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一種可再生能源冷熱電微網(wǎng)系統(tǒng)及控制方法

文檔序號:8397549閱讀:565來源:國知局
一種可再生能源冷熱電微網(wǎng)系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及可再生能源發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域,特別是一種多種能源驅(qū)動的可再生能源冷熱電微網(wǎng)系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]1、冷熱電微網(wǎng)系統(tǒng)是建立在能量梯級利用和各微源相互協(xié)調(diào)運行的基礎(chǔ)上,多能源形式相互配合,可同時向用戶提供冷、熱、電三種能量,不僅可以提高系統(tǒng)的運行效率,減少能源浪費,還可以大大提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。
[0003]2、我國冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)大多利用燃?xì)廨啓C作為原動機,但當(dāng)容量較小時(如30kff?50kW等級),內(nèi)燃機相比微型燃?xì)廨啓C無論是在效率和性能上還是在成本上都具有明顯的優(yōu)勢。內(nèi)燃機發(fā)電機組的電效率一般在30%以上,明顯高于燃?xì)廨啓C,運行負(fù)荷特性好,價格低廉,啟動迅速,易于國產(chǎn)化和大規(guī)模推廣。因此,內(nèi)燃機在小型分布式供能系統(tǒng)中具有得天獨厚的優(yōu)勢和廣泛的應(yīng)用前景。
[0004]3、用內(nèi)燃機作為原動機驅(qū)動同步發(fā)電機發(fā)電,會有約三分之二的能量轉(zhuǎn)化為熱量依附于煙氣和缸套水之中。如果僅僅考慮電能的使用,高溫?zé)煔夂透滋谉崴械臒崃颗欧庞诃h(huán)境之中,則造成大量熱能浪費。而冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)可以利用內(nèi)燃發(fā)電機組產(chǎn)生電能,配合使用余熱回收裝置、溴化鋰吸收式制冷機等,充分利用內(nèi)燃機排出的高溫?zé)煔夂透滋谉崴a(chǎn)生冷水和熱水,滿足用戶冷、熱、電負(fù)荷需求。
[0005]4、通過對現(xiàn)有專利進(jìn)行檢索,發(fā)現(xiàn)公布號為CN 103034204A的發(fā)明專利:一種冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)及調(diào)度方法,該系統(tǒng)由以天然氣為燃料,采用燃?xì)廨啓C驅(qū)動發(fā)電機供電,由電空調(diào)、蓄冰空調(diào)供冷,余熱回收裝置供熱。該系統(tǒng)能量來源單一,配置容量時若考慮峰值負(fù)荷,存在系統(tǒng)配置冗余問題;缺少儲熱裝置,電熱完全耦合,容易造成能源的浪費;采用電制冷方式,夏季時熱負(fù)荷需求較小,大量熱能被浪費,系統(tǒng)能源利用率較低。公開號CN101055121A的發(fā)明專利,微型分布式太陽能驅(qū)動冷熱電聯(lián)供系統(tǒng),其熱能主要來源于太陽能集熱器,系統(tǒng)受天氣因素制約,有效運行時間較短。
[0006]通過對現(xiàn)有系統(tǒng)和專利的分析,目前冷熱電聯(lián)供系統(tǒng),供能單元主要是燃?xì)廨啓C、內(nèi)燃機或太陽能集熱器。然而采用太陽能集熱器作為熱量來源,系統(tǒng)受天氣因素制約嚴(yán)重,無法保證系統(tǒng)的運行時間和能量穩(wěn)定輸出。而單一的燃?xì)廨啓C或燃?xì)鈨?nèi)燃機做系統(tǒng)原動機,系統(tǒng)通常采用“以熱定電”或“以電定熱”模式。由于內(nèi)燃發(fā)電機組電、熱輸出具有強耦合性,無論采用何種運行模式,都無法保證電、熱的全部利用。并且兩種模式都需要實時調(diào)整燃?xì)廨啓C或內(nèi)燃機出力,因此系統(tǒng)可靠性較差,機組不能始終運行于高效區(qū),能源利用率較低,而且還會影響內(nèi)燃機壽命。
[0007]目前的微電網(wǎng)系統(tǒng)大多僅僅考慮電能的控制和使用,然而僅由光電、風(fēng)電、儲能組成的微網(wǎng)系統(tǒng)受天氣影響較大,若不能上網(wǎng),還會造成電能的浪費。而配置內(nèi)燃發(fā)電機單元的微網(wǎng)系統(tǒng)往往不考慮余熱回收,造成大量熱能損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題,提出了一種可再生能源冷熱電微網(wǎng)系統(tǒng)及控制方法,利用太陽能、風(fēng)能與清潔燃?xì)獍l(fā)電相結(jié)合,配置換熱器、溴化鋰吸收式制冷機、儲熱、儲冷水箱等,通過各系統(tǒng)單元的相互配合,為負(fù)荷提供冷、熱、電三種形式的能源,有利于系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與經(jīng)濟性,保證系統(tǒng)的可靠運行。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0010]一種可再生能源冷熱電微網(wǎng)系統(tǒng),包括:電模塊和冷/熱模塊;所述電模塊連接在交流母線上,冷/熱模塊由儲熱水箱作為能量中轉(zhuǎn)裝置;系統(tǒng)能夠根據(jù)實際需要運行于冷熱電三聯(lián)供運行模式或者熱電聯(lián)供模式;
[0011]所述電模塊包括:太陽能發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池組以及可變功率電儲熱水箱I和可變功率電儲熱水箱II ;太陽能發(fā)電系統(tǒng)依次串聯(lián)DC/DC變換器和DC/AC變換器后接入交流母線,風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)依次串聯(lián)AC/DC變換器和DC/AC變換器后接入交流母線,燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電系統(tǒng)直接接入交流母線,蓄電池組經(jīng)雙向DC-AC變換器后接入交流母線,可變功率電儲熱水箱與交流母線相連,交流母線經(jīng)PCC與配電網(wǎng)相連接。
[0012]所述冷/熱模塊包括:太陽能集熱器、燃?xì)鈨?nèi)燃機、可變功率電儲熱水箱1、可變功率電儲熱水箱I1、儲冷水箱、煙-水換熱器、水-水換熱器1、水-水換熱器I1、蓄水池以及熱水型溴化鋰制冷機;燃?xì)鈨?nèi)燃機與煙-水換熱器和水-水換熱器I分別連通,所述煙-水換熱器和水-水換熱器I分別與可變功率電儲熱水箱I和可變功率電儲熱水箱II連通,所述太陽能集熱器與蓄水池連通后,分別與煙-水換熱器、水-水換熱器1、可變功率電儲熱水箱I和可變功率電儲熱水箱II連通;
[0013]所述熱水型溴化鋰制冷機與可變功率電儲熱水箱I和可變功率電儲熱水箱II分別連通,所述熱水型溴化鋰制冷機一端依次串聯(lián)連接水-水換熱器I1、儲冷水箱后接入空調(diào)系統(tǒng),熱水型溴化鋰制冷機另一端與冷卻塔連通。
[0014]所述溴化鋰制冷機冷凍水經(jīng)水-水換熱器II后回流,形成A側(cè)循環(huán);所述水-水換熱器II與儲冷水箱連通,形成B側(cè)循環(huán)。
[0015]所述熱水型溴化鋰制冷機的驅(qū)動熱水由可變功率電儲熱水箱I提供,通過熱水型溴化鋰制冷機的熱水做功后溫度變低,通入可變功率電儲熱水箱II以提供生活衛(wèi)生熱水或者再次加熱升溫。
[0016]系統(tǒng)運行于冷熱電三聯(lián)供運行模式時,風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與太陽能發(fā)電系統(tǒng)始終工作于最大功率輸出狀態(tài);燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電系統(tǒng)在并網(wǎng)運行時采用PQ控制,在離網(wǎng)運行時,由燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電系統(tǒng)和蓄電池組共同為系統(tǒng)提供電壓頻率支撐,其中以燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電系統(tǒng)為主,蓄電池組起輔助過渡作用;
[0017]將煙-水換熱器輸出熱水溫度在設(shè)定溫度A以上的通入可變功率電儲熱水箱I存儲;將太陽能集熱器輸出的設(shè)定溫度A以上的熱水通入可變功率電儲熱水箱I存儲,將太陽能集熱器輸出的設(shè)定溫度[B,A]范圍內(nèi)的熱水通入可變功率電儲熱水箱II存儲;將燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)水-水換熱器I產(chǎn)生的設(shè)定溫度B以上的熱水通入可變功率電儲熱水箱II存儲;
[0018]可變功率電儲熱水箱I向溴化鋰制冷機提供驅(qū)動熱水,同時根據(jù)負(fù)荷狀況提供生活衛(wèi)生熱水,可變功率電儲熱水箱II提供生活衛(wèi)生熱水。
[0019]系統(tǒng)運行于熱電聯(lián)供模式時,溴化鋰制冷機停止運行,聯(lián)供系統(tǒng)僅提供電、熱兩種能量形式;與冷熱電三聯(lián)供運行模式相同,風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與太陽能發(fā)電系統(tǒng)始終工作于最大功率輸出狀態(tài);燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電系統(tǒng)在并網(wǎng)狀態(tài)下米用PQ控制,在尚網(wǎng)狀態(tài)下,由燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機組與蓄電池組共同為系統(tǒng)提供電壓頻率支撐,其中以內(nèi)燃發(fā)電機為主,蓄電池組為輔;
[0020]可變功率電儲熱水箱I頂端為熱水入口,底端經(jīng)管道連接可變功率電儲熱水箱II頂端,可變功率電儲熱水箱I滿水時,可變功率電儲熱水箱II才有熱水進(jìn)入,熱水的使用順序則是優(yōu)先使用可變功率電儲熱水箱II中的熱水。
[0021]一種可再生能源冷熱電微網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法,包括:
[0022]實時監(jiān)測系統(tǒng)正常運行狀態(tài)下的并網(wǎng)和離網(wǎng)狀態(tài),不考慮峰谷電價情況,
[0023]如果系統(tǒng)處于離網(wǎng)狀態(tài),則采用“以電定熱”模式,具體控制方法為:
[0024](I) Pl保持不變,且蓄電池SOC SDl時,若P #3增加Δ P,則采用蓄電池儲能,直至蓄電池充滿;蓄電池充滿后,相應(yīng)增加可變功率電儲熱水箱的電加熱功率消納多余電能,若此時ΛΡ多λ J,且持續(xù)時間T ^ Tset,則采用階梯控制方法減小內(nèi)燃機出力,使可變功率電儲熱水箱電功率PfX1X;
[0025](2) Pl保持不變,且蓄電池SOODl時,若Ρ2+Ρ#_Ρ Δ P,則相應(yīng)增加可變功率電儲熱水箱電加熱功率;若ΔΡ ^ A1X,且持續(xù)時間T ^ Tset,則調(diào)節(jié)內(nèi)燃機,使其輸出功率減少X,剩余電功率由可變功率電儲熱水箱消納;
[0026](3)?^增加或者?2+?3減小Δ P時,首先相應(yīng)減小可變功率電儲熱水箱電加熱功率,若λρ>ρ4,由蓄電池組補充不足電功率;之后采用階梯控制方法增加內(nèi)燃機出力,若內(nèi)燃發(fā)電機輸出電功率P1已是最大值,則按負(fù)荷分級原則逐級切除負(fù)荷;
[0027](4) PJ咸小,且蓄電池SOC ( Dl時,首先對蓄電池進(jìn)行充電,直至充滿;蓄電池充滿后,相應(yīng)增加可變功率電儲熱水箱的電加熱功率消納多余電能,若此時ΔΡ多A1X,且持續(xù)時間T ^ Tsrt,則采用階梯控制方法減小內(nèi)燃
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