[發明專利]風光通用型新能源智能控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201310268637.4
• 申請日: 2013-07-01
• 公開（公告）號: CN103457313A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 馮賓春;張子皿;張金接;莫為澤;符平
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院;北京中水科水電科技開發有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J7/35
• 代理公司: 北京中建聯合知識產權代理事務所 11004
• 代理人: 朱麗巖

技術領域

本發明關于一種新能源智能控制器及其控制方法，特別是涉及一種采用風能、太陽能為動力、可為小型海水淡化設備提供能源的風光通用型新能源智能控制系統及其控制方法。

背景技術

我國是一個海洋大國，海島眾多，海島總面積達8萬km²，面積在500?m²以上的海島有6900多個，其中大多數因缺乏淡水水源而無法居住和開發，有常駐居民的僅有400多個，也普遍存在缺水問題。水資源的短缺嚴重制約著海島開發和發展，因此能否解決淡水資源供應，是關系到海島能否維持人類生活，從而是海島開發必須解決的首要問題，而海水淡化是解決沿海及島嶼淡水資源危機的一個主要途徑。

隨著近些年來新能源技術的快速發展，國內出現不少利用風能、太陽能進行海水淡化的工程，通過控制器將風力發電機或太陽能板發出電能儲存在蓄電池中，然后海水淡化裝置從蓄電池取電進行產水，不過目前這些采用風能或太陽能獨立供電的控制器仍處于較低端水平，存在著風機控制方式簡單、蓄電池使用壽命短、系統發電效率低等問題，例如傳統風光互補型控制器主要存在以下問題：

1）離網型風力發電機最大功率跟蹤研究不充分

離網型風力發電機組一般為定槳距失速型永磁風力發電機，通常離網型風機的控制器功能主要在于對發電機的保護控制，其中包括卸載保護、風機限速控制和高風速停車等。在如何使離網型風機最大限度的捕獲風能，實現最大功率跟蹤方面研究不是很充分，使得離網型風機對風能的利用率不高。最大功率跟蹤技術是指通過調節風輪轉速，使風機在低于額定風速情況下，始終保持最佳風能利用系數，進而實現最大功率追蹤。

（2）蓄電池管理簡單導致壽命達不到設計要求

蓄電池是系統中的關鍵部件之一，占整個發電系統成本的相當一部分，因此，提高蓄電池的運行效率和使用壽命至關重要。傳統的小型風力發電控制器大多數采用繼電器、接觸器以及模擬元件構成。通過電壓比較器的控制方式，可以很容易實現蓄電池的高低壓保護。此種控制方式結構簡單，不易損壞，成本較低。但是其缺點也是顯而易見的：第一，由于采用電壓比較器的控制方式，整個系統的保護都是基于電壓數值的，系統在工作過程中沒有考慮到蓄電池電量低時充電初始時可能出現的大電流，雖然系統一般采用了熔斷器作為保護，但是這種保護方式并不及時，長期的初始大電流充電會使蓄電池的壽命大打折扣。第二，功率控制方式落后，卸荷不及時，此種方式的控制器不能跟蹤系統的功率變化，另外卸荷也是基于電壓，由于系統的能量是傳給電池及負載的，當電壓真正高于一定值的時候，此時電池可能已經接受了過多的能量。?通過以上的分析可知傳統控制器的蓄電池管理是比較落后的，這種方式控制下，蓄電池的壽命遠遠達不到設計要求。雖然控制器的成本較低，但是相比起蓄電池的投資費用來說就遠遠不能滿足降低成本的要求。

（3）卸荷控制方式簡單造成過度卸荷，電能浪費

常規控制器的卸荷控制主要是防止風機輸入功率過大，通過檢測風機輸入電壓，當輸入電壓高于設定值時，則啟動卸荷負載，將能量通過發熱的方式釋放掉。這種控制方式實現簡單，但由于卸荷負載一般為固定負載，風機卸荷的時候會完全接通，造成過度卸荷，使風光發出電能浪費。

發明內容

為克服上述現有技術存在的不足，本發明之一目的在于提供一種風光通用型新能源智能控制系統及其控制方法，通過CPU實時檢測各變量狀態以及系統目前所處的工作模式來判斷并確定工作模式之間如何相互轉換，以實現各工作模式轉換時系統保持可靠、穩定運行。

本發明之另一目的在于提供一種風光通用型新能源智能控制系統，至少包括：

風光發電模組，包括光伏發電模組及離網風機發電模組，作為該系統的輸入；

CPU，在對系統運行時系統的輸出功率、負載功率和蓄電池可以接受的充放電功率三者之間關系基礎上，定義了多種工作模式及工作模式轉換規則，CPU實時檢測系統輸出功率、負載功率和蓄電池可以接受的充放電功率以及系統目前所處的工作模式，根據工作模式轉換規則進行判斷以確定工作模式之間如何相互轉換；

風電最大功率點追蹤控制模塊，實時檢測風機輸入電壓、電流信號，采用改進的最大功率點擾動搜索控制，計算出風機最大功率追蹤控制指令，對發電機電磁轉矩進行控制；

充放電控制模塊，在CPU的控制下通過采用安時法對蓄電池進行電池電量進行檢測，計算出電池充放電電量，并采用蓄電池智能充放電控制技術，使蓄電池始終工作在最優的工作狀態；

卸荷控制模塊，在CPU的控制下采用PWM無級卸荷與完全接通卸荷相結合的方式控制卸荷負載。