CN204361730U - 风力、光伏、柴油发电三电源发供电*** - Google Patents

风力、光伏、柴油发电三电源发供电*** Download PDF

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Abstract

风力、光伏、柴油发电三电源发供电***，由开关磁阻风力发电***、光伏发电***、柴油发电机组***、升降压斩波器、蓄电装置、逆变器、整流器、交流负载、直流负载组成；其技术特征在于，所述开关磁阻风力发电***与所述升降压斩波器连接，升降压斩波器与所述光伏发电***均与所述蓄电装置连接，蓄电装置同时与所述逆变器和所述直流负载连接，逆变器与所述交流负载连接，所述柴油发电机组***同时与所述整流器和交流负载连接，整流器与直流负载连接；该***可用于偏远无电网覆盖、及风能太阳能丰富的地区的居民生产生活稳定供电的需要。

Description

风力、光伏、柴油发电三电源发供电***
技术领域
本发明涉及互补发电和供电领域，具体涉及采用开关磁阻发电机为风力发电机，与光伏发电和柴油发电机组三者配合使用的三电源发供电***。
背景技术
清洁、绿色、环保为标志的风力发电和太阳能发电是多年来国内外重点发展的可再生能源发电形式。
目前风电机组主要以双馈型异步风力发电机组和直驱全功率变换型永磁同步风力发电机组为主，兼有一些鼠笼式异步风力发电机组；双馈型异步风力发电机组有较好的性价比，但它的传动链往往要有齿轮箱，这对机组的可靠性和可维护性提出了苛刻的要求；直驱全功率变换型永磁同步风力发电机组避免了齿轮箱的维护工作量，可靠性有所提高，但由于其转速很低，随着功率的增大，多极数永磁同步发电机的制造工艺复杂，技术难度大，电机体积大，造价高；鼠笼式异步风力发电机组则因风能利用率低、适应性差日趋淘汰。
开关磁阻发电机结构简单，转子上无刷、无绕组、无永久磁体；其运行时相当于一个电流源，这样在一定转速范围内，输出端电压不会随着转速的变化而变化，这非常适合于当前主流的变速运行的风力机，可提高风能的利用效率；开关磁阻发电机可以在风力直接驱动下实现较高的发电效率，也省去了齿轮箱，使整个发电***结构更加简洁、可靠，这也正是风力发电***的发展趋势；而在运行过程中，开关磁阻发电机可控参数多，如开关角控制，电流斩波控制，PWM控制等，可方便的实现比较复杂的控制策略，灵活的控制输出直流电压和电流。
目前，风光互补型的发电***较为多见，但采用开关磁阻发电机这种新型风力发电机与光伏发电互补的***尚未见报道。
针对开关磁阻发电机直接输出脉动的直流电的特点，其输出接口部分的电能变换***应与常规交流发电机输出的完全不同，不像交流发电机那样要先经过整流环节，另外其输出脉动的直流电更利于向蓄电池充电。
柴油发电机组是传统的面向无电网覆盖区域的常规发电装置，其中的发电机当前一般采用交流同步发电机。
在我国一些偏远无电网覆盖的地区，往往也是较为贫困的农村或牧区，这些地区大部分也意味着是干旱少雨、太阳能和风能丰富的三北地区，具有利用风能和太阳能得天独厚的条件，但也需要投资少、维护方便的设施利用才有可行性；另外，柴油这类化石能源污染环境，而可再生能源的利用往往也更容易得到政府的补贴；所以，有效利用可再生能源，兼顾长效稳定供电，同时简化发供电***结构、降低成本等方面之后，含可再生能源发电的多电源发供电设施在这些地区应具有应用的实际意义。
发明内容
根据以上的背景技术，本实用新型提出采用开关磁阻发电机作为风力发电机，鼠笼式三相异步发电机为柴油发电机，开关磁阻发电机输出电压可调，风力、光伏、柴油发电三电源联供及蓄电池储能备用的多电源***，可增强供电稳定性和持久性，结构简单可靠性高，成本低，维护简单。
本实用新型的技术方案为：
风力、光伏、柴油发电三电源发供电***，由开关磁阻风力发电***1、光伏发电***2、柴油发电机组***3、升降压斩波器4、蓄电装置5、逆变器6、整流器7、交流负载8、直流负载9组成；其技术特征在于，所述开关磁阻风力发电***1与所述升降压斩波器4连接，升降压斩波器4与所述光伏发电***2均与所述蓄电装置5连接，蓄电装置5同时与所述逆变器6和所述直流负载9连接，逆变器6与所述交流负载8连接，所述柴油发电机组***3同时与所述整流器7和交流负载8连接，整流器7与直流负载9连接。
所述的开关磁阻风力发电***1包含风力机、开关磁阻发电机及其控制器和功率变换器。
所述的光伏发电***2包含光伏电池阵列及光伏控制器。
所述的柴油发电机组***3中的发电机为鼠笼式交流异步发电机。
所述的升降压斩波器4指的是可对输入直流电压进行升压或降压变换的斩波电路，具体是buck-boost斩波器或者Cuk斩波器或者Sepic斩波器或者Zeta斩波器，通过对其内部唯一的电力电子开关管的开关占空比的调节，改变其输出直流电压大小。
所述的开关磁阻风力发电***1既升降压斩波器4，和所述的光伏发电***2通过串联或者并联的方式输出直流电。
本实用新型的主要技术效果是：
本实用新型的风力、光伏、柴油发电三电源发供电***，有效利用风能和太阳能，保护环境；在风能和太阳能或者其中之一较为丰富，并且足够负载所需电能时，柴油发电机组***停机，只有到风能和太阳能较弱，并且蓄电装置中的电能也消耗殆尽不能满足负载时，柴油发电机组才起动运行。
采用开关磁阻发电机作为风力发电机，开关磁阻发电机可直驱，本身的结构比永磁同步发电机更简单成本更低；其直接输出脉动的直流电，更利于给蓄电装置充电，并且可以与同为直流电输出的光伏电池并联或串联供电；简化了电能变换结构降低了成本。
由于永磁同步发电机在长时期运行时难免会失磁，引起效率下降，另外高性能的永磁材料虽然磁性强但价格很贵；而电励磁的同步发电机又需要专用直流电源；所以采用鼠笼式异步发电机的柴油发电机组***简化了结构降低了成本。
可见，本实用新型除相对风光互补、光伏与柴油互补、风力与柴油互补等已有的互补发电***来说提高了供电的持续性和稳定性外，也是一套结构简单、低成本的***，这点尤其重要，因为在偏远无电网地区，往往也是技术人员难于前往维护、经济发展落后的地区，简单的结构意味着可靠性高少维护，低成本更利于实际应用的可能。
附图说明
图1所示为本实用新型的风力、光伏、柴油发电三电源发供电***结构图。
具体实施方式
如图1所示为风力、光伏、柴油发电三电源发供电***结构图，实际上也可以说是四电源***，因为蓄电装置5在风力和光伏均不能正常发电时，可代替它们向负载供电，只有到蓄电装置5中的电能消耗殆尽不能满足负载时，才起动柴油发电机组***3。
开关磁阻风力发电***1由小型的风力机及配套的小型开关磁阻发电机及其控制器、功率变换器构成，自行完成电压反馈控制和最大功率点跟踪控制，该***为变速直驱型风力发电***，其额定功率、额定电压与光伏发电***2的额定功率、额定电压相等或相近；蓄电装置5的额定充电电压应明显小于以上二者额定输出电压之和。
升降压斩波器4是将开关磁阻风力发电***1发出的直流电压进行变换，可以是buck-boost斩波器、Cuk斩波器、Sepic斩波器、Zeta斩波器中的一种，通过改变以上斩波器中唯一的电力电子开关管的开关占空比，调节斩波器的输出直流电压大小；如果升降压斩波器4的输出与光伏发电***2的输出并联，升降压斩波器4需通过对光伏电池照度的检测反馈调整其内部电力电子开关管的占空比，以防止升降压斩波器4与光伏发电***2间产生环流，如果以上二者发电不足，即输出电压下降到一定程度，蓄电装置5中与之相连的电力电子开关管断开，防止蓄电装置5中的电能回流入以上发电***中，并由蓄电装置5向逆变器6及直流负载9供电；如果升降压斩波器4的输出与光伏发电***2的输出串联，则升降压斩波器4的作用主要是起稳定它与光伏发电***2输出电压之和即稳定蓄电装置5被充电电压的作用：在光伏发电***2输出为额定状态左右而开关磁阻风力发电***1输出也为额定状态左右时，升降压斩波器4主要起降压作用平稳它们总的输出电压，在光伏发电***2输出为额定状态左右而开关磁阻风力发电***1输出不足但还能运转时，升降压斩波器4根据蓄电装置5充电电压调整输出电压，在光伏发电***2输出不足但还能运行而开关磁阻风力发电***1输出为额定状态左右时，升降压斩波器4同样根据蓄电装置5充电电压要求来调整输出电压大小，待二发电***均输出明显不足但还能有效输出正功率时，若通过升降压斩波器4的升压作用能维持输出电压满足蓄电装置5的需要，则此时升降压斩波器4的作用特别明显，提高了可再生能源利用率；若二者输出不足并且升降压斩波器4达到升压极限仍不能满足蓄电装置5充电需要，则关闭二发电装置而由蓄电装置5向逆变器6和直流负载9供电；待蓄电装置5的电能消耗殆尽并发出报警信息后，再由人工起动小型柴油发电机组***3投入运行发供电；无论开关磁阻风力发电***1即升降压斩波器4的输出与光伏发电***2的输出是并联还是串联，当一方因能源来源不足致使发电不足必须停机时，需通过电力电子开关管断开其与供电线路的连接。
在风力不足停止发供电时，升降压斩波器4内的电力电子开关管占空比维持在升压最大比例关系控制点上，即当后续检测到风力足够大时，蓄电装置5前端开关闭合瞬间，升降压斩波器4在最大升压比上，起动后根据实际情况调整，如此也是利于最大限度利用风能。
蓄电装置5和整流器7的各自输出不能同时向直流负载9供电，蓄电装置5或风电和光伏发电工作时整流器7与直流负载9间的连线需断开，整流器7工作时蓄电装置5与直流负载9的连线需断开；柴油发电机组***3与逆变器6的各自输出不能同时向交流负载8供电，类似的，也是一方工作时另一方线路断开。
整流器7一种方案是采用不控即二极管式桥式整流主电路，直流负载9所需电压与之输出的不同或者内部包含多个不同电压要求的负载时均由其内部直流电源电路变换产生；或者采用可控电力电子开关管构成的桥式整流电路，当然，若直流负载9为多个不同电压要求的负载构成，则仍需单独直流电源二次变换。
交流负载8如抽水灌溉所需交流水泵、照明等，所需不同电压等级采取二次电源变换的方式获得。
开关磁阻风力发电***1、光伏发电***2、逆变器6内部控制装置，以及如果存在内部控制装置的整流器7，它们所需直流电由专用小型蓄电池提供，这些蓄电池的充电，采用直流负载9引出合适的电源提供。

Claims (6)

1.风力、光伏、柴油发电三电源发供电***，由开关磁阻风力发电***(1)、光伏发电***(2)、柴油发电机组***(3)、升降压斩波器(4)、蓄电装置(5)、逆变器(6)、整流器(7)、交流负载(8)、直流负载(9)组成；其技术特征在于，所述开关磁阻风力发电***(1)与所述升降压斩波器(4)连接，升降压斩波器(4)与所述光伏发电***(2)均与所述蓄电装置(5)连接，蓄电装置(5)同时与所述逆变器(6)和所述直流负载(9)连接，逆变器(6)与所述交流负载(8)连接，所述柴油发电机组***(3)同时与所述整流器(7)和交流负载(8)连接，整流器(7)与直流负载(9)连接。
2.根据权利要求1所述的风力、光伏、柴油发电三电源发供电***，其特征在于，所述的开关磁阻风力发电***(1)包含风力机、开关磁阻发电机及其控制器和功率变换器。
3.根据权利要求1所述的风力、光伏、柴油发电三电源发供电***，其特征在于，所述的光伏发电***(2)包含光伏电池阵列及光伏控制器。
4.根据权利要求1所述的风力、光伏、柴油发电三电源发供电***，其特征在于，所述的柴油发电机组***(3)中的发电机为鼠笼式交流异步发电机。
5.根据权利要求1所述的风力、光伏、柴油发电三电源发供电***，其特征在于，所述的升降压斩波器(4)指的是可对输入直流电压进行升压或降压变换的斩波电路，具体是buck-boost斩波器或者Cuk斩波器或者Sepic斩波器或者Zeta斩波器，通过对其内部唯一的电力电子开关管的开关占空比的调节，改变其输出直流电压大小。
6.根据权利要求1所述的风力、光伏、柴油发电三电源发供电***，其特征在于，所述的开关磁阻风力发电***(1)既升降压斩波器(4)，和所述的光伏发电***(2)通过串联或者并联的方式输出直流电。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105703700A (zh) * 2016-04-06 2016-06-22 青岛中科麦特新能源有限公司 一种与养鱼场结合的光伏发电***
CN109768615A (zh) * 2017-11-09 2019-05-17 四川函繁科技有限公司 用于农业灌溉***的供电模块

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