[发明专利]一种分布式离网风电独立供能的冷热双效蓄能系统

说明书

本发明公开了一种分布式离网风力发电冷热双效蓄能系统。采用分布式风能独立供能驱动有效缓解电网压力，充分利用分布式风力资源。以水为储能工质，通过制冷/制热的方式取代蓄电池进行蓄能，大幅降低成本，解决环境污染问题。采用优化的风能最大功率点跟踪捕获方法，提高风电转化效率。对供能、蓄能、用能和辅助蓄电池容量进行耦合匹配，保证系统能够全天候连续运行。设计控制器，根据风况接通或断开辅助蓄电池，既维持了系统运行的稳定性，又能够优先将风电用于制冷/制热，有效提高系统综合效率。同时加装四通阀和三向电磁阀，实现蒸发器与冷凝器功能互换，达到冷热双效蓄能的目的。

技术领域

本发明涉及一种分布式离网风电独立供能的冷热双效蓄能系统，属于风电应用及蓄能领域，特别是离网风电系统的设计领域和分布式能源驱动的冷热双效蓄能领域。

背景技术

风能是一种清洁的可再生能源，分布范围广，蕴含量巨大，全年均可有效利用。我国大部分地区全年风电可利用小时数较长，2017年全国平均利用小时数达1948小时。近年来，我国的风力发电利用以集中式并网为主，2017年全国风电新增装机1503万千瓦，全年风电发电量达3057亿千瓦。但受电网接纳能力不足、风速波动较大等因素的影响，2017年全国平均弃风率高达15%，意味着超过450亿千瓦的电能无法利用。因此，对于电网难以覆盖、风力资源等级较低的偏远地区，发展小规模的分布式离网风电，可与集中式并网风电形成互补，优化现有的能源结构体系。

风速的随机波动和风电转化效率的非线性，使得风能输出功率波动，而用电需求也是变化的，这导致分布式离网风力发电系统的供需不匹配、不同步。因此，系统必须和蓄能装置联合运用，以保证其连续稳定地运行。目前常用的蓄能装置为蓄电池，蓄电池虽然具有充放电效率高、负荷跟踪动态特性好的优点，但其投资和维护成本较高，寿命较短，且能量转化过程中存在一定的损失，废弃后对环境污染严重。

发明内容

为克服现有分布式离网风电系统蓄能电池成本高、转化效率低及污染严重的问题，本发明提出分布式离网风电独立供能的冷热双效蓄能系统，如图1所示。该系统主要由分布式风力发电系统、冷热双效蓄能系统和控制系统这三个子系统组成。为增加系统普适性，以水作为储能工质，根据气候条件和实际需求，通过分布式离网风电驱动制冷热双效蓄能系统运行，把制得的冰、低温冷水或中高温热水储存在储水箱中，实现风-电-冷和风-电-热的转化，将不稳定、难以利用的风能转化为稳定、易利用的热能存储。要解决的技术问题为。

1. 分布式风力发电系统的最大功率点跟踪捕获。

2. 非稳态风况下，冷热双效蓄能系统的连续稳定运行。

3. 以减小能量转化损失为目标的系统运行模式优化。

4. 分布式风力发电系统、冷热双效蓄能系统和辅助蓄电池之间的能量耦合匹配。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为。

1. 采用分布式离网风电独立供能，不仅能合理利用可再生能源，解决环境问题，还能缓解电网输电及用电压力。本发明系统通过永磁同步风力发电机将分布式风能转化为电能，风力发电机的风轮转速随风速不断变化，输出电能功率也不断变化。但是风速和输出电能功率之间并非线性对应关系，不同风速条件下存在最佳转速，此时风力发电机的风电转化效率最高。因此，当风速变化时，需要通过调整风轮转速来提高风电转化效率，使输出电能功率最大化，即风电最大功率点的跟踪捕获。

风电最大功率点的跟踪捕获可通过升压变换器实现。控制系统通过采集实时风轮转速信号和实时输出功率信号，经过控制程序对比判断后，输出调制信号改变升压变换器的占空比。升压变换器的占空比改变时，阻抗也随之变换，而后端的阻抗变化则会间接引起风力发电机风轮转速的变化。如此循环，最终找到不同风速条件下的最佳转速，从而使风电转化效率最大化。