微电网分段控制在新能源海水淡化系统中的应用.pdf

第期(总第 期)年月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o A u g 文章编号:()微电网分段控制在新能源海水淡化系统中的应用戴光标,许卫国,李虎(江苏丰海新能源淡化海水发展有限公司,江苏盐城 )摘要:海水淡化设备用电是新能源海水淡化系统的最主要用电点,海水淡化设备能够长时间、稳定地运行是提高出水量的基本条件.提出了一种新能源微电网海水淡化系统分段控制装置,该装置在不提高系统配置的前提下降低交直流转换次数,提高电能的使用效率,进而减少能量浪费,提高产水量、增加客户效益.关键词:海水淡化系统;微电网;新能源;分段控制中图分类号:U TM 文献标识码:B收稿日期:;修订日期:作者简介:戴光标(),男,江苏盐城人,助理工程师,本科.引言国家发改委、国家海洋局联合在 年 月印发了 海岛海水淡化工程实施方案,海水淡化在 年成为了严重缺水海岛地区的主要供水方式之一.实施方案中明确指出,将通过年的时间,在辽宁、山东、浙江、福建、海南等沿海城市重点推进 个左右的海水淡化工程(建设规模在 m/d m/d)的建设和升级改造,以有效缓解海岛居民的用水问题和满足不断提高的生活、生产用水需求.针对海岛淡水用量少、资金少、电力少、取海水方便的情况,海水淡化与可再生能源结合,可以缓解海岛用水难问题.微电网相比大电网存在天然优势,其规模远小于大电网,电源负荷一般小于 kW,网架结构简单,因而容易对微电网进行监视和控制.新能源微电网系统通过光伏发电、风力发电,配合储能系统、电池系统为海水淡化设备以及当地居民提供稳定的电能.传统新能源微电网,新能源微电网系统具有能效高、污染小等优点,但是因为风力发电、光伏发电等新型能源的波动性、间隙性等特点需要配备一定容量的储能系统,发挥抑制波动的作用,在一定程度上增强了微电网系统的稳定性.一般的新能源发电系统都要经过多次的电能转换后才能供设备使用,如光储微电网,光伏发电系统通过电池板将太阳能转换成直流电,再通过光伏逆变器将直流电转换成交流电,光伏产生的直流电需要经过多次逆变器逆变成交流电供海水淡化设备使用,部分交流电还需要转换成直流电供给直流设备使用,其能量转换流程如图所示.光伏发电经过光伏汇流箱接入光伏逆变器转换成标准的交流 V电源接入交流母线;交流设备可以直接接入交流线直接用电,直流设备需要将交流母线上的电转换为直流电流使用;储能系统需要经过双向逆变器来使用电能和存储电能,双向逆变器进出都有能量损耗.可以直观地看出,在多次交流直流及电压转换过程中存在大量的电能损失,导致效率低下,能源浪费.图光储微电网能量转换流程分段控制的微电网方案,为解决上述技术问题,本文提出了一种新能源微电网海水淡化系统分段控制装置,包括光伏发电装置、风力发电装置、储能电池、交直流多端口逆变器、能量管理系统和海水淡化设备.光伏发电装置、风力发电装置和储能电池均与交直流多端口逆变器进行直流电连;交直流多端口逆变器与海水淡化设备相电连;光伏发电装置、风力发电装置和储能电池均与能量管理系统进行通讯总线连接,交直流多端口逆变器和海水淡化设备均与能量管理系统进行通讯总线连接.交直流多端口逆变器上安装有交流端口和直流端口,交流端口和直流端口均与海水淡化设备相电连.海水淡化设备包括交流段设备和直流段设备,交流端口与交流段设备进行交流电连,直流端口与直流段设备进行直流电连.交流段设备由高压泵和能量回收增压泵组成.直流段设备由取水泵、增压泵、反洗泵、臭氧器、紫外线杀菌装置、直流控制电源、通讯电源和仪表电源组成.分段控制微电网能量转换流程如图所示.控制装置在运行时,分段控制海水淡化负荷,分段控制步骤如下:()能量管理系统通过m o d b u sT C P/I P总线通讯获取光伏充电控制器、逆变器单元、光伏发电单元、控制单元、储能单元、海水淡化直流段设备、海水淡化交流段设备的运行实时信息.()能量管理系统生成预测优化指令和实时优化指令,并通过m o d b u sT C P/I P总线通讯下发给光伏充电控制器、交直流多端口逆变器、控制单元、储能单元、海水淡化直流段设备、海水淡化交流段设备.本方案的具体实施方式:在使用时,光伏发电装置、风力发电装置用于向交直流混合微电网提供电能,电力路由器协调交直流端电力分配以实现供电效率最大化运行;通过能量管理系统对所述的储能电池单元中电能的储存或者释放调节微电网负荷分配达到功率平衡.通过交直流多端口逆变器对光伏发电单元、风机发电单元产生的电能分配给海水淡化设备的直流段设备、交流段设备.本装置与现有技术相比的优点为:能量管理系统通过m o d b u sT C P/I P总线采集光伏发电装置、风力发电装置、储能电池、交直流电力路由器的信息;海水淡化设备通过微电网产生的电能来淡化海水,在不提高系统配置的前提下降低交直流转换次数,提高电能的使用效率,进而减少能量浪费,提高产水量.图分段控制微电网能量转换流程结束语随着科学技术和民众认识的提高,海淡水逐渐被认知和接受,新能源微电网海水淡化技术也逐渐成为解决淡水资源匮乏的主要手段之一.对于岛屿等偏僻地区,也将成为解决岛民用水困难的主要途径,中小型新能源微电网海水 淡化系统将 得到越来越 广泛的应用.参考文献:阮国岭海水淡化工程设计M北京:中国电力出版社,上海市政工程设计研究院给水排水设计手册 第册 城镇给水M北京:中国建筑工业出版社,孙云莲新能源及分布式发电技术M北京:中国电力出版社,徐青山分布式发电与微电网技术M北京:人民邮电出版社,A p p l i c a t i o no fM i c r o g r i dS e g m e n t a t i o nC o n t r o l i nN e wE n e r g yS e a w a t e rD e s a l i n a t i o nS y s t e mD A IG u a n g b i a o,X U W e i g u o,L IH u(J i a n g s uF e n g h a iN e wE n e r g yS e a w a t e rD e s a l i n a t i o nD e v e l o p m e n tC o,L t d,Y a n c h e n g ,C h i n a)A b s t r a c t:T h ep o w e r c o n s u m p t i o no f s e a w a t e rd e s a l i n a t i o ne q u i p m e n t i s t h em o s t i m p o r t a n tp o w e r c o n s u m p t i o np o i n to fn e we n e r g ys e a w a t e rd e s a l i n a t i o ns y s t e m T h eb a s i c c o n d i t i o n f o r i n c r e a s i n gw a t e r o u t p u t i s t h a t t h e s e a w a t e rd e s a l i n a t i o ne q u i p m e n t c a no p e r a t es t a b l yf o ral o n gt i m e As e c t i o n a lc o n t r o ld e v i c ef o rs e a w a t e rd e s a l i n a t i o ns y s t e mi nn e we n e r g ym i c r o g r i di sp r o p o s e d O nt h ep r e m i s eo fn o ti m p r o v i n gt h es y s t e mc o n f i g u r a t i o n,t h ed e v i c ec a nr e d u c et h en u m b e ro fA C/D Cc o n v e r s i o n,i m p r o v et h eu s ee f f i c i e n c yo f e l e c t r i ce n e r g y,a n dt h e nr e d u c ee n e r g yw a s t e,i n c r e a s ew a t e rp r o d u c t i o na n d i n c r e a s ec u s t o m e rb e n e f i t K e y w o r d s:s e a w a t e rd e s a l i n a t i o ns y s t e m;m i c r o g r i d;n e we n e r g y;s e g m e n t a t i o nc o n t r o l(上接第 页)R e s e a r c ho nP a r a l l e l a n dM u t u a lB a c k u pD o u b l eH y d r a u l i cT a n kC o n t r o l S y s t e mZ H A N GJ u n(T e c h n o l o g yC e n t e r,T a i y u a nH e a v yI n d u s t r yC o,L t d,T a i y u a n ,C h i n a)A b s t r a c t:F o r t h e r e q u i r e m e n t o f h i g hr e l i a b i l i t y,a s p e c i a lm e c h a n i c a l e q u i p m e n t a d o p t s t h ew o r k i n gp r i n c i p l e o f d o u b l ep o w e r s y s t e md r i v i n ga c t u a t o r,w h i c hb r i n g s t h ep r o b l e mo fm u t u a l i n t e r f e r e n c e i no i l r e t u r no f d o u b l eh y d r a u l i c t a n k F o r t h i s r e a s o n,av a r i e t yo fh y d r a u l i cc o n t r o l s c h e m e sa r es t u d i e d,a n d f i n a l l ya r e a s o n a b l e s c h e m e i s f o u n d,w h i c hs o l v e s t h ep r o b l e mo f l i q u i d l e v e l i n t e r f e r e n c eo f d o u b l eh y d r a u l i c t a n k s Am u t u a l b a c k u pd o u b l eh y d r a u l i co p e n t a n kc o n t r o l s y s t e mi sd e v e l o p e d,w h i c hc a nr e a l i z e t h en o r m a l o i lr e t u r no f t h ed o u b l eh y d r a u l i ct a n kc i r c u i tu n d e rt h i sc 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