CN101802396B - 独立供电*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及使用再生能源的电力***，特别是，涉及使用风能和太阳能的电力***，能在冷和热气候条件下用来做独立供电***。该独立供电***(IES)包括一用来生产电能的风力发电装置和太阳能收集器。该太阳能收集器与热能存储器连接。独立供电***还包括一电能蓄电池，逆变器，和供电***的自动控制***，自动控制***通过热负载和电负载传感器与执行机构连接。独立供电***还装备有用于风力发电机的转子转速的稳定***，稳定***包括具有用于电阻性负载的控制单元的电网调整器，电流传感器和转子转速传感器。电阻性负载是一种电热器***(THEs)。在电热器上消耗的能量被存储在热能存储器内。吸收式冷却装置可能包括在独立供电***内，并且电热器可能被置于吸收式冷却装置的发电机内。独立供电***包括用于风力发电机的叶片旋转的装置。太阳能收集器的热交换器被设于吸收式冷却装置的发电机内。

Description

独立供电***
本发明的技术领域
本发明涉及利用再生能源的电力***的方式为家庭和工业区提供热电供应。
背景技术
在惯用的碳氢化合物长期缺乏和价格提高的情况下，对利用通常所说的替代品或可再生能源给予一种特别的关注。
众所周知，电力***由以生态的清洁的可再生能源(风，阳光，等等)为动力的设备产生。能量源头的能流(风强度的变化，气候和季节的变化导致的光能流变化)的不稳定性造成为用户提供优质能量的障碍。为了改善电力供应的稳定性，复合***被提出，同时多于一种的能源被利用，例如，风能和太阳能。
用于家庭和工业的独立能源供应***是已知的(俄罗斯，A，2249125)，在该专利中风能，太阳能和地热能源被利用。
用于家庭和工业的独立能源供应***包含一风力发电装置，用于产生电能，并将产生的电能连接到电力用户；电能蓄电池与风力发电机装置和电力用户连接。通过逆变器与蓄电池连接，逆变器用于将蓄电池的直流电转换成具有用户需要的参数的交流电。
该***包括一用于将太阳能转换成热能的设备和连接到热能用户的热能存储器。一由风力发电机装置驱动的热力泵，该热泵用于为用户提供热能。为控制独立供电***，自动控制***被采用，该自动控制***通过热负载和电负载传感器与执行机构连接。用于将太阳能转换成热能的设备，该设备包括一组太阳能收集器，太阳能收集器通过热载体与至少两个热交换器连接，其中一个热交换器设置在热能存储器内，另外一个设置在热交换装置内，热交换装置通过热载体与地热储存***连接。所述热力泵包括：由风力发电装置运行的压缩机，至少两个外部蒸发器，其中一个外部蒸发器装配在热交换装置内，通过热载体与地热储存***连接，另外一个外部蒸发器装配在废水热回收装置内，和至少两个外部凝结器，其中一个外部凝结器装配在热交换装置内，通过热载体与热能用户连接。
上面描述的该***利用可再生的风能，太阳能和地热能，甚至在其中一种能源缺乏或处于能流低的情况下，这些可再生的能源使持续不断的为用户供应热能和电能成为可能。该***应该不仅利用太阳能收集器产生的热，而且，也利用所谓的“废物”热源，例如，通过废水的热回收产生的热。
上面所述的***的主要缺点是由于能量转换过程中的能量损耗导致效率低。用于风力发电装置中的发电机具有它们的输出参数直接依赖于转子的转速(电压，频率)的特点，也就是同样依赖于风速。蓄电池具有能量储存和稳压器的功能。
在该***中，由风力发电机产生的电流将被转换：首先电流被转换，以获得蓄电池充电所需要的参数。然后，来自蓄电池的直流电转换(转化)，以提供给用户(一般来说220伏50赫兹的交流电是所需要的)。能量损耗，***参数的恶化，发生在每一步转换中。当热蓄电池和电蓄电池充满电时，热和多余的能量像发电机的热辐射一样被浪费掉。
此外，上述所描述的***的工作的效率仅在风力规定设计的范围内。因此，在强风时，发电机电流的频率过分的增大，这将导致电流转换损失的增加，并且在大风强度的风力时，风力发电机装置可能受损。
发明内容
本发明的基本任务是创造独立的能量供应***，该***通过降低电流转换的损耗提高运行效率，并且在风力发电机装置扩大的风力范围内。
该项任务是通过采用独立能量供应***(IES)的方式解决的，所述独立能量供应***包括与电力用户连接的用于产生电能的风力发电机装置，用于将太阳能转换成热能的装置，热能存储器通过热载体与上述装置连接，使太阳能转换成为热能，电能蓄电池和逆变器连接到风力发电装置和电力用户和自动控制***，自动控制***通过热负载和电负载传感器与执行机构连接，根据本发明，风力发电机的转子转速的稳定***得以补充，包括与风力发电机电性连接的电网调整器，还包括一用于电阻性负载电力限制的控制单元，控制单元与最后一个电阻性负载电性连接，并且包括一风力发电机和电阻性负载电流传感器，发电机转子转速传感器，同步发生器，可控制的配电盘和电阻性负载，该电阻性负载是一种电热器***(TEHs)，然而，在电热器***上消耗的能量将在热能存储器内被存储。
由于用于风力发电机的转子转速的稳定***，由风力发电装置产生的电能具有能直接传输给用户的参数。因此，将电能转换以获得需要的电路参数就不是必要的了，这导致损耗的减少。
由于电网调整器和电阻性负载控制单元的作用，使风力发电装置产生的能量能够获得最大的利用，因为能量在直接用户和电阻性负载之间的重新分配是以实时的模式。
由于上述指出的电阻性负载提供了一种热的电热器***，热能将在稳定的***的运行过程中被产生，并且在热能存储器内储存，储存的热能将被用于热水的供应或用于供暖***。
另外，为了在高风速下工作，该供电***应当包括风力发电机的转子转速的稳定***作为第二阶段的调整，包括一用于风力发电机的叶片的旋转装置，来改变迎角，该旋转装置与ACS和风速传感器电性连接。
在强风时，该装置将使较低的风力载荷作用于转动叶片和塔架上，并且将提供监测发动机输出的最大功率。这不仅提供发电机运行的最佳模式，导致发电机使用寿命的延长，而且将减小损坏的危险。
当独立供电***在高温气候条件下运转时，当主要能源输入遇到冷却***，使用吸收式冷却装置(ACM)是方便的，并且风力发电机的转子转速稳定***的电阻性负载产生的热直接供应给发电机的吸收式冷却装置。这有助于在整个能量供应过程中整个***的运转效率。
这是有利的，该装置的热交换器用于将太阳能转换成热，也置于吸收式冷却装置发电机。
附图的简要说明
本发明通过附图进行说明，其中：
图1图示说明了与本发明一致的独立供电***的框图；
图2图示说明了作为供电***一部分的用于风力发电机的转子转速的稳定***的详细的框图；
图3为与本发明一致的独立供电***在低温气候条件下运转的简图；
图4为与本发明一致的独立供电***在高温气候条件下运转的简图。
具体实施方式
实现本发明的技术方案
如在图1中所示，独立供电***包括风力发电装置1和具有逆变器3的蓄电池2。独立供电***具有一自动控制***(ACS)4，通过热负载和电负载感应器与执行机构相连接。风力发电机1和具有逆变器3的蓄电池2与电网调整器5电性连接。电阻性负载6通过电网调整器5与风力发电机1电性连接。电阻性负载6一种电热器装置(TEHs)，此时，电能在电阻性负载上被消耗取决于风力发电机的运转和电力用户。
电网调整器5(图2)包括同步发生器7，用于电阻性负载的控制单元8，配电盘9和相应的负载性电阻电流传感器10和风力发电机传感器11，和充电设备12。
风力发电机1装备有用于风力发电机叶片的旋转装置13来改变叶片的迎角，旋转装置由自动控制***4控制运转。叶片的旋转装置13能够被控制，例如，伞齿轮。
配电盘9和同步发生器7用于协调逆变器3和发电机1联合工作。
当独立供电***在低温气候条件下工作时，电阻性负载4将被设置在热能存储器14中(图3)。
当独立供电***在高温气候条件下工作时，风力发电机的转子转速的稳定***的可调节电阻性负载产生的热将被提供给吸收式冷却装置的发电机。此时，电阻性负载4直接设置在吸收式冷却装置的发电机15内(图4)，此时，吸收式冷却装置的发电机15充当热能存储器14的功能。用于将太阳能转换成热的装置的热交换器16也设置在吸收式冷却装置的发电机15内。将太阳能转换成热的装置包括一通过一热载体与热交换器16连接的太阳能收集器17，循环泵18和热载体温度传感器19。泵18和传感器19与自动控制***4电性连接。
让我们考虑具有用于风力发电机的转子转速和电能在分配的稳定***的供电***的主要运转模式(图2)。
1.当无风的时候，风力发电机1不工作，用户的电力供应由蓄电池2通过电网调整器5的逆变器3和配电盘9提供。
2.当风速足够时，风力发电机1的叶片构成的风轮开始转动。当风力发电机1的轴的旋转速度超过设计值时，电阻性负载6接通，这将导致转子制动，并且进一步需要发电机转子转速传感器20的指示数，根据指示数电阻性负载6的能力将被修正到这边或那边。此时：
PG＝PAL
其中：
PG-发电机的输出功率；
PAL-至电阻性负载的输出功率。
发电机的功率PG一超过消耗功率PPL，配电盘9就启动，用户将被从逆变器3切断，切换至发电机线路(这些步骤通过同步发生器7同步进行的)。在这种情况下，在电阻性负载6上的电力将减少和用户使用的量相等的值：
PG＝PPL+PAL
或
PAL＝PG-PPL
万一，风力超过设计值时，为防止转子转速和风力发电机1的功率不受控制地增加，自动控制***4通过利用装置13转动风轮的叶片来改变迎角；通过这样，风施加到转子叶片和风力发电机1塔架上的负荷将减小。叶片能够被这样转动，那样甚至在大风级强度的风速，加载的负荷将在容许的范围内，确保一个可控的旋转速度。通过那样一种方式，风力发电机将会以最佳的模式运行，并且使***相对可靠和有较长的使用寿命。
3.随着风速下降，风力发电机1产生的电力也降低到一个值PPL，电力供应被连接到蓄电池2。
因此，如上面所描述的一样，在风力负荷的运行范围内和装置运行的稳定模式，没必要将发电机的输出电流进行转换，并且相应的，也就避免了因电流转换而造成的损耗。电能直接传递到用户，并且其参数符合电流网络的参数。
在稳定***运行过程中电阻性负载6产生的热能被积蓄在热能存储器14中，进一步，这些热能将被供应给热能用户。热能够被用于房屋取暖或用于热水供应***。
所描述的***相对于现有的使用中的设计已经增加了由风力发电装置产生的电能的使用效率，因为当机械或电磁稳定器运转期间产生的电能，这些需要转子转速稳定的电能没有损耗，而是用来做有效的热能生产。
在供电***想要在高温气候条件下运转的时候，最重要的是需要“冷”来维持空气调节***运转。在这种情况下，替代热能存储器14，吸收式冷却装置15的发电机将被采用。那样，由稳定***的电阻性负载6和阳光充足的太阳能收集器17产生的热能通过热交换器16将被传递给ACM发电机，确保ACM正常运转，甚至在相对无风的时候。
所以主张的独立供电***能在一个相对较宽风力范围内安全地工作，采用稳定***用于风力发电机的转子转速允许最大有效利用风力发电机产生的电能，并能确保整个***安全、无事故地运行。
工业用途
本发明主张的***既能被用于低温气候条件，也能被用于高温气候条件。本发明***能在现有的工具和元器件的基础上被制造。

Claims (4)

1.独立供电***，包括用于生产电力的风力发电装置，该装置与电力用户连接；用于将太阳能转换成热的装置，通过热载体与所述的将太阳能转换成热的装置连接的热能存储器，和电能蓄电池和与风力发电装置和电力用户和独立供电***的自动控制***连接的逆变器，所述自动控制***通过热负载和电负载传感器与执行机构连接，其特征在于，所述独立供电***还具有用于风力发电机的转子转速的稳定***，该稳定***包括与风力发电机电性连接的电网调整器，电网调整器包括电阻性负载的控制单元，且控制单元与最后一个电阻性负载连接，电网调整器还包括风力发电机电流传感器和电阻性负载传感器，发电机转子转速传感器，同步发生器，可控制的配电盘和电阻性负载，电阻性负载是一种电热器***，在电热器上消耗的电能被存储在热能存储器中。
2.根据权利要求1所述独立供电***，其特征在于，该***包括用于风力发电机的叶片转向来改变迎角的旋转装置，该旋转装置电性连接自动控制***和风速传感器。
3.根据权利要求2所述的独立供电***，其特征在于，该***还装配有与风力发电装置电性连接的吸收式冷却装置，并且风力发电机的转子转速的稳定***的可调整的电阻性负载产生的热被提供给吸收式冷却装置的发电机。
4.根据权利要求3所述的独立供电***，其特征在于，将太阳能转换成热的装置的热交换器设置在吸收式冷却装置的发电机内。
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