本發(fā)明涉及電力領域，特別涉及一種綜合發(fā)電系統(tǒng)，還涉及一種綜合發(fā)電系統(tǒng)的控制方法。

背景技術：

由于工業(yè)的發(fā)展，人類賴以生存的自然環(huán)境遭到了極大的破壞，由此引發(fā)了許多不良的后果。目前環(huán)境保護已越發(fā)成為全世界關注的焦點，而解決能源污染問題是其中的關鍵。

目前，海島電力用戶主要以柴油發(fā)電為主，首先柴油發(fā)電對會對環(huán)境產(chǎn)生極大的污染，其次輪船等運輸工具對海島不定期提供柴油也會產(chǎn)生較大費用。

近幾十年來清潔能源產(chǎn)業(yè)應勢而生，其中以風能、光伏能源為主要代表。由于風光發(fā)電的實效性受天氣影響較大，以及儲能設備本身的容量限制等問題，對海島電力用戶的生活質量產(chǎn)生一定影響。

如何將風能、光伏能源以及柴油發(fā)電有效結合，為海島用戶提供穩(wěn)定、清潔能源，是目前亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種風光柴綜合發(fā)電系統(tǒng)及控制方法，解決了目前海島或者偏遠地區(qū)電力用戶柴油發(fā)電機供電費用大、新能源供電不穩(wěn)定的問題。

本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的：

一種風光柴綜合發(fā)電系統(tǒng)，包括：一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)兩部分；其中，一次系統(tǒng)包含風力發(fā)電機組、太陽能發(fā)電機組、整流模塊、匯流模塊、直流降壓穩(wěn)壓模塊、蓄電池、柴油機發(fā)電機組、逆變輸出模塊；

二次系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，其中監(jiān)控系統(tǒng)包括就地監(jiān)控和遠程監(jiān)控；

風力發(fā)電機組經(jīng)過整流模塊變?yōu)橹绷麟?，太陽能發(fā)電機組直接輸出直流電，風力發(fā)電機組與太陽能發(fā)電機組輸出的直流電通過匯流模塊在匯流處進行匯流；

風力發(fā)電機組與太陽能發(fā)電機組匯流后的直流電經(jīng)過直流降壓穩(wěn)壓模塊進行降壓以及穩(wěn)壓，為蓄電池進行充電蓄能以及為逆變輸出模塊提供輸入電壓；

蓄電池用來對風力發(fā)電機組與太陽能發(fā)電機組多余的能量進行儲存，當電力不足時作為補充；

柴油機發(fā)電機組輸出的單相220V交流電直接接入逆變輸出模塊的交流輸入端，在風光發(fā)電不足時啟動；

逆變輸出模塊將風力發(fā)電機組與太陽能發(fā)電機組或蓄電池儲能的直流電進行逆變，以提供交流電用戶負載使用；同時，逆變輸出模塊的輸入端支持交流AC220V以及直流雙輸入；

逆變輸出模塊輸出經(jīng)二次系統(tǒng)的PLC控制器判斷后對三級負載進行單獨供電；當蓄電池電壓U_Battery>U1時，一級負載輸出；當蓄電池電壓U_Battery>U2時，二級負載輸出；當蓄電池電壓U_Battery>U3時，三級負載輸出；當蓄電池電壓U_Battery<U1時，逆變器無輸出；其中，U_Battery為蓄電池實時直流電壓，U1為一級負載啟動電壓，U2為二級負載啟動電壓，U3為三級負載啟動電壓，U3>U2>U1；

一級負載具有最高用電優(yōu)先級，若出現(xiàn)電力供應不足，首先斷開三級負載，然后是二級負載，最后斷開一級負載。

可選地，所述控制系統(tǒng)以PLC控制器為中央處理器，PLC控制器通過電壓采集模塊和電流采集模塊對風力發(fā)電機組的實時發(fā)電電壓和電流進行監(jiān)控，同時顯示瞬時發(fā)電功率和發(fā)電總功率；PLC控制器通過電壓采集模塊和電流采集模塊對太陽能發(fā)電機組的實時發(fā)電電壓和電流進行監(jiān)控，同時可顯示瞬時發(fā)電功率和發(fā)電總功率。

可選地，所述PLC控制器以PWM方式和交流卸載方式對超電壓狀態(tài)下的風力發(fā)電機組進行卸載；

PWM卸載方式針對于風力發(fā)電機整流后的直流電進行卸載，是基于IGBT的PWM分流技術；

交流卸載方式則直接對風力發(fā)電機的交流輸出端進行卸載，卸載方式為制動電阻能耗制動。

可選地，當系統(tǒng)檢測到風力發(fā)電機組整流后直流母線電壓達到PWM卸載電壓上限U_H1后，系統(tǒng)進行PWM卸載；當電壓降為PWM卸載電壓下限U_L1后，PWM卸載停止；

若進行PWM卸載后，直流母線電壓還是繼續(xù)上升，則當直流電壓達到交流卸載上限電壓U_H2后進行交流卸載，其中U_H2>U_H1，交流卸載通過對風力發(fā)電機交流輸出端切入制動電阻的方式對風力發(fā)電進行卸載保護，其卸載指令由PLC控制器發(fā)出，卸載時間為定時模式，卸載時間達到設定時間后并且直流母線電壓低于交流卸載下限電壓U_L2時交流卸載失能。

可選地，所述PLC控制器根據(jù)蓄電池的電壓狀態(tài)決定是否啟用柴油機組。

可選地，監(jiān)控系統(tǒng)包括觸摸屏監(jiān)控和GPRS遠程監(jiān)控；觸摸屏監(jiān)控通過觸摸屏對設備參數(shù)進行設定修改并監(jiān)控設備的運行狀態(tài)；GPRS遠程監(jiān)控通過GRRS遠程模塊提供手機和PC端Web監(jiān)控，用戶通過遠程監(jiān)控模塊對設備的運行狀態(tài)進行訪問，并且通過配備相應的GPRS模塊實現(xiàn)設備生產(chǎn)商對設備的遠程維護；對于設備異常狀況通過觸摸屏以及遠程監(jiān)控模塊預警通知。

可選地，本發(fā)明的風光柴綜合發(fā)電系統(tǒng)還包括手動剎車模塊和防雷裝置。

本發(fā)明還提出了一種風光柴綜合發(fā)電控制方法，系統(tǒng)開機后，PLC控制器進行參數(shù)初始化操作，判斷系統(tǒng)是否正常，不正常則判斷故障，直至故障消失，系統(tǒng)正常，則啟動風力發(fā)電機組和太陽能發(fā)電機組；

判斷風力發(fā)電機組輸出電壓是否超壓，如果超壓則進行PWM卸載或交流卸載，不超壓則與太陽能發(fā)電組件匯流，進行風光互補發(fā)電；

風力發(fā)電機組或太陽能發(fā)電機組輸出的直流電經(jīng)過直流降壓穩(wěn)壓模塊的降壓及穩(wěn)壓操作，傳輸?shù)叫铍姵貎δ芎湍孀冚敵瞿K，逆變輸出模塊同時接收柴油發(fā)電機組輸出的交流電，當判斷蓄電池電壓過低時，啟動柴油發(fā)電機組，實現(xiàn)風光柴綜合供電；

逆變輸出模塊為三級負載供電，當蓄電池電壓U_Battery>U1時，一級負載輸出；當蓄電池電壓U_Battery>U2時，二級負載輸出；當蓄電池電壓U_Battery>U3時，三級負載輸出；當蓄電池電壓U_Battery<U1時，逆變器無輸出；其中，U_Battery為蓄電池實時直流電壓，U1為一級負載啟動電壓，U2為二級負載啟動電壓，U3為三級負載啟動電壓，U3>U2>U1。

可選地，PLC控制器以PWM方式和交流卸載方式對超電壓狀態(tài)下的風力發(fā)電機組進行卸載；

PWM卸載方式針對于風力發(fā)電機整流后的直流電進行卸載，是基于IGBT的PWM分流技術；

交流卸載方式則直接對風力發(fā)電機的交流輸出端進行卸載，卸載方式為制動電阻能耗制動。

可選地，當系統(tǒng)檢測到風力發(fā)電機組整流后直流母線電壓達到PWM卸載電壓上限U_H1后，系統(tǒng)自動進行PWM卸載；當電壓降為PWM卸載電壓下限U_L1后，PWM卸載停止；若進行PWM卸載后，直流母線電壓還是繼續(xù)上升，則當直流電壓達到交流卸載上限電壓U_H2后進行交流卸載，其中U_H2>U_H1，交流卸載通過對風力發(fā)電機交流輸出端切入制動電阻的方式對風力發(fā)電進行卸載保護，其卸載指令由PLC控制器發(fā)出，卸載時間為定時模式，卸載時間達到設定時間后并且直流母線電壓低于交流卸載下限電壓U_L2時，交流卸載失能。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)以風光能源互補發(fā)電為主，柴油發(fā)電為輔，為海島或偏遠地區(qū)用戶提供高效的一站式綜合能源供應；

(2)還提供了負載分級供電的新理念，最大限度地降低了柴油發(fā)電機的使用頻率，同時也可降低蓄電池的存儲容量。

(3)遠程監(jiān)控可幫助用戶實時了解設備的運行情況，保證設備平穩(wěn)安全運行。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一種風光柴綜合發(fā)電系統(tǒng)的整體原理圖；

圖2為本發(fā)明一種風光柴綜合發(fā)電系統(tǒng)的一次系統(tǒng)原理圖；

圖3為本發(fā)明一種風光柴綜合發(fā)電系統(tǒng)的二次系統(tǒng)原理圖；

圖4a和圖4b為本發(fā)明一種風光柴綜合發(fā)電控制方法流程圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明提出了一種風光柴綜合發(fā)電系統(tǒng)，以風光能源互補發(fā)電為主，柴油發(fā)電為輔，為海島或偏遠地區(qū)用戶提供高效的一站式綜合能源供應。

如圖1所示，本發(fā)明的風光柴綜合發(fā)電系統(tǒng)包括一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)兩部分。

其中，一次系統(tǒng)包含風力發(fā)電機組、太陽能發(fā)電機組、風力發(fā)電整流模塊風力、太陽能匯流模塊、直流降壓穩(wěn)壓模塊、蓄電池、柴油機發(fā)電機組、逆變輸出模塊。

二次系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，其中監(jiān)控系統(tǒng)包括就地監(jiān)控和遠程監(jiān)控。

下面分別就一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)進行描述。

如圖2所示，風力發(fā)電機組經(jīng)過單獨的整流模塊變?yōu)橹绷麟姡柲馨l(fā)電機組直接輸出直流電，風力發(fā)電機組與太陽能發(fā)電機組輸出的直流電通過匯流模塊在匯流處進行匯流。

本發(fā)明的風力發(fā)電機組可以包含一臺風力發(fā)電機，也可以包含多臺風力發(fā)電機，圖2所示實施例中包括2臺風力發(fā)電機(分別為風力發(fā)電機11、風力發(fā)電機12)，每臺風力發(fā)電機對應一個單獨的整流模塊(分別為整流模塊31、整流模塊32)，多臺風力發(fā)電機可以共用一個匯流模塊41。

太陽能發(fā)電機組可以包含一臺太陽能發(fā)電組件，也可以包含多臺太陽能發(fā)電組件，圖2所示實施例中包括2臺太陽能發(fā)電組件(分別為太陽能發(fā)電組件21、太陽能發(fā)電組件22)，多個太陽能發(fā)電組件可以共用一個匯流模塊42。由于太陽能發(fā)電組件本身為直流發(fā)電不需要進行整流，最后也在匯流處與風力發(fā)電機組整流后的直流電進行匯流。

風力發(fā)電機組與太陽能發(fā)電機組匯流后的直流電經(jīng)過直流降壓穩(wěn)壓模塊進行降壓以及穩(wěn)壓，以方便為蓄電池進行充電蓄能以及為逆變輸出模塊提供輸入電壓。直流降壓穩(wěn)壓模塊可將輸入電壓幅值較寬的直流電變?yōu)榉递^小的直流電。蓄電池作為關鍵的儲能設備用來對風力發(fā)電機組與太陽能發(fā)電機組多余的能量進行儲存，當電力不足時作為補充。

柴油機發(fā)電機組輸出的單相220V交流電直接接入逆變器的交流輸入端，在風光發(fā)電不足時啟動。

逆變輸出模塊將風力發(fā)電機組與太陽能發(fā)電機組或蓄電池儲能的直流電進行逆變，以提供交流電用戶負載使用。逆變輸出模塊的輸入端支持交流AC220V以及直流雙輸入，逆變輸出模塊可離網(wǎng)供電或并網(wǎng)供電，輸出端電壓可為AC220單相或AC380三相。

由于海島地區(qū)供電的特殊性，本發(fā)明的風光柴綜合發(fā)電系統(tǒng)采用三級負載輸出回路，逆變輸出模塊輸出經(jīng)二次系統(tǒng)的PLC控制器判斷后對三級負載進行單獨供電。

一級負載輸出主要提供海島用戶的照明和電冰箱用電，此負載輸出為保證居民最低生活用電標準；二級負載輸出主要提供海島用戶的空調/洗衣機/電視機等電器用電；三級負載輸出主要提供海島用戶的海水處理等設備用電。

當蓄電池電壓U_Battery>U1時，一級負載輸出；當蓄電池電壓U_Battery>U2時，二級負載輸出；當蓄電池電壓U_Battery>U3時，三級負載輸出；當蓄電池電壓U_Battery<U1時，逆變器無輸出。其中，U_Battery為蓄電池實時直流電壓，U1為一級負載啟動電壓，U2為二級負載啟動電壓，U3為三級負載啟動電壓，U3>U2>U1。

一級負載具有最高用電優(yōu)先級，若出現(xiàn)電力供應不足，首先斷開三級負載，然后是二級負載，最后才可斷開一級負載。具體使用優(yōu)先級別可由用戶按實際需求自行設定。

為提高本發(fā)明系統(tǒng)的安全系數(shù)，本發(fā)明的風力發(fā)電機組還包括手動剎車模塊，圖2所示實施例中，2路風力發(fā)電機各帶一路手動剎車模塊，主要用于系統(tǒng)其他安全保護失效的情況下或者發(fā)電機長期不用時使用，手動剎車使能時發(fā)電機處于短路制動狀態(tài)。

本發(fā)明的風力發(fā)電機組還包括防雷裝置，當雷電天氣時，如果有雷電竄入風力發(fā)電機組的一次系統(tǒng)，防雷裝置自動對雷電進行卸載保護，例如，當發(fā)生雷電等浪涌電流竄入時，浪涌保護裝置可以有效地吸收突發(fā)的巨大能量，以保護設備免于受損。

二次系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，對一次系統(tǒng)進行自動化調控，并對其進行實施監(jiān)控。

控制系統(tǒng)以PLC為中央處理器，PLC通過對各傳感器信號的采集對一次系統(tǒng)進行調節(jié)，PLC系統(tǒng)原理圖如圖3所示。

本發(fā)明的實施例中，風力發(fā)電機組包括2臺風力發(fā)電機，太陽能發(fā)電機組包括2臺太陽能發(fā)電組件。

PLC通過電壓采集模塊和電流采集模塊對風力發(fā)電機1的實時發(fā)電電壓和電流進行監(jiān)控，同時可顯示瞬時發(fā)電功率和發(fā)電總功率；PLC通過電壓采集模塊和電流采集模塊對風力發(fā)電機2的實時發(fā)電電壓和電流進行監(jiān)控，同時可顯示瞬時發(fā)電功率和發(fā)電總功率。

PLC通過電壓采集模塊和電流采集模塊對太陽能發(fā)電組件1的實時發(fā)電電壓和電流進行監(jiān)控，同時可顯示瞬時發(fā)電功率和發(fā)電總功率；PLC通過電壓采集模塊和電流采集模塊對太陽能發(fā)電組件2的實時發(fā)電電壓和電流進行監(jiān)控，同時可顯示瞬時發(fā)電功率和發(fā)電總功率。

為保護設備安全，PLC以PWM方式和交流卸載方式對超電壓狀態(tài)下的風力發(fā)電機組進行卸載。PWM卸載方式針對于風力發(fā)電機整流后的直流電進行卸載，是基于IGBT的PWM分流技術，可以最大限度的減少過度分流，從而使發(fā)電率得到提升。交流卸載方式則直接對風力發(fā)電機的交流輸出端進行卸載，卸載方式為制動電阻能耗制動。當系統(tǒng)檢測到風力發(fā)電機組整流后直流母線電壓達到PWM卸載電壓上限U_H1后系統(tǒng)自動進行PWM卸載，當電壓降為PWM卸載電壓下限U_L1后PWM卸載停止；若進行PWM卸載后，直流母線電壓還是繼續(xù)上升，則當直流電壓達到交流卸載上限電壓U_H2后進行交流卸載，其中U_H2>U_H1，交流卸載通過對風力發(fā)電機交流輸出端切入制動電阻的方式對風力發(fā)電進行卸載保護，其卸載指令由PLC控制器發(fā)出，卸載時間為定時模式，卸載時間達到設定時間后并且直流母線電壓低于交流卸載下限電壓U_L2時交流卸載失能。

溫度控制：PLC根據(jù)溫度傳感器采集的溫度信號決定是否啟用冷卻風扇對整流區(qū)和卸荷區(qū)進行降溫。

柴油發(fā)電機的自動控制：PLC根據(jù)蓄電池的電壓狀態(tài)決定是否啟用柴油機組。

監(jiān)控系統(tǒng)包括觸摸屏監(jiān)控和GPRS遠程監(jiān)控。觸摸屏監(jiān)控通過觸摸屏可對設備參數(shù)進行設定修改并監(jiān)控設備的運行狀態(tài)；GPRS遠程監(jiān)控通過GRRS遠程模塊可提供手機和PC端Web監(jiān)控，用戶可通過遠程監(jiān)控模塊隨時隨地地對設備的運行狀態(tài)進行訪問，并且通過配備相應的GPRS模塊也可實現(xiàn)設備生產(chǎn)商對設備的遠程維護。對于風光柴綜合發(fā)電系統(tǒng)中設備異常狀況可通過觸摸屏以及遠程監(jiān)控模塊預警通知。

參數(shù)一鍵恢復：為防止人為誤操作造成的參數(shù)丟失或錯誤等問題，本發(fā)明的系統(tǒng)設有參數(shù)一鍵恢復功能，以保證設備的正常使用。

本發(fā)明的風光柴綜合發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)海島電力用戶的實際情況進行了完善的設計，除了風光發(fā)電不足時由柴油發(fā)電機進行輔助發(fā)電外，還提供了負載分級供電的新理念，最大限度地降低了柴油發(fā)電機的使用頻率，同時也可降低蓄電池的存儲容量。

除了負載分級供電外，本發(fā)明的系統(tǒng)還有具有風光能源互補、遠程監(jiān)控等實用功能，風光互補實現(xiàn)能量的共同采集，遠程監(jiān)控則可幫助用戶實時了解設備的運行情況，保證設備平穩(wěn)安全運行。

基于上述風光柴綜合發(fā)電系統(tǒng)，本發(fā)明還提出了一種風光柴綜合發(fā)電控制方法，如圖4所示，系統(tǒng)開機后，PLC控制器進行參數(shù)初始化操作，判斷系統(tǒng)是否正常，不正常則判斷故障，直至故障消失，系統(tǒng)正常，則啟動風力發(fā)電機組和太陽能發(fā)電機組；判斷風力發(fā)電機組輸出電壓是否超壓，如果超壓則進行PWM卸載或交流卸載，不超壓則與太陽能發(fā)電組件匯流，進行風光互補發(fā)電；風力發(fā)電機組或太陽能發(fā)電機組輸出的直流電經(jīng)過直流降壓穩(wěn)壓模塊的降壓及穩(wěn)壓操作，傳輸?shù)叫铍姵貎δ芎湍孀冚敵瞿K，逆變輸出模塊同時接收柴油發(fā)電機組輸出的交流電，當判斷蓄電池電壓過低時，啟動柴油發(fā)電機組，實現(xiàn)風光柴綜合供電；逆變輸出模塊為三級負載供電，當蓄電池電壓U_Battery>U1時，一級負載輸出，當蓄電池電壓U_Battery>U2時，二級負載輸出，當蓄電池電壓U_Battery>U3時，三級負載輸出；當蓄電池電壓U_Battery<U1時，逆變輸出模塊無輸出。其中，U_Battery為蓄電池實時直流電壓，U1為一級負載啟動電壓，U2為二級負載啟動電壓，U3為三級負載啟動電壓，U3>U2>U1。

PLC以PWM方式和交流卸載方式對超電壓狀態(tài)下的風力發(fā)電機組進行卸載。PWM卸載方式針對于風力發(fā)電機整流后的直流電進行卸載，是基于IGBT的PWM分流技術，可以最大限度的減少過度分流，從而使發(fā)電率得到提升。交流卸載方式則直接對風力發(fā)電機的交流輸出端進行卸載，卸載方式為制動電阻能耗制動。當系統(tǒng)檢測到風力發(fā)電機組整流后直流母線電壓達到PWM卸載電壓上限U_H1后系統(tǒng)自動進行PWM卸載，當電壓降為PWM卸載電壓下限U_L1后PWM卸載停止；若進行PWM卸載后，直流母線電壓還是繼續(xù)上升，則當直流電壓達到交流卸載上限電壓U_H2后進行交流卸載，其中U_H2>U_H1，交流卸載通過對風力發(fā)電機交流輸出端切入制動電阻的方式對風力發(fā)電進行卸載保護，其卸載指令由PLC控制器發(fā)出，卸載時間為定時模式，卸載時間達到設定時間后并且直流母線電壓低于交流卸載下限電壓U_L2時交流卸載失能。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。