一種反滲透海水淡化自適應(yīng)控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種反滲透海水淡化自適應(yīng)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]反滲透海水淡化裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，其包括取水栗1、預(yù)處理裝置2、中間水箱3、供水栗4、保安過濾器5、高壓栗6、反滲透膜組件7。反滲透海水淡化裝置主要依靠電力驅(qū)動，但在電網(wǎng)覆蓋不到的海島或邊遠地區(qū)，由于基本不具備提供充足電力的條件，更無多余能源用于海水淡化處理。隨著可再生能源發(fā)電技術(shù)和反滲透技術(shù)的不斷進步，就地利用當(dāng)?shù)貎?yōu)越的風(fēng)力和海水等自然資源，開發(fā)建立以非并網(wǎng)風(fēng)電為主的反滲透海水淡化耦合系統(tǒng)，可有效解決某些地區(qū)的能源和淡水供應(yīng)問題，市場前景十分廣闊。但風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等可再生能源電力具有不穩(wěn)定性、波動性和間歇性特點，這與反滲透海水淡化裝置的能源穩(wěn)定性要求矛盾。如何通過先進的控制系統(tǒng)實現(xiàn)耦合系統(tǒng)的高效運行和低成本應(yīng)用，一直是新能源海水淡化的研究熱點和難題。
[0003]傳統(tǒng)的非并網(wǎng)風(fēng)電海水淡化系統(tǒng)主要采用風(fēng)力發(fā)電和蓄電池組相結(jié)合的供電結(jié)構(gòu)，即風(fēng)力發(fā)電機發(fā)出的交流電分別經(jīng)整流設(shè)備、蓄電池組和逆變設(shè)備，最后供給海水淡化負載。該供電結(jié)構(gòu)需要配備大容量儲能電池組和逆變設(shè)備，現(xiàn)有控制方法主要根據(jù)蓄電池組的儲能情況，通過調(diào)節(jié)或切換海水淡化負載栗來實現(xiàn)功率平衡，存在建設(shè)成本高、維護難度大、運行穩(wěn)定性差等問題，且蓄電池充放電、逆變設(shè)備電能轉(zhuǎn)換以及變頻調(diào)速等過程存在多重能量損失，造成可再生能源電力利用效率低。因此，需要提供一種能量轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)簡單、高效利用風(fēng)能的反滲透海水淡化自適應(yīng)控制系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種反滲透海水淡化自適應(yīng)控制系統(tǒng)。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采用的技術(shù)方案是:一種反滲透海水淡化自適應(yīng)控制系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電機組、主控單元、監(jiān)測單元、驅(qū)動單元;所述驅(qū)動單元與反滲透海水淡化裝置的取水栗電機、供水栗電機、高壓栗電機連接;所述風(fēng)力發(fā)電機組與能將所述風(fēng)力發(fā)電機組輸出的交流電轉(zhuǎn)換為直流電的風(fēng)電控制器連接;所述風(fēng)電控制器與所述驅(qū)動單元、主控單元連接;所述主控單元與驅(qū)動單元、監(jiān)測單元連接。
[0006]所述監(jiān)測單元包括多個監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機組側(cè)、風(fēng)電控制器側(cè)及蓄電池側(cè)的電壓傳感器、電流傳感器，監(jiān)測反滲透海水淡化裝置管路運行狀態(tài)的流量傳感器、壓力傳感器以及水質(zhì)分析儀表本實用新型的監(jiān)測單元結(jié)構(gòu)簡單，各傳感器可以實時獲取反滲透海水淡化裝置的各種狀態(tài)，從而可以更好地監(jiān)控海水反滲透淡化裝置的工作情況。
[0007]本實用新型的驅(qū)動單元包括分別與所述取水栗電機、供水栗電機和高壓栗電機連接的第一變頻器、第二變頻器和第三變頻器;所述第一變頻器、第二變頻器和第三變頻器的輸入端接市電或柴油發(fā)電機的三相交流電，可以通過主控單元實現(xiàn)供電電源切換，滿足不同用電場合的需求。
[0008]利用本實用新型裝置實現(xiàn)反滲透海水淡化裝置的控制方法主要實現(xiàn)過程為:當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)電功率大于反滲透海水淡化裝置額定功率，且不超過反滲透海水淡化裝置用電負載的最大用電量時，主控單元控制風(fēng)電控制器僅向驅(qū)動單元供電，第一變頻器、第二變頻器和第三變頻器根據(jù)所述發(fā)電功率調(diào)節(jié)取水栗電機、供水栗電機和高壓栗電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機組最大功率輸出；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)電功率超過反滲透海水淡化裝置用電負載的最大用電量時，主控單元控制風(fēng)電控制器向驅(qū)動單元供電，同時向蓄電池組充電，此時第一變頻器、第二變頻器和第三變頻器分別驅(qū)動取水栗電機、供水栗電機、高壓栗電機達到最大運行轉(zhuǎn)速，并由蓄電池組吸收多余的電能；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)電功率持續(xù)減少，使得發(fā)電功率無法滿足反滲透海水淡化裝置的最小用電量時，主控單元控制風(fēng)電控制器驅(qū)動第一變頻器、第二變頻器和第三變頻器維持反滲透海水淡化裝置最小出力；當(dāng)發(fā)電功率持續(xù)小于反滲透海水淡化裝置最小運行負載功率時，反滲透海水淡化裝置由產(chǎn)水可調(diào)工作制投切到間歇式運行工作制，停止第二變頻器和第三變頻器，僅第一變頻器工作，實現(xiàn)抽水蓄能；當(dāng)發(fā)電功率小于第一變頻器所需最小驅(qū)動功率，主控單元控制反滲透海水淡化裝置停機。
[0009]本實用新型中，產(chǎn)水可調(diào)工作制對應(yīng)第一變頻器、第二變頻器和第三變頻器同時工作的狀態(tài)；間歇式運行工作制對應(yīng)第二變頻器和第三變頻器不工作，僅第一變頻器工作的狀態(tài)。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型所具有的有益效果為:本實用新型的控制系統(tǒng)將風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)出的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，并直接作為反滲透海水淡化裝置的驅(qū)動能源，并配備蓄電池組，無需配備逆變設(shè)備，簡化了電能轉(zhuǎn)換中間環(huán)節(jié)，減小了傳統(tǒng)風(fēng)電系統(tǒng)的蓄電池容量，提高了風(fēng)電利用效率。
【附圖說明】
[0011]圖1為反滲透海水淡化裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為本實用新型控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0013]如圖2所示，本實用新型風(fēng)機控制器令風(fēng)力發(fā)電機組以最大輸出功率運行，并將風(fēng)機發(fā)出的三相交流電轉(zhuǎn)化為直流電，分別傳輸至驅(qū)動單元和蓄電池組，驅(qū)動單元包括三個變頻器，三個逆變器的三相交流輸出接反滲透海水淡化裝置的電機負載。主控單元根據(jù)顯示單元的操作指令，向驅(qū)動單元變頻器和風(fēng)機控制器發(fā)送控制信號，同時根據(jù)監(jiān)測單元實時采集的風(fēng)力發(fā)電機組輸出狀態(tài)、當(dāng)前蓄電池組蓄能狀態(tài)和反滲透海水淡化裝置的工作狀態(tài)，通過主控單元對整個裝置進行動態(tài)協(xié)調(diào)、控制和管理。
[0014]驅(qū)動單元的三個變頻器吸收絕大部分風(fēng)電能量，并通過主控單元的動態(tài)協(xié)調(diào)、控制和管理，保持發(fā)電功率和負載功率的動態(tài)平衡。蓄電池組的作用是負責(zé)快速提供或吸收波動的電能，維持直流電壓穩(wěn)定。此外，蓄電池組有欠壓和過壓保護功能，用于防止蓄電池組過充或過放。
[0015]本實用新型控制系統(tǒng)的主控單元為PLC控制器，顯示單元為觸摸屏。其中，主控單元的電源取自蓄電池組。
[0016]在整個裝置運行中，控制系統(tǒng)分析判斷風(fēng)電產(chǎn)量的動態(tài)變化，從而對驅(qū)動單元第一變頻器相連的取水栗電動機、第二變頻器相連的供水栗電動機和第三變頻器相連的高壓栗電動機的轉(zhuǎn)速進行實時調(diào)節(jié)，同時由蓄電池組快速提供或吸收波動的電能，保持發(fā)電功率與負載功率的動態(tài)平衡。
[0017]當(dāng)風(fēng)電產(chǎn)量在當(dāng)前正常生產(chǎn)所需的負載功率范圍內(nèi)，主控單元令風(fēng)電控制器僅向驅(qū)動單元供電，蓄電池組處于靜止狀態(tài)(不工作)，此時第一變頻器、第二變頻器和第三變頻器根據(jù)風(fēng)電輸出功率調(diào)節(jié)給定轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)風(fēng)機最大功率輸出。
[0018]當(dāng)風(fēng)電產(chǎn)量持續(xù)增加，使得發(fā)電功率超過海水淡化用電負載的最大用電量，主控單元令風(fēng)電控制器向驅(qū)動單元供電，同時向蓄電池組充電。此時第一變頻器、第二變頻器和第三變頻器控制相應(yīng)電機達到最大運行轉(zhuǎn)速，并由蓄電池組吸收多余的電能。
[0019]當(dāng)風(fēng)電產(chǎn)量持續(xù)減少，使得發(fā)電功率無法滿足用電負載的最小用電量，主控單元令風(fēng)電控制器向驅(qū)動單元供電，此時第一變頻器、第二變頻器和第三變頻器維持海水淡化最小出力的運行轉(zhuǎn)速。
[0020]當(dāng)風(fēng)電輸出功率持續(xù)小于海水淡化最小運行負載功率，主控單元令將反滲透海水淡化裝置從產(chǎn)水可調(diào)工作制投切到間歇式運行工作制，即停止驅(qū)動供水栗的第二變頻器和驅(qū)動高壓栗的第三變頻器，僅由驅(qū)動取水栗的第一變頻器工作實現(xiàn)抽水蓄能。
[0021]當(dāng)風(fēng)機的輸出小于第一變頻器所需最小驅(qū)動功率，主控單元令反滲透海水淡化裝置停機。
[0022]本實用新型控制系統(tǒng)的驅(qū)動單元的第一變頻器、第二變頻器和第三變頻器的直流輸入由風(fēng)電控制器或蓄電池組供電，其交流輸入可以接入市電或柴油發(fā)電的三相交流電，并通過主控單元實現(xiàn)供電電源切換，滿足不同用電場合的需求。
【主權(quán)項】
1.一種反滲透海水淡化自適應(yīng)控制系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電機組、主控單元、監(jiān)測單元、驅(qū)動單元;所述驅(qū)動單元與反滲透海水淡化裝置的取水栗電機、供水栗電機、高壓栗電機連接;其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電機組與能將所述風(fēng)力發(fā)電機組輸出的交流電轉(zhuǎn)換為直流電的風(fēng)電控制器連接;所述風(fēng)電控制器與所述驅(qū)動單元、主控單元連接;所述主控單元與驅(qū)動單元、監(jiān)測單元連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反滲透海水淡化自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測單元包括多個監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機組側(cè)、風(fēng)電控制器側(cè)及蓄電池側(cè)的電壓傳感器、電流傳感器，監(jiān)測反滲透海水淡化裝置管路運行狀態(tài)的流量傳感器、壓力傳感器以及水質(zhì)分析儀表。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反滲透海水淡化自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動單元包括分別與所述取水栗電機、供水栗電機和高壓栗電機連接的第一變頻器、第二變頻器和第三變頻器。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的反滲透海水淡化自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一變頻器、第二變頻器和第三變頻器的輸入端接市電或柴油發(fā)電機的三相交流電。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反滲透海水淡化自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括與所述風(fēng)電控制器連接的蓄電池組;所述蓄電池組為所述主控單元提供工作電源。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反滲透海水淡化自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主控單元與顯示單元連接。
【專利摘要】本實用新型公開了一種反滲透海水淡化自適應(yīng)控制系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電機組、主控單元、監(jiān)測單元、驅(qū)動單元；所述驅(qū)動單元與反滲透海水淡化裝置的取水泵電機、供水泵電機、高壓泵電機連接；所述風(fēng)力發(fā)電機組與風(fēng)電控制器連接；所述風(fēng)電控制器與所述驅(qū)動單元、主控單元連接；所述主控單元與驅(qū)動單元、監(jiān)測單元連接。本實用新型提高了反滲透海水淡化裝置的使用安全性和可靠性。
【IPC分類】H02J7/34, C02F1/44, G05B13/04
【公開號】CN205099422
【申請?zhí)枴緾N201520897899
【發(fā)明人】郭沨, 俞永江, 杜成瓊, 康權(quán), 童純清, 王金燕, 陳湘斌
【申請人】中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司, 湖南中南水務(wù)環(huán)?？萍加邢薰?br>【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月12日