[发明专利]风光通用型新能源智能控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明关于一种新能源智能控制器及其控制方法，特别是涉及一种采用风能、太阳能为动力、可为小型海水淡化设备提供能源的风光通用型新能源智能控制系统及其控制方法。

背景技术

我国是一个海洋大国，海岛众多，海岛总面积达8万km²，面积在500 m²以上的海岛有6900多个，其中大多数因缺乏淡水水源而无法居住和开发，有常驻居民的仅有400多个，也普遍存在缺水问题。水资源的短缺严重制约着海岛开发和发展，因此能否解决淡水资源供应，是关系到海岛能否维持人类生活，从而是海岛开发必须解决的首要问题，而海水淡化是解决沿海及岛屿淡水资源危机的一个主要途径。

随着近些年来新能源技术的快速发展，国内出现不少利用风能、太阳能进行海水淡化的工程，通过控制器将风力发电机或太阳能板发出电能储存在蓄电池中，然后海水淡化装置从蓄电池取电进行产水，不过目前这些采用风能或太阳能独立供电的控制器仍处于较低端水平，存在着风机控制方式简单、蓄电池使用寿命短、系统发电效率低等问题，例如传统风光互补型控制器主要存在以下问题：

1）离网型风力发电机最大功率跟踪研究不充分

离网型风力发电机组一般为定桨距失速型永磁风力发电机，通常离网型风机的控制器功能主要在于对发电机的保护控制，其中包括卸载保护、风机限速控制和高风速停车等。在如何使离网型风机最大限度的捕获风能，实现最大功率跟踪方面研究不是很充分，使得离网型风机对风能的利用率不高。最大功率跟踪技术是指通过调节风轮转速，使风机在低于额定风速情况下，始终保持最佳风能利用系数，进而实现最大功率追踪。

（2）蓄电池管理简单导致寿命达不到设计要求

蓄电池是系统中的关键部件之一，占整个发电系统成本的相当一部分，因此，提高蓄电池的运行效率和使用寿命至关重要。传统的小型风力发电控制器大多数采用继电器、接触器以及模拟元件构成。通过电压比较器的控制方式，可以很容易实现蓄电池的高低压保护。此种控制方式结构简单，不易损坏，成本较低。但是其缺点也是显而易见的：第一，由于采用电压比较器的控制方式，整个系统的保护都是基于电压数值的，系统在工作过程中没有考虑到蓄电池电量低时充电初始时可能出现的大电流，虽然系统一般采用了熔断器作为保护，但是这种保护方式并不及时，长期的初始大电流充电会使蓄电池的寿命大打折扣。第二，功率控制方式落后，卸荷不及时，此种方式的控制器不能跟踪系统的功率变化，另外卸荷也是基于电压，由于系统的能量是传给电池及负载的，当电压真正高于一定值的时候，此时电池可能已经接受了过多的能量。 通过以上的分析可知传统控制器的蓄电池管理是比较落后的，这种方式控制下，蓄电池的寿命远远达不到设计要求。虽然控制器的成本较低，但是相比起蓄电池的投资费用来说就远远不能满足降低成本的要求。

（3）卸荷控制方式简单造成过度卸荷，电能浪费

常规控制器的卸荷控制主要是防止风机输入功率过大，通过检测风机输入电压，当输入电压高于设定值时，则启动卸荷负载，将能量通过发热的方式释放掉。这种控制方式实现简单，但由于卸荷负载一般为固定负载，风机卸荷的时候会完全接通，造成过度卸荷，使风光发出电能浪费。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之一目的在于提供一种风光通用型新能源智能控制系统及其控制方法，通过CPU实时检测各变量状态以及系统目前所处的工作模式来判断并确定工作模式之间如何相互转换，以实现各工作模式转换时系统保持可靠、稳定运行。

本发明之另一目的在于提供一种风光通用型新能源智能控制系统，至少包括：

风光发电模组，包括光伏发电模组及离网风机发电模组，作为该系统的输入；

CPU，在对系统运行时系统的输出功率、负载功率和蓄电池可以接受的充放电功率三者之间关系基础上，定义了多种工作模式及工作模式转换规则，CPU实时检测系统输出功率、负载功率和蓄电池可以接受的充放电功率以及系统目前所处的工作模式，根据工作模式转换规则进行判断以确定工作模式之间如何相互转换；

风电最大功率点追踪控制模块，实时检测风机输入电压、电流信号，采用改进的最大功率点扰动搜索控制，计算出风机最大功率追踪控制指令，对发电机电磁转矩进行控制；

充放电控制模块，在CPU的控制下通过采用安时法对蓄电池进行电池电量进行检测，计算出电池充放电电量，并采用蓄电池智能充放电控制技术，使蓄电池始终工作在最优的工作状态；

卸荷控制模块，在CPU的控制下采用PWM无级卸荷与完全接通卸荷相结合的方式控制卸荷负载。