一种混合风光互补抽水蓄能系统及其控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102384039A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102384039A(43)申请公布日2012.03.21(21)申请号201110300964.4F03B13/06(2006.01)(22)申请日2011.09.28H02N6/00(2006.01)H02J7/00(2006.01)(71)申请人东北大学地址110819辽宁省沈阳市和平区文化路3号巷11号(72)发明人张化光孙秋野杨珺胡晓宇王旭马大中刘振伟杨东升刘鑫蕊(74)专利代理机构沈阳东大专利代理有限公司21109代理人梁焱(51)Int.Cl.F03D9/02(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图3页(54)发明名称一种混合风光互补抽水蓄能系统及其控制方法(57)摘要本发明提供一种混合风光互补抽水蓄能系统包括风光互补单元、控制器、直流负载、交流负载、逆变器和抽水蓄能单元；风光互补单元包括风力发电机组和光伏阵列；抽水蓄能单元包括可逆式水泵水轮机组、上水池和下水池；所述控制器包括风光互补控制器，数字信号处理器芯片，电压/电流采样电路，电压/电流互感器组，断路器驱动电路和三个断路器。本发明将传统风光互补系统储能装置——蓄电池组用抽水蓄能发电系统代替，并在抽水蓄能单元使用可逆式水泵水轮机抽水或发电，并应用分段积分法对抽水蓄能单元的上水池进行能量的监控控制。本发明解决了使用蓄电池组价格昂贵，寿命短，环境污染等缺点，提高系统稳定性和供电可靠性，降低系统建设和运营成本。CN1023849ACCNN110238403902384057A权利要求书1/3页1.一种混合风光互补抽水蓄能系统，其特征在于：包括风光互补单元、控制器、直流负载、交流负载、逆变器和抽水蓄能单元；所述风光互补单元包括风力发电机组和光伏阵列；所述抽水蓄能单元包括可逆式水泵水轮机组、上水池和下水池，水泵水轮机组置于上、水池之间，所述可逆式水泵水轮机组，包括直流可逆式水泵水轮机和交流可逆式水泵水轮机；所述控制器包括风光互补控制器，数字信号处理器(DSP)芯片，电压/电流采样电路，电压/电流互感器组，断路器驱动电路和三个断路器；风光互补控制器输出端分别接三个断路器，DSP输出的控制信号经断路器驱动电路连接至三个断路器，控制断路器的开合，电压/电流互感器组输出端连接至电压/电流采样电路输入端，电压/电流采样电路输出端接至DSP，电压/电流互感器组输入端相连至三个断路器的输出端；系统具体连接是：风力发电机组和光伏阵列的输入端分别连接控制器的输入端，控制器的输出端分别连接直流负载、直流可逆式水泵水轮机组的输入端和逆变器的输入端，逆变器的输出端分别连接交流可逆式水泵水轮机组的输入端和交流负载，直流可逆式水泵水轮机组的输出端连接直流负载，交流可逆式水泵水轮机组的输出端连接交流负载，控制器的风光互补控制器输入端分别接风力发电机组的输出端和光伏阵列的输出端，控制器的风光互补控制器的输出端分别连接直流负载、直流可逆式水泵水轮机组和逆变器输入端，控制器的电压/电流互感器组输入端连接到交流可逆式水泵水轮机的输出端。2.权利要求1所述的混合风光互补抽水蓄能系统的控制方法，其特征在于：先配置风力发电机功率总容量、光伏阵列功率总容量和上水池所蕴含水能的功率总容量，确定系统容量配置，具体过程如下：系统的初始成本花费为C＝pPPV+wPW+sPs(1)式中，p为光伏阵列总容量，PPV为单位瓦数太阳能电池价格，w为风力发电机组总容量，PW为风力发电机组单位功率造价，s为抽水蓄能单元中上水池蕴含水能的功率总容量，Ps为抽水蓄能单元中上水池功率容量的单位功率造价；系统的约束条件为LP(p，w，s)＝Tk(2)式中，Tk为系统允许的电能缺失小时数，式(2)表示在允许的电能缺失小时数为Tk的情况下，光伏阵列总容量p、风力发电机组总容量w、抽水蓄能单元中上水池蕴含水能的功率总容量s之间的关系，系统要求在满足约束条件的情况下，系统的初始成本花费C最小，因此，构造Lagrange函数如下：L＝pPPV+wPW+sPs+λ[LP(p，w，s)-Tk](3)式中，λ为Lagrange算子，将L分别对p、w、s和λ求偏微分，并令各偏微分项为零，可得方程组：2CCNN110238403902384057A权利要求书2/3页通过解非线性方程组(4)，得到满足系统可靠性指标Tk的最佳光伏阵列总容量popt、最佳风力发电机组总容量wopt和抽水蓄能单元中上水池的最佳功率容量sopt；混合风光互补抽水蓄能系统控制方法按如下步骤进行：步骤1：风力发电机组和光伏阵列在控制器的作用下分别按照相应的最大功率追踪方法进行最大功率追踪，获取最大的风电能和光电能；步骤2：在t时刻，判断系统风力发电机组输出电能PW(t)和光伏阵列所