[發明專利]一種風光水互補發電裝置及控制方法

無效

• 申請號: 201110324071.3
• 申請日: 2011-10-21
• 公開（公告）號: CN102437602A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 孫秋野;張化光;黃佑鐘;李鴻儒;張晨;曹志強;楊珺;馬大中;劉振偉
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J7/04;H02J7/35;H02J9/00;H02J13/00;F03D7/00;F03B15/00
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種風光水互補發電裝置，包括：風力發電模塊、太陽能發電模塊、控制器、上位機，其中，所述的控制器包括逆變器模塊、采樣模塊、過零檢測模塊、ARM處理器、鍵盤與顯示模塊、存儲器、復位與時鐘電路、直流總線電路、直流USB輸出端口和交流配電柜，其特征在于：所述的風光水互補發電裝置還包括抽水蓄能模塊，所述的抽水蓄能模塊包括：上、下游水箱、水輪發電機及水泵，所述的控制器還包括：交流總線及繼電器組、蓄電池和以太網通訊模塊，其連接關系如下：風力發電模塊的輸出端連接逆變器模塊的第一輸入端和蓄電池的第一輸入端，太陽能發電模塊的輸出端連接逆變器模塊的第二輸入端和蓄電池的第二輸入端，逆變器模塊的輸出端連接交流總線及繼電器組的第一輸入端，交流總線及繼電器組的第二輸入端連接水輪發電機的輸出端，交流總線及繼電器組的第三輸入端連接ARM處理器的第一輸出端，交流總線及繼電器組的第一輸出端連接交流配電柜的輸入端，交流配電柜的輸出端連接用戶，交流總線及繼電器組的第二輸出端連接水泵的輸入端，逆變器模塊的輸出端和交流配電柜的輸入端通過電壓電流互感器組連接采樣模塊的輸入端，采樣模塊的第一輸出端連接過零檢測模塊的輸入端，過零檢測模塊的輸出端連接ARM處理器的第一輸入端，采樣模塊的第二輸出端連接ARM處理器的第二輸入端，電源電路的輸出端連接ARM處理器的第三輸入端，電源電路的輸入端連接蓄電池的第一輸出端，蓄電池的第二輸出端連接直流總線電路的輸入端，直流總線電路的輸出端連接直流USB輸出端口的輸入端，直流USB輸出端口的輸出端連接用戶，ARM處理器的第一輸入輸出端連接鍵盤與顯示模塊的輸入輸出端，ARM處理器的第二輸入輸出端連接存儲器的輸入輸出端，ARM處理器的第四輸入端連接復位與時鐘電路的輸出端，ARM處理器的第二輸出端連接水輪發電機的啟動控制端，ARM處理器的第三輸入輸出端連接以太網通訊模塊的輸入輸出端，以太網通訊模塊與上位機進行通訊。

2.根據權利要求1所述的風光水互補發電裝置，其特征在于：所述的抽水蓄能模塊，其各部件的連接關系為：上游水箱和水輪發電機之間、水輪發電機和下游水箱之間、下游水箱和水泵之間、水泵和上游水箱之間通過管道連接。

3.根據權利要求1所述的風光水互補發電裝置，其特征在于：所述的控制器，通過箱體進行一體化封裝，在所述箱體的表面預留有七個輸出端，第一輸出端連接風力發電模塊，第二輸出端連接太能發電模塊，第三、第四、第五輸出端連接抽水蓄能模塊，第六輸出端連接交流負載，第七輸出端連接直流負載。

4.根據權利要求1所述的風光水互補發電裝置，其特征在于：所述的控制器采用獨立直流總線結構，控制器中的蓄電池為控制器內部芯片提供穩定的供電電源，并在風、光、水三種能源都缺乏時為直流負載供電。

5.采用權利要求1所述的風光水互補發電裝置的控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：通過電壓電流互感器和采樣模塊實時采集逆變器模塊輸出端、交流配電柜輸入端的三相相電壓的瞬時值、三相線電流瞬時值；

步驟2：利用步驟1的采樣數據，計算逆變器模塊輸出端和交流配電柜輸入端的有功功率、無功功率、視在功率；

步驟3：將步驟2計算出的數據存入存儲器，并利用各相電壓瞬時值、電流瞬時值數據形成數據窗；所述的數據窗是指由一段時間內存儲器中存儲的各相電壓瞬時值、電流瞬時值所組成，用于對設備進行監測的數據集合；

步驟4：將內存中的參數送鍵盤與顯示模塊，顯示三相交流總線各相電壓瞬時值，當前逆變器模塊輸出端的功率，交流配電柜輸入端的有功功率以及當前的繼電器連接和設備工作情況和系統運行狀態；

步驟5：利用以太網通訊模塊將步驟1和步驟2得到的數據傳遞給上位機通信；

步驟6：ARM控制器控制繼電器的關斷，逆變器模塊、水輪發電機、水泵的投切，方法如下：

系統產生的總功率∑p_in，公式如下：

∑p_in＝∑p_Wind+∑p_PV+p_Water????????????(13)

式中，∑p_Wind為風力發電模塊產生的功率，∑p_PV為太陽能發電模塊產生的功率，p_Water為水輪發電機產生的功率；

系統消耗的總功率∑p_out，公式如下：

∑p_out＝p_pump+∑p_load??????????????????(14)

式中，p_pump為水泵所消耗的功率，∑p_load為負載所消耗的功率；

步驟6-1：當∫t0t1(ΣpPV+ΣpWind)dt>∫t0t1Σploaddt]]>成立，且

同時滿足∫t0t1(ΣpPV+ΣpWind-Σpload)dt≥λppump(t1-t0)]]>時，即風力發電模塊、太陽能發電模塊產生的功率大于負載所消耗的功率，且確保啟動水泵后系統正常運行，應斷開與水輪發電機相連接的繼電器，閉合與水泵相連接的繼電器，啟動水泵消耗系統中多余的電能，將電能轉化為水的勢能存儲起來；所述的λ為經驗常數，取值為0.6～0.8；

步驟6-2：當∫t0t1(ΣpPV+ΣpWind)dt<∫t0t1Σploaddt]]>成立，且

同時滿足∫t0t1(Σpload-ΣpPV-ΣpWind)dt≥λpwater(t1-t0)]]>時，即風力發電模塊、太陽能發電模塊產生的功率小于負載所消耗的功率，且確保啟動水輪發電機后系統正常運行，應斷開與水泵相連接的繼電器，閉合與水輪發電機相連接的繼電器，啟動水輪發電機補充系統所需的電能，將水的勢能轉化成電能回饋到系統中；

步驟6-3：如均不滿足步驟6-1與步驟6-2的條件，則水輪發電機和水泵都處于不運行狀態；

步驟7：判斷鍵盤是否有信號輸入，如有鍵盤輸入信號，則進行ARM控制器模式設置，所述的模式設置包括手動模式和自動模式兩種，手動模式是指手動對水輪發電機和水泵進行測試，判斷其是否正常工作，自動模式即為系統初始的設置模式，由ARM處理器對系統進行控制；如沒有鍵盤輸入信號，則執行步驟8；

步驟8：反復執行步驟2-步驟7。