一種孤島模式下的無儲能風光柴互補供電系統及方法與流程

本發明涉及一種孤島模式下的無儲能風光柴互補供電系統及方法，屬于風光柴互補供電的技術領域。

背景技術：

伴隨著當前世界經濟快速發展，能源危機和環境問題也日益凸顯，已經成為人類所亟需解決的重大問題之一。在這種情況下，風能、太陽能、生物質能、地熱能等新能源發電方式成為研究的熱點，其中風能和太陽能這兩種取之不盡、用之不竭的清潔、可再生資源更是受到人們的青睞。這些年來，對于這些新興能源利用的研究也在不斷深入。

作為一個產油大國，我國的油田大部分都分布于西北、東北及南部地區，這三個地區的油田又大多分布于戈壁、草原、濱海等開闊地帶。這些區域一般都地處偏遠，處于孤島狀態，依托大電網供電需要遠距離鋪設電纜、代價太高、經濟效益差。目前這些地區大都通過柴油發電機組來滿足抽油機組的供電需求，但隨著能源危機的加劇以及新能源發電技術的迅速發展，如何以最經濟的形式充分利用新能源、大幅減少柴油機組的油耗是當前迫切需要解決的問題；另一方面，這些區域日照時間長、光照充足、地勢開闊、風力資源豐富，非常適合風光互補系統的接入。

我國科研人員目前針對這一情況開發了許多風光互補供電系統來利用新能源發電解決電力短缺的問題，他們大多采用風光柴電互補供電系統，雖然這樣有效地利用了新能源，但是抽油機組本就是大功率消耗負載，風、光系統發電功率一般情況無法滿足這個負載的需求，只能在短時間內超出整個負載的需求，對蓄電池組進行充電，所以蓄電池組充放電深度無法達到正常值，大大縮短了蓄電池組的壽命，且電能通過蓄電池存儲和釋放與加大了電能損耗，增加了系統的運維成本。其次風光柴電互補系統是離網型，儲能和備用供電都是優先通過蓄電池，假如負載的規模擴大，那么蓄電池組就必須增加，因此整個系統的成本就大大提高了。最后現有的風光柴電互補系統采用的風光發電調度切換策略只是以使用風光發電節約柴油為目的，沒有對新能源發電進行最大化利用以達到最大的節省柴油的目的。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種孤島模式下的無儲能風光柴互補供電系統，解決現有系統在離網型基礎下儲能和備用供電都是優先通過蓄電池，需要依賴對蓄電池組進行充電，及以使用風光發電節約柴油為目的，無法對新能源發電進行最大化利用的問題。

本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種孤島模式下的無儲能風光柴互補供電系統，包括：

光伏發電系統和風力發電系統，分別用于光伏發電和風力發電獲得電能；

能量轉化單元，用于對光伏發電和風力發電獲得電能轉換至交流電能輸出；

柴油發電機組，用于作為系統負載啟動的主要供電單元，并在系統正常運行時維持電網的頻率及電壓穩定，且其輸出功率根據接收的控制參數進行調整；

抽油機組，用于作為系統的負載；

智能功率控制單元，用于檢測能量轉化單元輸出的交流電能獲得光伏發電功率和風力發電功率，及檢測抽油機組的運行狀態獲得抽油機組的輸出實際功率；并判斷所得光伏發電功率和風力發電功率、抽油機組的輸出實際功率是否處于正常狀態，并在判斷均處于正常狀態時根據光伏發電功率和風力發電功率分別與預設閾值的比較結果，控制將能量轉化單元輸出的交流電能并網，或生成和輸出調節柴油發電機組輸出功率以滿足當前負荷需求的控制參數；

智能監控單元，用于接收和顯示智能功率控制單元所得抽油機組的輸出實際功率、光伏發電功率、風力發電功率，及柴油發電機的輸出功率。

進一步地，作為本發明的一種優選技術方案：所述能量轉化單元包括光伏控制器、風電控制器，及分別與光伏控制器、風電控制器相連的逆變控制一體機。

進一步地，作為本發明的一種優選技術方案：所述智能功率控制單元包括功率智能分配單元和并機單元。

進一步地，作為本發明的一種優選技術方案：所述智能功率控制單元還包括用于將交流電能導出的卸荷器。

進一步地，作為本發明的一種優選技術方案：所述智能監控單元采用移動終端。

本發明還提出一種孤島模式下的無儲能風光柴互補供電方法，包括以下步驟：

初始化啟動供電系統，并根據當前負荷需求調節柴油發電機組的輸出功率；

控制將光伏發電和風力發電獲得電能轉換至交流電能，及檢測所得交流電能獲得光伏發電功率和風力發電功率；及檢測所負載的抽油機組的運行狀態，獲得抽油機組的輸出實際功率；

判斷所得光伏發電功率和風力發電功率、抽油機組的輸出實際功率是否處于正常狀態，并在判斷均處于正常狀態時將光伏發電功率和風力發電功率分別與預設閾值比較：

當光伏發電功率或風力發電功率小于預設閾值時，生成和輸出用于調節柴油發電機組的輸出功率以滿足當前負荷需求的控制參數；

當光伏發電功率或風力發電功率大于或等于預設閾值時，控制將能量轉化單元所得交流電能并網；及在并網運行后檢測光伏發電功率或風力發電功率是否滿足當前負荷需求，根據檢測結果生成和輸出用于柴油發電機組的輸出功率以滿足并網后當前負荷需求的控制參數；

所述柴油發電機組根據控制參數調節柴油發電機組的輸出功率。

進一步地，作為本發明的一種優選技術方案：所述方法在并網運行后根據檢測結果生成和輸出控制參數，包括：

當檢測結果為不滿足當前負荷需求時，根據光伏伏發電功率或風力發電功率與當前負荷需求差額，生成和輸出控制參數使得調節柴油發電機組的輸出功率滿足當前負荷需求；

當檢測結果為滿足當前負荷需求時，生成和輸出使得柴油發電機組以最小輸出功率輸出的控制參數，及控制將滿足當前負荷需求后的剩余交流電能導出。

進一步地，作為本發明的一種優選技術方案：所述方法還包括對所得光伏發電功率、風力發電功率、抽油機組的輸出實際功率及柴油發電機的輸出功率實時上傳。

本發明采用上述技術方案，能產生如下技術效果：

本發明的孤島模式下的無儲能風光柴互補供電系統及方法，針對現有柴油發電機組柴油消耗較大的問題，建立由新能源發電和柴油發電機組并網運行的供電系統，實現節省柴油、提高新能源發電利用率的目標。

通過智能功率控制單元的并機單元接入系統，然后對整個系統電壓、頻率、相位進行控制，替代了蓄電池組，實現從離網型發電系統轉化成并網型發電系統，這樣在油田這樣大規模的負載環境下，可以去掉大量的蓄電池組，實現無儲能，從而節約系統成本。

本發明通過智能功率控制單元的功率智能分配單元使用新的優化控制策略，可以對風力發電和光伏發電功率進行調控分配，以實現對新能源發電的最大利用，減少柴油消耗，實現減少系統成本。通過風光柴互補供電系統實現在孤島模式下油田地區電力供應自給自足，無需依托大電網供電，達到節省成本的目的。

本發明相比于傳統的系統，具有的優勢：（1）使用清潔的風力發電和光伏發電，適用于偏遠油田地區抽油機組的廣泛使用；（2）無需配置儲能，節省了成本及污染；（3）新能源發電單元的接入，大幅降低了柴油發電機的輸出功率，減少了柴油的消耗；（4）新能源發電單元輸出功率可以滿足要求的情況下，維持柴油機組低功率輸出，進行功率電壓相位穩定，能保持整個系統穩定運行。（5）采用柴油發電機作為系統支撐及應急供電單元，有效地提高了整個系統的可靠性。

綜上，本發明采用風光柴并網發電供電，省掉儲能單元并提高系統的平均無故障時間且避免了蓄電池的二次污染，從而使發電成本大為降低，以達到節省系統成本的目的，具有較大的實用價值。

附圖說明

圖1為本發明的孤島模式下的無儲能風光柴互補供電系統的模塊示意圖。

圖2為本發明的孤島模式下的無儲能風光柴互補供電方法的流程示意圖。

具體實施方式

下面結合說明書附圖對本發明的實施方式進行描述。

如圖1所示，本發明設計了一種孤島模式下的無儲能風光柴互補供電系統，系統主要由光伏發電系統、風力發電系統、柴油發電機組、能量轉化單元、智能功率控制單元、智能監控單元和抽油機七大部分組成，通過風光柴互補供電系統實現在孤島模式下油田地區電力供應自給自足，無需依托大電網供電，達到節省成本的目的。

具體地，所述系統中光伏發電系統包括光伏列陣，用于光伏發電獲得電能。

所述風力發電系統，包括風力發電機組，用于風力發電獲得電能。

所述能量轉化單元，用于對光伏發電和風力發電所得電能完成直流至交流電能轉換；優選包括光伏控制器、風電控制器，及分別與光伏控制器、風電控制器相連的逆變控制一體機，其中光伏控制器用于將光伏發電獲得電能轉換為直流電能，所述風電控制器用于將風力發電獲得電能轉換為直流電能，隨后直流電輸送到逆變控制一體機中；所述逆變控制一體機則用于將直流電能轉成成交流電能輸出，以實現將新能源發電所產生的不穩定的功率轉化成穩定功率和電壓提供給整個系統使用。

所述柴油發電機組，用于作為系統負載啟動的主要供電單元，并在系統正常運行時維持電網的頻率及電壓穩定，其輸出功率根據接收的控制參數進行調整。

所述抽油機組，用于作為系統的負載。

所述智能功率控制單元，用于檢測能量轉化單元輸出的交流電能獲得光伏發電功率和風力發電功率，及檢測抽油機組的運行狀態獲得抽油機組的輸出實際功率；并判斷所得光伏發電功率和風力發電功率、抽油機組的輸出實際功率是否處于正常狀態，并在判斷均處于正常狀態時根據光伏發電功率和風力發電功率分別與預設閾值的比較結果，控制將能量轉化單元輸出的交流電能并網，或生成和輸出調節柴油發電機組輸出功率以滿足當前負荷需求的控制參數。

所述柴油發電機組還根據接收的控制參數調整柴油發電機的輸出功率，使其輸出功率以滿足當前負荷需求或以最小功率輸出，時刻保持運作狀態，保證整個系統的電壓、頻率、相位的恒定。

所述智能監控單元，用于接收和顯示智能功率控制單元所得抽油機組的輸出實際功率、光伏發電功率、風力發電功率，及柴油發電機的輸出功率，完成實時監控。優選地，所述智能監控單元采用移動終端，如手機、平板等。

系統中，所述柴油發電機組的柴油發電機的數量和額定功率取決于抽油機組的最大用電負荷；柴油發電機組當前投入運行的機組數量和實時功率根據抽油機組當前的用電負荷和風力、光伏發電系統當前的輸出功率來進行實時調節；柴油發電機組同時用于支撐系統的電壓、頻率、相位。

進一步地，所述智能功率控制單元包括功率智能分配單元和并機單元。其中并機單元主要控制將能量轉化單元所轉換的交流電能輸入電網中完成并網；所述功率智能分配單元主要判斷所得光伏發電功率和風力發電功率、抽油機組的輸出實際功率是否處于正常狀態，并在判斷均處于正常狀態時將光伏發電功率和風力發電功率分別與預設閾值比較，根據比較結果控制將能量轉化單元所轉換的交流電能輸入電網中完成并網，及在并網運行后檢測光伏發電功率或風力發電功率是否滿足當前負荷需求，根據檢測結果生成和輸出用于柴油發電機組的輸出功率以滿足并網后當前負荷需求的控制參數。

以及，所述系統智能功率控制單元還包括用于將電能導出的卸荷器，可用于當并網運行后檢測光伏發電功率或風力發電功率滿足當前負荷需求，控制將多余交流電能導出。

因此，系統可以對風力發電和光伏發電功率進行調控分配，以實現對新能源發電的最大利用，通過風光柴互補供電系統實現在孤島模式下油田地區電力供應自給自足，無需依托大電網供電。

在上述系統的基礎上，本發明還提出一種孤島模式下的無儲能風光柴互補供電方法，如圖2所示，該方法具體包括以下步驟：

步驟1、初始化啟動供電系統，包括柴油發電機組啟動后依次啟動抽油機組，并根據當前負荷需求調節柴油發電機組的輸出功率。

步驟2、控制將光伏發電和風力發電獲得電能完成直流至交流電能轉換，及檢測所轉換的交流電能獲得光伏發電功率和風力發電功率。及檢測所負載的抽油機組的運行狀態，獲得抽油機組的輸出實際功率。

該過程中，可以對所有抽油機組的運行狀態進行檢測，并對發生故障的抽油機組進行報警和維護；對所有風力發電機組和光伏陣列運行狀態進行檢測，并對發生故障或有異常的風機、光伏陣列進行報警和檢修維護。

步驟3、判斷所得光伏發電功率和風力發電功率、抽油機組的輸出實際功率是否處于正常狀態。當光伏發電功率和風力發電功率、抽油機組的輸出實際功率均處于正常狀態時，將光伏發電功率和風力發電功率分別與預設閾值比較：當光伏發電功率或風力發電功率小于預設閾值時，不需要進行光伏和風力供電，由柴油發電機組完全供電，生成和輸出用于調節柴油發電機組的輸出功率以滿足當前負荷需求的控制參數，以實時調節柴油機組的輸出功率，以滿足當前負荷需求。

當光伏發電功率或風力發電功率大于或等于預設閾值時，控制將能量轉化單元所轉換的交流電能輸入電網中完成并網，不足部分由柴油機組補充，實現與柴油機組并網運行。

在實現系統并網運行后，檢測光伏發電功率或風力發電功率是否滿足當前負荷需求，根據檢測結果生成和輸出控制參數；具體為：

當并網運行后檢測光伏發電功率或風力發電功率不滿足當前負荷需求，根據光伏伏發電功率或風力發電功率與當前負荷需求差額，生成和輸出控制參數，以實時調節柴油機組的輸出功率，所述柴油發電機組根據控制參數調節柴油發電機組的輸出功率，使其以合理的功耗運行。

當并網運行后檢測光伏發電功率或風力發電功率滿足當前負荷需求，則主要由風、光系統提供負荷所需電能，并控制將滿足當前負荷需求后的剩余交流電能通過卸荷器導出，使得柴油發電機組以最小功率輸出。

并且，上述過程中柴油機時刻保持運作狀態，保證整個系統的電壓、頻率、相位的恒定。

進一步地，所述方法還可以包括對所得光伏發電功率、風力發電功率、抽油機組的輸出實際功率及柴油發電機的輸出功率實時上傳，完成系統的實時監控和故障報警。

綜上，本發明通過智能功率控制單元的并機單元接入系統，然后對整個系統電壓、頻率、相位進行控制，替代了蓄電池組，實現從離網型發電系統轉化成并網型發電系統，可以對風力發電和光伏發電功率進行調控分配，以實現對新能源發電的最大利用，減少柴油消耗，實現減少系統成本。通過風光柴互補供電系統實現在孤島模式下油田地區電力供應自給自足，無需依托大電網供電。這樣在油田這樣大規模的負載環境下，可以去掉大量的蓄電池組，實現無儲能，從而節約系統成本。本發明所建立的由新能源發電和柴油發電機組并網運行的供電系統，實現節省柴油、提高新能源發電利用率的目標。

上面結合附圖對本發明的實施方式作了詳細說明，但是本發明并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下做出各種變化。