一种太阳能和风能综合发电系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种太阳能和风能综合发电系统，该系统具有如下优点：(1)将风能和太阳能转化为电能一并存储在储能模块中，根据电网需求，由储能模块经由逆变模块向电网供电，避免风能和太阳能的不稳定性对电网至直接冲击。(2)逆变模块和自动发电量控制(AGC)协调模块的配合使用，可提高发电效率。(3)电池模块监测装置和均衡器的使用，提高了电池的使用寿命和使用效率，增加了发电系统的经济效益。
【专利说明】-种太阳能和风能综合发电系统 所属【技术领域】
[0001] 本发明涉一种太阳能和风能综合发电系统。
【背景技术】
[0002] 随着世界各国对能源需求的急剧膨胀、生态环境的日益恶化以及人类可持续发展 的要求，世界各国都在积极开发利用可再生的新能源。
[0003] 当前，风力发电是可再生能源开发利用中技术最成熟、最具开发规模和最具商业 化发展前景的发电形式。由于其在减轻环境污染、调整能源结构、促进可持续发展等方面的 突出作用，风力发电是本世纪重要的绿色能源，是煤炭等常规能源发电的重要替代能源之 一。而太阳能资源丰富、分布广、无污染、可再生，使得太阳能光伏发电成为新能源开发中的 主流。
[0004] 风力发电和光伏发电因各自的特点，实现互补。风力发电夜间好,光伏发电白天 好，风光互补发电，可实现新能源全天候发电。通过建立风光储能电站，提高风电消纳能力 和光伏间歇性问题，并起到对电网削峰填谷的作用。
[0005] 随着风电和光伏发电规模的不断扩大，并网后，势必会给电网带来不良的影响。风 速和光照的突然改变会造成电压的波动与闪变或频率的改变，从而影响了电能质量；风光 出力的不确定性导致了潮流的不确定性，潮流改变可能造成支路潮流越限、节点电压的越 限等，从而影响供电可靠性。与此同时，还要增加相应容量的旋转备用来保证系统的调峰、 调频能力。
【发明内容】
[0006] 为解决上述问题，本发明提供一种太阳能和风能综合发电系统，该系统通过引入 储能模块，将风能和太阳能转储在储能系统中，根据电网的需求，连续或间歇地为电网供 电，同时该系统还可以根据电网波动情况，根据当前风力及日照状况，进行自适应地发电， 在并网运行时，降低对电网的冲击。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提供一种太阳能和风能综合发电系统，该系统包括：
[0008] 风力发电机，用于将风能转换成电能，其中该风力发电机采用双馈电机；
[0009] 风机电压、电流、转速采样模块，用于检测电机运行时的电压、电流和转速；
[0010] 太阳能电池板，用于将太阳能转换为电能；
[0011] 储能模块，用于储存上述风力发电机和太阳能电池板获取的电能，其中所述风力 发电机获取的电能通过整流装置储存至该储能模块，所述太阳能电池板获取的电能通过 DC/DC变换器储存至该储能模块，该储能模块包括多个电池模块；
[0012] 逆变模块，用于将储能模块的电能转换成交流电，经升压变压器和主断路器与电 网母线连接；
[0013] 主控模块，用于控制该发电系统运行，协调各个部件和模块的工作。
[0014] 优选的，所述发电系统还包括电池模块监测装置，该监测装置包括如下单元：
[0015] 用于测量储能模块中的多个电池模块温度的温度测量单元；
[0016] 用于测量储能模块中的多个电池模块电压的电压测量单元；
[0017] 用于根据测量的相应电压和温度，获得储能模块中的多个电池模块的总电压和总 电流的计算单元；
[0018] 用于测量储能模块中多个电池模块的充放电状态和充放电时间的充放电测量单 元；
[0019] 用于存储储能模块中的多个电池模块的总电压、总电流、多个电池模块的电压和 温度的存储单元；
[0020] 用于根据获得的总电压、总电流、多个电池模块的充放电状态、充放电时间和温 度，获得储能模块监测参数，同时根据获得的参数对储能电池包中的电池模块进行监控的 监控单元。
[0021] 优选的，所述储能模块监测参数包括储能模块的剩余电量估计值、实时最大输入 功率值、实时最大输出功率值、实时最大风电消纳值、当前存储能量和充放电倍率。
[0022] 优选的，所述发电系统还包括均衡器，所述均衡器并联在所述多个电池模块的两 端，所述监控单元根据不同电池模块充电要求，经所述均衡器，输出给定的充电电流至电池 模块，监控单元对单个电池模块的电流、电压及温度等状态信息进行实时监测，将监测结果 与预先设定的状态信号进行差值比较，输出相应驱动信号，控制均衡器的通断，通过均衡优 化控制策略，提高电池组的性能与循环寿命。
[0023] 优选的，该发电系统还包括自动发电量控制（AGC)协调模块，用于预测和控制发 电系统并网时的发电功率，该模块包括：
[0024] 电网数据获取单元，可从电网调度中心实时读取电网量测数据；
[0025] 电网数据分析单元，可对所述电网量测数据进行数据处理和质量判断，判断电网 所处的控制区间；
[0026] 发电功率协调单元，由实时发电计划获得基点，并计算电网调节需求，并按照协调 控制策略进行调节功率分配，该发电功率协调单元与所述主控模块相连，并通过主控模块 向逆变模块的驱动模块发出指令，以控制功率输出。
[0027] 本发明提供的发电系统具有如下优点：（1)将风能和太阳能转化为电能一并存储 在储能模块中，根据电网需求，由储能模块经由逆变模块向电网供电，避免风能和太阳能的 不稳定性对电网至直接冲击。（2)逆变模块和自动发电量控制（AGC)协调模块的配合使用， 可提高发电效率。（3)电池模块监测装置和均衡器的使用，提高了电池的使用寿命和使用效 率，增加了发电系统的经济效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 图1示出了本发明的一种太阳能和风能综合发电系统的框图；
[0029] 图2示出了图1中系统的电池模块监测装置的具体组成以及其与储能模块、均衡 器的连接图；
[0030] 图3示出了图1中系统的自动发电量控制（AGC)协调模块的具体组成。
【具体实施方式】
[0031] 图1是示出了根据本发明的太阳能和风能综合发电系统的框图，该发电系统包 括：风力发电机11，用于将风能转换成电能，其中该风力发电机采用双馈电机；风机电压、 电流、转速采样模块13,用于检测电机运行时的电压、电流和转速；太阳能电池板12,用于 将太阳能转换为电能；储能模块7,用于储存上述风力发电机11和太阳能电池板12获取的 电能，其中所述风力发电机11获取的电能通过整流装置9储存至该储能模块，所述太阳能 电池板获取的电能通过DC/DC变换器10储存至该储能模块，该储能模块7包括多个电池模 块；逆变模块4,用于将储能模块7的电能转换成交流电，经升压变压器（未示出）和主断 路器2与电网母线连接；主控模块5,用于控制该发电系统运行，协调各个部件和模块的工 作；所述发电系统还包括电池模块监测装置6、均衡器8以及发电系统还包括自动发电量控 制（AGC)协调模块3。
[0032] 该综合发电系统的运行方式如下：（1)储能模式：在电池模块监测装置6检测到储 能模块7的总电压以及温度未到上限预警值时，风力发电机11和太阳能电池板12正常发 电，所得电能经整流装置9和DC/DC变换器处理后，由均衡器控制向储能模块7充电，当电 池模块监测装置6检测到储能模块7的总电压或温度达到上限预警值时，停止充电；(2)并 网运行模式：在主控模块5经由AGC模块7获知到电网1的发电需求后，主控模块5控制逆 变器4将储能模块7中的电能转化为交流电，经过升压后，向电网1输电，当电池模块监测 装置6检测到储能模块7的总电压到达下限预警值时或储能模块7的温度达到上限预警值 时，主控模块5通知逆变模块停止向电网输电。
[0033] 参见图2该电池模块监测装置6包括如下单元：
[0034] 用于测量储能模块7中的多个电池模块1-n温度的温度测量单元62 ;
[0035] 用于测量储能模块7中的多个电池模块1-n电压的电压测量单元61 ;
[0036] 用于根据测量的相应电压和温度，获得储能模块7中的多个电池模块l_+n的总电 压和总电流的计算单元64 ;
[0037] 用于测量储能模块7中多个电池模块1-n的充放电状态和充放电时间的充放电测 量单元63 ;
[0038] 用于存储储能模块7中的多个电池模块1-n的总电压、总电流、多个电池模块1-n 的电压和温度的存储单元；
[0039] 用于根据获得的总电压、总电流、多个电池模块1-n的充放电状态、充放电时间和 温度，获得储能模块监测参数，同时根据获得的参数对储能电池包中的电池模块进行监控 的监控单元65。所述储能模块监测参数包括储能模块的剩余电量估计值、实时最大输入功 率值、实时最大输出功率值、实时最大风电消纳值、当前存储能量和充放电倍率。
[0040] 参见图1和图2,所述均衡器8并联在所述多个电池模块的两端，所述监控单元65 根据不同电池模块1-n的充电要求，经所述均衡器8,输出给定的充电电流至电池模块1-n， 监控单元65对单个电池模块1-n的电流、电压及温度等状态信息进行实时监测，将监测结 果与预先设定的状态信号进行差值比较，输出相应驱动信号，控制均衡器的通断，通过均衡 优化控制策略，提高电池组的性能与循环寿命。
[0041] 该发电系统的储能模块的电池监测方法，包括如下步骤：
[0042] (1)测量储能模块的电池模块1 -η的温度；
[0043] (2)测量储能模块的电池模块1-n的电压；
[0044] (3)测量储能模块的电池模块1-n的充放电状态和充放电时间；
[0045] (4)根据测量的相应电压和温度，获得储能模块的总电压和总电流；
[0046] (5)存储测量的储能模块的总电压、总电流、电池模块1-n的电压和温度；
[0047] (6)根据获得的总电压、总电流、各个电池模块的充放电状态、充放电时间和温度， 获得储能模块的监测参数，同时根据获得的参数对储能模块中的电池模块1-n进行监控， 所述监测参数包括储能储能模块的剩余电量估计值、实时最大输入功率值、实时最大输出 功率值、实时最大风电消纳值、当前存储能量和充放电倍率。
[0048] 所述根据获得的参数对储能模块的电池模块1-n进行监控的步骤包括：
[0049] (61)储能模块7的总电压达到预警电压的下限，将由监控单元66向主控模块5发 出指令，由主控模块5控制储能模块7停止放电；
[0050] (62)当储能模块7中的总电压达到预警电压的上限，将由监控单元66向均衡器8 发出指令，由均衡器8控制储能模块7停止充电的步骤；
[0051] (63)当储能模块7的单个电池模块的电压达到预警电压的下限，将由监控单元66 向主控模块5发出指令，由主控模块5控制相应的单个电池模块停止放电；
[0052] (64)当储能模块7的单个电池模块的电压达到预警电压的上限，将由监控单元66 向均衡器8发出指令，由均衡器8控制相应的单个电池模块停止充电；
[0053] (65)当储能模块7中的电池模块的温度达到预警温度时，将控制相应的电池模块 停止充放电的步骤；
[0054] (66)当储能模块7中的充放电倍率达到预充放电倍率时，将控制相应的储能电池 包停止充放电的步骤。
[0055] 参见图1和图3,自动发电量控制（AGC)协调模块3,用于预测和控制发电系统并 网时的发电功率，该模块包括：
[0056] 电网数据获取单元31，可从电网调度中心实时读取电网1量测数据；
[0057] 电网数据分析单元32,可对所述电网1量测数据进行数据处理和质量判断，判断 电网所处的控制区间；
[0058] 发电功率协调单元33,由实时发电计划获得基点，并计算电网1调节需求，并按照 协调控制策略进行调节功率分配，该发电功率协调单元与所述主控模块相连，并通过主控 模块5向逆变模块4的驱动模块42发出指令，以控制功率输出。
[0059] 所述协调控制策略包括紧急调节策略：当电网1调节需求位于紧急区时，发电系 统立即参与调节，使电网1尽快恢复到正常状态，其中参与调节表示发电系统与其它可调 机组同时进行调节。
[0060] 当电网1调节需求位于紧急区时，发电系统立即参与调节；如果不需要紧急调节， 则判断是否需要次紧急向下调节。
[0061] 当电网1不需要次紧急向下调节时，则判断是否需要次紧急向上调节，如果需要 调节，则发电系统参与向上调节；如果不需要次紧急向上调节，继续判断是否需要正常向上 调节。
[0062] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当 视为属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种太阳能和风能综合发电系统，其特征在于，该系统包括： 风力发电机，用于将风能转换成电能，其中该风力发电机采用双馈电机； 风机电压、电流、转速采样模块，用于检测电机运行时的电压、电流和转速； 太阳能电池板，用于将太阳能转换为电能； 储能模块，用于储存上述风力发电机和太阳能电池板获取的电能，其中所述风力发电 机获取的电能通过整流装置储存至该储能模块，所述太阳能电池板获取的电能通过DC/DC 变换器储存至该储能模块，该储能模块包括多个电池模块； 逆变模块，用于将储能模块的电能转换成交流电，经升压变压器和主断路器与电网母 线连接； 主控模块，用于控制该发电系统运行，协调各个部件和模块的工作。
2. 如权利要求1所述的发电系统，其特征在于，该系统还包括电池模块监测装置，该监 测装置包括如下单元： 用于测量储能模块中的多个电池模块温度的温度测量单元； 用于测量储能模块中的多个电池模块电压的电压测量单元； 用于根据测量的相应电压和温度，获得储能模块中的多个电池模块的总电压和总电流 的计算单元； 用于测量储能模块中多个电池模块的充放电状态和充放电时间的充放电测量单元； 用于存储储能模块中的多个电池模块的总电压、总电流、多个电池模块的电压和温度 的存储单元； 用于根据获得的总电压、总电流、多个电池模块的充放电状态、充放电时间和温度，获 得储能模块监测参数，同时根据获得的参数对储能电池包中的电池模块进行监控的监控单 J Li 〇
3. 如权利要求2所述的发电系统，其特征在于，所述储能模块监测参数包括储能模块 的剩余电量估计值、实时最大输入功率值、实时最大输出功率值、实时最大风电消纳值、当 前存储能量和充放电倍率。
4. 如权利要求3所述的发电系统，其特征在于，所述发电系统还包括均衡器，所述均衡 器并联在所述多个电池模块的两端，所述监控单元根据不同电池模块充电要求，经所述均 衡器，输出给定的充电电流至电池模块，监控单元对单个电池模块的电流、电压及温度等状 态信息进行实时监测，将监测结果与预先设定的状态信号进行差值比较，输出相应驱动信 号，控制均衡器的通断，通过均衡优化控制策略，提高电池组的性能与循环寿命。
5. 如权利要求4所述的发电系统，其特征在于，该发电系统还包括自动发电量控制 (AGC)协调模块，用于预测和控制发电系统并网时的发电功率，该模块包括： 电网数据获取单元，可从电网调度中心实时读取电网量测数据； 电网数据分析单元，可对所述电网量测数据进行数据处理和质量判断，判断电网所处 的控制区间； 发电功率协调单元，由实时发电计划获得基点，并计算电网调节需求，并按照协调控制 策略进行调节功率分配，该发电功率协调单元与所述主控模块相连，并通过主控模块向逆 变模块的驱动模块发出指令，以控制功率输出。
【文档编号】H02J3/32GK104158216SQ201410410442
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】任德新, 李志敏 申请人:四川省科本哈根能源科技有限公司