種方法更為方便的被用戶使用成為了一個難題。本發(fā)明對應用在變壓器經濟運行領域的三維區(qū)圖法做了適當的改進，針對抽水蓄能的特點以及三維區(qū)圖法可調整型，將一種三維區(qū)圖投影法應用到抽水蓄能的控制過程中，這樣大大減少了普通算法對水輪機和水泵投切過程中計算的計算量，同時使用戶更直觀的了解系統運行狀況，以便在合適的時間對水輪機和水泵進行投切。目前風光互補的發(fā)電技術相對成熟，但是風水互補的發(fā)電技術及系統仍處于起步階段，對抽水蓄能部分的控制不夠完善，并且價格極其昂貴，轉換效率較低，可靠性不高。

發(fā)明內容
針對現有技術存在的不足，本發(fā)明提出了一種風水互補發(fā)電系統及其控制方法， 以達到簡便、直觀地對水泵水輪機投切進行控制的目的。本發(fā)明技術方案是這樣實現的一種風水互補發(fā)電系統，包括風力發(fā)電單元、控制與檢測單元、抽水蓄能單元及負載單元，此外，控制與檢測單元中還包括限幅電路，互感器輸出的電壓信號經過限幅電路穩(wěn)壓后輸出給采樣單元；所述的限幅電路由滑動變阻器組成；所述的限幅電路，將互感器輸出的電壓穩(wěn)定在120V ；采用風水互補發(fā)電系統進行控制的控制方法，包括以下步驟步驟1 實時采集風力發(fā)電單元、水輪發(fā)電機、交流配電柜的電壓、電流值和交流負載的電壓、電流值；步驟2 單片機對步驟1采集到的數據進行處理，計算出水泵、水輪發(fā)電機、交流配電柜三相相電壓和三相線電流瞬時值、三相相電壓有效值、有功功率和視在功率；并計算出蓄電池組的電壓、電流和功率瞬時值；計算交流負載的功率值；步驟3 將步驟2計算的數據存入存儲器，同時存儲器中還存儲一定時間段內水泵、水輪發(fā)電機、交流配電柜各相電壓、電流瞬時值及蓄電池組的瞬時功率值；CN 102496958 A
說明書
2/8頁步驟4:采用三維區(qū)圖的方法，實現單片機對水輪機、水泵和蓄電池的投切控制， 方法為步驟4-1 在單片機中構建三維坐標，方法為以風機發(fā)電單元采集到的電壓作為橫坐標U，以風機發(fā)電單元采集到的電流作為縱坐標I軸，以配電線柜的有功功率作為P 軸；步驟4-2 在P軸上確定交流負載的功率值Σ PlMd和蓄電池組的功率瞬時值PE兩點的位置，所述兩點將P軸劃分為3段，過P軸上的Σ Pload點和Pe點形成2個平面，即第一平面和第二平面，分別與U-I平面平行；在U軸上確定電壓極限值取電壓下限值為隊，電壓上限值為Uh,分別過Ul點和Uh點做P-I軸的平行平面；在I軸上確定電流極限值取電流下限值為l·電流上限值為Ih ；分別過込點和Ih點做P-I軸的平行平面，形成三維區(qū)圖；步驟4-3:交流配電柜的有功功率即風力發(fā)電單元產生的總功率Σ Pwind，判斷 Σ Pwind值在P軸上的位置，若Σ pWind點在第一平面以上，則執(zhí)行步驟4-4，若Σ Pwind點在第一平面與第二平面之間，則執(zhí)行步驟4-5，若Σ Pwind點在第二平面以下，則執(zhí)行步驟4-6 ；步驟4-4: Σ Pwind點以α 角度向U-I平面投影，所述的α 角為銳角，執(zhí)行步驟 4-7 ； 4-8 ； 4-9 ；

時值，J
步驟4-5 Σ Pwind點以α 2角度向U-I平面投影，所述的α 2角為90°，執(zhí)行步驟步驟4-6 =Epwind點以α 3角度向U-I平面投影，所述的α3角為鈍角，執(zhí)行步驟
步驟4-7 步驟4-8 步驟4-9
啟動水泵，關閉蓄電池充電電路開關，執(zhí)行步驟1 ； 啟動水輪機，關閉蓄電池充電電路開關，執(zhí)行步驟1 ； 啟動水輪機，開啟蓄電池充電電路開關，執(zhí)行步驟1 ； 步驟3所述的計算出水泵、水輪發(fā)電機、交流配電柜三相相電壓和三相線電流瞬 相相電壓有效值，有功功率和視在功率，采用三相瞬時功率理論，方法為 通過互感器和采樣單元采樣到三相相電壓和三相線電流分別為ua、ub, u。、ia、ib、
ic，經過a、b、c三相到α-β兩相的變換后，得到ua、ue和ia、i(
式中
權利要求
1.一種風水互補發(fā)電系統，包括風力發(fā)電單元、控制與檢測單元、抽水蓄能單元及負載單元，其特征在于控制與檢測單元中還包括限幅電路，用于對輸入的電壓信號進行穩(wěn)壓。
2.根據權利要求1所述的一種風水互補發(fā)電系統，其特征在于所述的限幅電路由滑動變阻器組成。
3.根據權利要求1所述的一種風水互補發(fā)電系統，其特征在于所述的限幅電路，將輸入的電壓穩(wěn)定在120V。
4.采用權利要求所述的風水互補發(fā)電系統進行控制的控制方法，其特征在于包括以下步驟步驟1 實時采集風力發(fā)電單元、水輪發(fā)電機、交流配電柜的電壓、電流值和交流負載的電壓、電流值；步驟2 單片機對步驟1采集到的數據進行處理，計算出水泵、水輪發(fā)電機、交流配電柜三相相電壓和三相線電流瞬時值、三相相電壓有效值、有功功率和視在功率；并計算出蓄電池組的電壓、電流和功率瞬時值；計算交流負載的功率值；步驟3 將步驟2計算的數據存入存儲器，同時存儲器中還存儲一定時間段內水泵、水輪發(fā)電機、交流配電柜各相電壓、電流瞬時值及蓄電池組的瞬時功率值；步驟4 采用三維區(qū)圖的方法，實現單片機對水輪機、水泵和蓄電池的投切控制，方法為步驟4-1 在單片機中構建三維坐標，方法為以風機發(fā)電單元采集到的電壓作為橫坐標U,以風機發(fā)電單元采集到的電流作為縱坐標I軸，以配電線柜的有功功率作為P軸；步驟4-2 在P軸上確定交流負載的功率值Σ PlMd和蓄電池組的功率瞬時值Pe兩點的位置，所述兩點將P軸劃分為3段，過P軸上的Σ Pload點和Pe點形成2個平面，即第一平面和第二平面，分別與U-I平面平行；在U軸上確定電壓極限值取電壓下限值為Ul,電壓上限值為Uh,分別過Ul點和Uh點做P-I軸的平行平面；在I軸上確定電流極限值取電流下限值為l·電流上限值為Ih ；分別過込點和Ih點做P-I軸的平行平面，形成三維區(qū)圖；步驟4-3 交流配電柜的有功功率即風力發(fā)電單元產生的總功率Σ Pwind，判斷Σ ？^-值在P軸上的位置，若Σ pWind點在第一平面以上，則執(zhí)行步驟4-4，若Σ PwindA在第一平面與第二平面之間，則執(zhí)行步驟4-5，若Σ Pwind點在第二平面以下，則執(zhí)行步驟4-6 ；步驟4-4 =Epwind點以α 角度向U-I平面投影，所述的α 角為銳角，執(zhí)行步驟4-7; 步驟4-5 Σ Pwind點以α 2角度向U-I平面投影，所述的α2角為90°，執(zhí)行步驟4_8; 步驟4-6 Σ Pwind點以α 3角度向U-I平面投影，所述的α 3角為鈍角，執(zhí)行步驟4-9 ； 步驟4-7 啟動水泵，關閉蓄電池充電電路開關，執(zhí)行步驟1 ； 步驟4-8 啟動水輪機，關閉蓄電池充電電路開關，執(zhí)行步驟1 ； 步驟4-9 啟動水輪機，開啟蓄電池充電電路開關，執(zhí)行步驟1。
全文摘要
一種風水互補發(fā)電系統及其控制方法，屬于新能源的應用技術領域，在現有的控制與檢測模塊中，增加了限幅電路；本發(fā)明采用三維區(qū)圖的方法，實現單片機對水輪機、水泵和蓄電池的投切控制，本發(fā)明利用限幅電路將風機發(fā)電的電壓值穩(wěn)定在120V，克服了電壓不穩(wěn)的缺點；利用三維區(qū)圖投影法對水輪機和水泵的投切進行控制，面向用戶的操作界面更簡潔更直觀，使用戶能做出明確的判斷，通過投影形狀判斷各斷路器及開關的投切，使其控制性能穩(wěn)定，方便觀察和操作。
文檔編號F03B13/00GK102496958SQ20111040447
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權日2011年12月8日
發(fā)明者劉振偉, 劉鑫蕊, 孫秋野, 張化光, 楊珺, 王連智, 羅艷紅, 馬大中, 黃佑鐘 申請人:東北大學