一種適用于海島微電網供電模式的戶用風光互補發電系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種適用于海島微電網供電模式的戶用風光互補發電系統，包括：風力發電機；太陽能光伏電池；蓄電池組；分別與所述風力發電機以及所述太陽能光伏電池相連的，控制所述風力發電機以及所述太陽能光伏電池按照預設充電模式對所述蓄電池組充電的風光互補控制器；與所述蓄電池組相連，將所述蓄電池組的直流電轉換成交流電的逆變充電一體機；以及與海島微電網控制中心進行信息交互的遠程通信接口，有效的解決了現有技術中海島供電環境污染、經濟成本高的問題。
【專利說明】—種適用于海島微電網供電模式的戶用風光互補發電系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電力發電系統，更具體的說是涉及一種適用于海島微電網供電模式的戶用風光互補發電系統。
【背景技術】
[0002]我國有500m2以上的海島6500個以上，總面積6600多km2，其中有常住居民的455個，人口 470多萬。長期以來，由于電力等能源供應的限制，海島的發展受到嚴重制約。目前，海島的供電模式基本上有兩種，一是依靠島上的柴油發電系統構成獨立電網為島上居民提供用電，二是通過長距離海底電纜與大電網相連，由大電網來供電。
[0003]但，第一種供電方式對海島的生態環境造成影響，不利于生態海島的建設，同時島上用油的運輸、儲存等環節增加了成本。第二種供電方式不僅經濟成本高，而且供電可靠性低，一旦海纜出現故障或被損壞，很難保證海島居民的持續供電。
[0004]微電網是由分布式電源、儲能和負荷構成的獨立可控供能系統，是發揮可再生能源效能的最有效形式。發明人發現:在海島上采用微電網供電模式，可以以較少的環境代價，換取較高的整體投資效益和能源轉換效率，是當前海島電網的發展方向。戶用風光互補發電系統以家庭用戶為單位，能夠最大化地利用海島的風能和太陽能資源，有效解決單一發電的不連續問題，是一種比較理想的海島微電網供電補充模式。
[0005]綜上，如何提供一種適用于海島微電網供電模式的戶用風光互補發電系統是當前亟待解決且具有現實意義的問題。
實用新型內容
[0006]有鑒于此，本實用新型提供了一種適用于海島微電網供電模式的戶用風光互補發電系統，作為海島微電網供電的有效補充，有效的解決了現有技術中海島供電環境污染、經濟成本高的問題。
[0007]為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案:
[0008]一種適用于海島微電網供電模式的戶用風光互補發電系統，包括:
[0009]風力發電機；
[0010]太陽能光伏電池；
[0011]蓄電池組；
[0012]分別與所述風力發電機以及所述太陽能光伏電池相連的，控制所述風力發電機以及所述太陽能光伏電池按照預設充電模式對所述蓄電池組充電的風光互補控制器；
[0013]與所述蓄電池組相連，將所述蓄電池組的直流電轉換成交流電的逆變充電一體機；
[0014]與海島微電網控制中心進行信息交互的遠程通信接口。
[0015]優選的，所述風力發電機為水平軸式或垂直軸式風力發電機。
[0016]優選的，所述太陽能光伏電池為單晶硅或多晶硅電池。[0017]優選的，所述蓄電池組為電化學蓄電池組。
[0018]優選的，所述風光互補控制器為集風能、太陽能控制于一體，具備防雷、防蓄電池過充過放、防反接、太陽能電池防反充、風機過轉速剎車、過電流剎車、過風速剎車等完善保護功能的風光互補控制器。
[0019]優選的，所述逆變充電一體機為集合逆變器、蓄電池充電器等多種功能，具備過載保護、過熱保護以及短路保護等要求的逆變充電一體機。
[0020]優選的，所述太陽能光伏電池的組件邊框為不銹鋼邊框。
[0021]優選的，所述風光互補控制器以及所述逆變充電一體機的內部電路板均為涂有環氧樹脂的電路板。
[0022]優選的，還包括與所述逆變充電一體機相連的太陽能熱水器。
[0023]優選的，還包括:
[0024]與海島微電網控制中心進行數據交互的遠程通信接口、EPON通信裝置和GPRS無線通信裝置。
[0025]經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，本實用新型提供了一種適用于海島微電網供電模式的戶用風光互補發電系統，包括:風力發電機、太陽能光伏電池、蓄電池組、風光互補控制器、逆變充電一體機以及遠程通信接口。其中，風光互補控制器分別與風力發電機以及太陽能光伏電池相連，用于控制風力發電機以及太陽能光伏電池按照預設充電模式對蓄電池組充電，逆變充電一體機與蓄電池組相連，將蓄電池組的直流電轉換成交流電，供給海島用戶，并通過遠程通信接口利用通信網絡與海島微電網控制中心進行信息交互。本實用新型提供的海島微電網供電模式下戶用風光互補發電系統充分考慮海島不同于大陸的特殊氣候和自然環境條件，將太陽能以及風能等自然資源轉化為電能，供給海島用戶，運行簡單可靠，沒有環境污染，經濟成本低，是一種比較理想的海島微電網供電補充模式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
[0027]圖1為本實用新型實施例提供的一種適用于海島微電網供電模式的戶用風光互補發電系統的結構示意圖；
[0028]圖2為實用新型實施例提供的戶用風光互補發電系統與海島微電網控制中心的信息交互的示意圖；
[0029]圖3為實用新型實施例提供的戶用風光互補發電系統與海島微電網控制中心的又一信息交互的示意圖；
[0030]圖4為本實用新型實施例提供的另一種適用于海島微電網供電模式的戶用分布式供能系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0031]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0032]實施例一
[0033]請參閱圖1，為本實用新型實施例提供的一種適用于海島微電網供電模式的戶用風光互補發電系統，包括:風力發電機101,太陽能光伏電池102,蓄電池組103,風光互補控制器104以及逆變充電一體機105。
[0034]具體的，風光互補控制器分別與風力發電機以及太陽能光伏電池相連，控制風力發電機以及太陽能光伏電池按照預設充電模式對蓄電池組充電。逆變充電一體機與蓄電池組相連，將蓄電池組的直流電轉換成交流電，供用戶負荷使用。且優選的，本戶用風光互補發電系統還與海島微電網106相連，并通過遠程通信接口與海島微電網控制中心進行信息交互，風力發電機和太陽能光伏電池可以根據海島微電網控制中心的實際控制要求獨立運行，也可以同時工作。下面先對戶用風光互補發電系統各組成部件做簡單介紹。
[0035]風力發電機按主軸旋轉方向大致可以分為兩類:水平軸式和垂直軸式風力發電機。水平軸式風機轉動軸與地面平行，需隨風向變換調整葉輪的朝向，具備較高的風能利用率，價格低廉，但葉片旋轉直徑較大。垂直軸式風機轉動軸與地面垂直，葉輪不需改變方向，具有啟動風速低、噪音低、抗風能力強等優點，且其葉輪旋轉直徑較小，安裝使用方便，但價格相對較高。海島戶用系統可根據價格、安裝等要求選擇不同類型的風機。
[0036]太陽能光伏電池主要可以分為晶體娃光伏電池和薄膜光伏電池兩種，其中晶體娃光伏電池又分為單晶硅光伏電池和多晶硅光伏電池。單晶硅光伏電池的光電轉換效率為15%左右，最聞的可達到24%,是所有種類的光伏電池中光電轉換效率最聞的，技術也比較成熟，但其成本價格較高。多晶硅光伏電池的光電轉換效率較單晶硅低但比薄膜電池要高，并且沒有明顯的效率衰退問題，而且其制作成本相對較低，因此得到大量發展。薄膜電池成本低、重量輕,便于大規模生產,但受制于其光電轉換效率偏低，且不夠穩定，隨著時間的延長，其轉換效率衰減較快，因此實際中應用并不多。海島戶用太陽能光伏電池可以綜合工程實際情況選擇單晶硅或者多晶硅電池。
[0037]目前，儲能技術按照具體方式可分為物理、電磁、電化學和相變儲能四大類型，考慮到海島實際實施條件以及技術、運行成本等因素，海島微電網中戶用風光互補發電系統的儲能采用電化學蓄電池組較為合適。
[0038]在常用的蓄電池中，主要有鋰離子蓄電池、鎳氫蓄電池、鎳金屬氧化物蓄電池和鉛酸蓄電池等。在選擇蓄電池時，要綜合考慮電池的電氣性能、成本、尺寸、質量、壽命、維護性、安全性、再利用性等條件。鉛酸蓄電池價格低廉、性能可靠、安全性高，得到了廣泛的應用。鉛酸蓄電池在技術上不斷進步和完善，作為先進鉛酸蓄電池的代表，鉛炭電池將具有電容特性或高導電特性的炭材料加入到負極，結合鉛酸電池和超級電容器的優勢，既保持了鉛酸電池高能量密度，又具有超級電容器高功率、快速充放電、循環壽命長的特點，使電池性能得到了更大的突破，特別適合用在分布式發電領域。從工程實際應用角度來看，鉛酸蓄電池性價比較高，較為適合在海島戶用模式中使用，而鉛炭電池由于具有性能上的優勢，代表著未來儲能技術的方向，可以進行嘗試應用。
[0039]風光互補控制器集風能、太陽能控制于一體，能同時控制風力發電機和太陽能電池板對蓄電池進行安全高效的智能充電。控制器應具備防雷、蓄電池過充、過放、防反接、太陽能電池防反充、風機過轉速剎車、過電流剎車、過風速剎車等完善的保護功能，能夠控制蓄電池按照設定的充電模式進行智能充電，使蓄電池保持較高的容量和較長的使用壽命。風光互補控制器可以說是戶用系統中的核心部件，其性能的好壞直接影響到整個系統的壽命和運行穩定性，因此海島戶用系統在選擇該器件時應特別關注其性能，尤其是在海島上應用時的適用性。
[0040]逆變充電一體機集合了逆變器、蓄電池充電器等多種功能，在風、光資源充足時，可以將直流電逆變成交流電供戶用負荷并把多余的電量上送到微電網；在風、光資源不足且蓄電池剩余容量不夠時，由微電網向負荷供電并對蓄電池充電。逆變充電一體機應具備通訊接口，以實現與微電網控制中心的信息交互，能夠接受微電網控制中心的命令，實現戶用風光互補發電系統并網運行和離網運行兩種模式之間的切換。在戶用系統并網運行時，逆變充電一體機輸出的電流諧波應盡可能小，保證對微電網不會產生諧波污染和電網沖擊；在離網運行時，能夠起到電壓源作用，為戶用小系統提供基準電壓，保證戶用負荷的可靠供電。此外，逆變充電一體機還應具備過載保護、過熱保護、短路保護等功能，以應對在實際使用過程中出現的各種異常情況，使逆變充電一體機本身及戶用系統其他部件免受損傷。同風光互補控制器一樣，海島戶用系統在選擇逆變充電一體機時也應特別注重其性能在海島環境下的適用性，保證能夠可靠、穩定地運行。
[0041]除此，本實用新型還結合海島的特殊環境，對戶用風光互補發電系統做了相應的調整，具體為:
[0042]海島的高溫、高濕、高鹽霧環境會對系統中的各組成部件產生較大的腐蝕作用。在選材方面，與陸上多采用鋁材料邊框不同，海島用光伏組件邊框宜采用不銹鋼或其它耐腐蝕材料，以提高其防腐能力，而組件的非金屬部分也需要考慮在強紫外線輻射條件下的抗老化能力。在生產過程中，一些戶外設備的外殼應考慮噴涂耐高溫、耐濕、耐腐蝕的特殊防護材料，增強設備的環境適應性；而對于風光互補控制器、逆變充電一體機等控制設備中的電路板，可以考慮噴涂一些與空氣隔絕的環氧樹脂涂料，以抵御海島空氣中少量水或污染物對電路的影響，避免短路。此外，相關設備在出廠前應進行嚴格的鹽霧試驗，確保設備在實際應用中具備良好的電氣和機械性能。
[0043]臺風是海島尤其是東南沿海島嶼經常會遭遇到的一種惡劣氣象，像光伏組件、風機的主要設備均位于戶外，臺風會對它們產生較大的影響。海島戶用系統中的光伏組件一般安裝在用戶的屋頂，為了減小臺風的影響，在安裝時可以適當減小光伏組件的安裝傾斜角，通過利用樓頂女兒墻的高度來防止臺風將組件向上抬起；同時應根據安裝環境的具體位置及風向情況，在光伏組件滿足太陽能發電允許方向角的前提下，盡可能使光伏組件方向角和安裝點位置的風向之間的角度差控制在O?90ο，從而使臺風從組件的側面吹過或產生向下的壓力而不是向上的拉力；另外，在安裝時還要充分考慮光伏組件和支架以及支架和用戶屋頂之間的可靠連接，采取相應的加固措施。
[0044]對于海島戶用系統中的風機，為了應對臺風影響也應提出更高的要求。在選擇風機時，應特別注意其安全可靠和環境適用性。當風速超過25m/s時，風機系統應能夠停止發電進入保護自鎖狀態；同時應根據海島的安裝環境及實際的風力資源等級選擇不同高度的桿塔，從而可以在充分利用風能資源的情況下，保證風機的可靠安全運行。在出廠前，風機應做過可靠的風洞測試。在風機安裝時，還需要考慮海島環境因地制宜的選擇合適的安裝方式及加固方案，比如可以通過加大風機的澆筑基礎、加固硬連接式斜拉桿和防機械疲勞式斜拉索等方法來增強抵御臺風的能力。
[0045]在海島微電網系統中，本系統可以作為一個重要的調節手段參與到微電網的運行控制中，通過與微電網之間的協調配合，保證微電網的穩定、可靠、經濟、優化運行。對微電網而言，本系統即為一個獨立可控系統。本系統除了要向微電網控制中心上傳風機、光伏、儲能的實時信息外，同時還要將與微電網聯絡線上的功率信息上送到控制中心，并能夠接收控制中心的命令，進行并離網運行切換。在正常情況下，本系統并網運行，當本系統內風力、光伏發電功率小于負荷功率時，首先由蓄電池放電為負荷供電，如果還有不足，則由微電網通過聯絡線補足差額電量，此時整個系統可以看作是微電網中的一個“負荷點”；當系統內風力、光伏發電功率大于負荷功率時，由風電、光伏向蓄電池充電，如果蓄電池充滿后仍有剩余電量，則通過聯絡線向微電網外送，此時本系統可以看作是微電網中的一個“電源點”。微電網控制中心根據戶用系統聯絡線上采集到的實時功率信息，首先對本系統進行定性，并綜合微電網中其它組成部分上傳的信息，形成微電網優化運行控制策略，當需要斷開戶用系統聯絡線時，將向本系統發送離網命令。本系統轉離網運行后，與微電網之間沒有功率交互，若風機、光伏發電功率大于負荷用電，多余功率向蓄電池充電，蓄電池充滿后啟動卸荷；若風機、光伏發電功率小于負荷用電，由蓄電池提供不足功率，當蓄電池容量消耗大于離網運行容量下限時，停止向負荷供電。
[0046]具體的，戶用風光互補發電系統要實現與海島微電網之間的功能交互，充分發揮其在海島微電網中的協調作用，需要借助于可靠的通訊網絡。戶用系統分布一般比較分散，在距離微電網控制中心比較遠的區域，考慮到投資費用問題，在具體實現時可以采用GPRS無線通訊方式，在微電網控制中心安裝固定IP通信設備，遠端戶用風光互補發電系統連接到該固定IP設備，進行數據交互。GPRS無線通訊方式的原理示意圖如圖2所示，其中，108為微電網控制中心。
[0047]對于距離微電網控制中心比較近的區域，為了增強微電網與戶用風光互補發電系統之間通訊的可靠性，可以考慮采用以太網無源光網絡(EPON)技術。在微電網控制中心配置OLT設備，在就近的各戶用風光互補發電系統配置ONU設備，考慮到海島戶用風光互補發電系統的實際特點，ONU終端設備可以選用雙PON 口設備實現全保護自愈，ONU設備采用工業級設備，以滿足海島惡劣的現場運行環境。根據各戶用風光互補發電系統的地理分布形態，并結合海島電氣主接線結構，各戶用風光互補發電系統的ONU終端串接成鏈狀接入到微電網控制中心OLT設備的主備PON 口，形成以微電網控制中心為匯聚節點的物理環。就近的戶用風光互補發電系統與微電網控制中心之間的通訊示意圖如圖3所示。其中，108為微電網控制中心，10為戶用風光互補發電系統。
[0048]微電網控制中心在進行運行控制時，優先對就近的戶用風光互補發電系統進行控制，當控制效果仍然不能滿足微電網運行要求時，再考慮通過GPRS無線網絡向遠端的戶用風光互補發電系統發控制調節命令。
[0049]實施例二
[0050]為了增加與微電網之間交互的靈活性，并考慮到海島用戶的實際需求，可以將太陽能供熱水系統與本系統結合，構成海島戶用分布式供能系統，使海島可再生能源達到最大化利用。
[0051]請參閱圖4，為本實施例提供的一種適用于海島微電網供電模式的戶用分布式供能系統，包括:風力發電機101,太陽能光伏電池102,蓄電池組103,風光互補控制器104、逆變充電一體機105以及太陽能熱水器107。
[0052]其工作原理和實施例一類似，風光互補控制器分別與風力發電機以及太陽能光伏電池相連，控制風力發電機以及太陽能光伏電池按照預設充電模式對蓄電池組充電。逆變充電一體機與蓄電池組相連，將蓄電池組的直流電轉換成交流電，一部分供用戶負荷使用，一部分用于在預設條件下給熱水器供電。具體的，正常情況下，利用太陽能資源直接給水加熱，為海島用戶提供生活用水。在太陽能光照不足無法提供充足熱水或者接收到微電網控制中心的命令要求時，由風光互補發電系統供電加熱。
[0053]經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，本實用新型提供了一種適用于海島微電網供電模式的戶用風光互補發電系統，包括:風力發電機、太陽能光伏電池、蓄電池組、風光互補控制器、逆變充電一體機以及遠程通信接口。其中，風光互補控制器分別與風力發電機以及太陽能光伏電池相連，用于控制風力發電機以及太陽能光伏電池按照預設充電模式對蓄電池組充電，逆變充電一體機與蓄電池組相連，將蓄電池組的直流電轉換成交流電，供給海島用戶，并通過遠程通信接口利用通信網絡與海島微電網控制中心進行信息交互。本實用新型提供的海島微電網供電模式下戶用風光互補發電系統充分考慮海島不同于大陸的特殊氣候和自然環境條件，將太陽能以及風能等自然資源轉化為電能，供給海島用戶，運行簡單可靠，沒有環境污染，經濟成本低，是一種比較理想的海島微電網供電補充模式。
[0054]本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例提供的裝置而言，由于其與實施例提供的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。
[0055]對所提供的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所提供的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權利要求】
1.一種適用于海島微電網供電模式的戶用風光互補發電系統，其特征在于，包括: 風力發電機； 太陽能光伏電池； 蓄電池組； 分別與所述風力發電機以及所述太陽能光伏電池相連的，控制所述風力發電機以及所述太陽能光伏電池按照預設充電模式對所述蓄電池組充電的風光互補控制器； 與所述蓄電池組相連，將所述蓄電池組的直流電轉換成交流電的逆變充電一體機； 與海島微電網控制中心進行信息交互的遠程通信接口。
2.根據權利要求1所述的戶用風光互補發電系統，其特征在于，所述風力發電機為水平軸式或垂直軸式風力發電機。
3.根據權利要求1所述的戶用風光互補發電系統，其特征在于，所述太陽能光伏電池為單晶硅或多晶硅電池。
4.根據權利要求1所述的戶用風光互補發電系統，其特征在于，所述蓄電池組為電化學蓄電池組。
5.根據權利要求1所述的戶用風光互補發電系統，其特征在于，所述太陽能光伏電池的組件邊框為不銹鋼邊框。
6.根據權利要求1所述的戶用風光互補發電系統，其特征在于，所述風光互補控制器以及所述逆變充電一體機的內部電路板均為涂有環氧樹脂的電路板。
7.根據權利要求1所述的戶用風光互補發電系統，其特征在于，還包括與所述逆變充電一體機相連的太陽能熱水器。
8.根據權利要求1所述的戶用風光互補發電系統，其特征在于，還包括:與海島微電網控制中心進行數據交互的遠程通信接口、EPON通信裝置和GPRS無線通I I=I 目.ο
【文檔編號】F03D7/00GK203670100SQ201320657766
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年10月23日 優先權日:2013年10月23日
【發明者】吳哲, 陳榮柱, 周宗庚, 趙深, 江涌, 楊振, 林世溪, 孫景釕, 林群, 蔡電寶, 郭顯邊, 葉明友, 蔡軾, 周毅, 李琦, 鄭圣, 項燁鋆, 趙碚 申請人:國家電網公司, 國網浙江省電力公司, 國網浙江省電力公司溫州供電公司