一种非并网风力海水淡化联合系统及其运行控制方法

日期:2019-07-21 12:58:19

一种非并网风力海水淡化联合系统及其运行控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种海水淡化处理技术,具体涉及一种利用风力发电来进行海水淡化的联合系统及其运行控制方法。
【背景技术】
[0002]淡水是人类社会赖以生存和发展的基本物质之一,是一切生命之源。很多偏远地区、海岛淡水资源天然匮乏,只能利用苦咸水或海水经过淡化处理获取淡水。
[0003]多数成熟的淡化处理技术(如反渗透法海水淡化)依赖电能驱动。偏远地区或海岛无法引入公共电网或引入电网成本太高,而采用柴油发电不仅成本高,油料运输还非常困难,维护工作量大,可靠性差,对环境并不友好。
[0004]另外一方面,风能作为一种清洁、无污染的可再生能源,其开发和利用被认为是世界能源战略的重要组成部分。目前世界上大规模风电场的应用方式主要以风电并网为主,风能的利用主要按照“风轮-发电机-电网-用户(负载)”的路线来进行,其中电网是风电的负载和用户的电源。但是由于风电的不稳定性和波动特性,大规模风电上网还存在着现阶段难以克服的技术障碍。在没有调峰装置配套时,风电对电网贡献率难以超过10%已经成为一个世界性难题。同时,风电上网对风力机提出了满足电网稳频、稳压和稳相等苛刻的要求,由此大幅度增加了风力机制造成本和风电价格,使风电的大规模应用受到限制。非并网式的应用于一些特殊领域成为风力发电的一种可能的方向。
[0005]海水淡化系统直接作为风力发电系统的终端,可以充分利用风能资源,减少对常规能源的消耗,因此将风力发电与反渗透法海水淡化相结合生产淡水具有非常重要的现实意义。如授权公告号为CN102030391B的中国发明专利,公开了:“一种风力发电反渗透法海水淡化系统包括:风力发电机组、风电海水淡化驱动器和包含第一电动机驱动的原水泵和第二电动机驱动的增压泵的反渗透法海水淡化装置。风电海水淡化驱动器包括将交流电转换为直流电的整流滤波模块、用于控制风力发电机组转速与整流滤波模块直流电压的电阻制动模块、连接原水泵第一电机的第一变频器、连接增压泵第二电机的第二变频器以及主控模块。主控单元被设置为控制变频器输出频率令风力发电机组以最大输出功率运行,当风力电能不满足系统用电需求时令市电或柴电补充供电,否则优先消耗风电,控制电阻制动模块可变消耗直流电能以限制风力发电机组转速和整流滤波模块直流电压,使系统效率高适应强无需蓄电池而节约成本。”虽然该技术方法中的海水淡化系统可以充分利用由风力发出的电,但是该技术方案仍具有以下两个缺点,第一,需要补充第二种能源形式,系统结构庞大独立性不强,不便于在一些不能提供第二能源的海岛地区使用;其二,在微风或无风等极端情况下,海水淡化系统工作将完全依靠前述柴油或市电供电,这对柴油发电机或市电的接入功率要求非常高,另外维护成本也激增。
[0006]风能海水淡化技术的关键是选择适合风力发电的海水淡化方法,由海水淡化技术的特性、风力发电技术的特性和使用场地的环境条件等决定。

【发明内容】

[0007]本发明要解决的技术问题是:提出一种独立的、可以持续平稳生产的非并网风力海水淡化联合系统,以及该系统的运行控制方法。
[0008]本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是:一种非并网风力海水淡化联合系统,包括风力发电机组和受驱于所述风力发电机组的海水淡化系统,还包括蓄电装置和主控器,所述风力发电机组上设有实时输出功率检测装置,所述蓄电装置上设有剩余电量检测装置,所述海水淡化系统中包括η组R0膜渗透机组,所述风力发电机组的电力输出端分别通过风电开关连接到每一组R0膜渗透机组的电力输入端,所述风力发电机组的电力输出端还连接到所述蓄电装置的充电端,所述蓄电装置的电力输出端通过蓄电池开关连接到所述η组R0膜渗透机组中最末组的电力输入端,所述实时输出功率检测装置的信号输出端和所述剩余电量检测装置的信号输出端分别连接到所述主控器的信号输入端,所述主控器分别用于控制风力发电机组和任意一组R0膜渗透机组之间供电线路、蓄电装置和与最末组R0膜渗透机组之间供电线路以及风力发电机组与所述蓄电装置之间充电线路的通断,所述风力发电机上连接有卸荷装置,所述风电发电机与所述卸荷装置之间设有卸荷开关,所述控制器还用于控制所述卸荷开关的通断。
[0009]进一步的,所述蓄电装置为蓄电池,所述蓄电池的输出功率Ρ胃小于与其连接的最末R0膜渗透机组额定功率PR。的80%,所述Pi#R。为最末组R0膜渗透机组的额定功率。
[0010]进一步的,所述蓄电装置为铅锂储电装置或氢能蓄电装置。
[0011]进一步的,所述海水淡化系统中还包括冲洗泵,当风力发电机组停运时,所述蓄电装置还用于为所述冲洗泵供电。
[0012]本发明中非并网风力海水淡化联合系统的运行控制方法如下:
[0013]a、当PW>P淡化时,所述为风力发电机组的实时输出功率,所述P淡化为海水淡化系统的总额定功率,如果所述蓄电装置未充满电,保持所述风力发电机组和任意一组R0膜渗透机组之间连接的供电线路、风力发电机组与所述蓄电装置之间连接的充电线路开通,将所述蓄电装置和最末R0膜渗透机组之间连接的供电线路断开,所述风力发电机组向海水淡化系统供电和为蓄电装置充电,所述蓄电装置不放电,所述η组R0膜渗透机组全开;当所述蓄电装置处于满电状态或所述蓄电装置充满电后,将所述风力发电机组与所述蓄电装置之间连接的充电线路断开,所述卸荷开关闭合,通过所述卸荷装置为所述风力发电机组卸荷;
[0014]b、在用于推动a情况中风力发电机组的风力有所减小后,当Ρκ= 时,保持所述风力发电机组和任意一组R0膜渗透机组之间连接的供电线路开通,将所述风力发电机组与所述蓄电装置之间连接的充电线路、所述蓄电装置和最末R0膜渗透机组之间连接的供电线路断开,所述风力发电机组仅向海水淡化系统供电,所述η组R0膜渗透机组全开,所述蓄电装置不充电不放电;
[0015]c、在用于推动b情况中风力发电机组的风力进一步有所减小后,当Ρκ< Ρ淡化且Ρ风+Ρ*>Ρ淡化时,所述Ρ蓄为所述蓄电池的输出功率,保持所述风力发电机组和任意一组R0膜渗透机组之间连接的供电线路、所述蓄电装置和最末组R0膜渗透机组之间连接的供电线路开通,将所述风力发电机组与所述蓄电装置之间连接的充电线路开通,由风力发电机组和蓄电装置协同向所述海淡化系统供电,所述风力发电机组满额输出,所述η组R0膜渗透机组全开;如果风力减小导致所述风力发电机组的实时输出功率Ρ?彡50% P,#R0时,所述P?#R。为最末组RO膜渗透机组的额定功率,切断所述风力发电机组以及蓄电装置与所述最末组RO膜渗透机组之间连接的供电线路,并关闭该所述最末组RO膜渗透机组,将所述风力发电机组与所述蓄电装置之间连接的充电线路开通,Ρκ-Ρ_^的剩余能量为所述蓄电装置充电,所述P_g为逐组关闭RO膜渗透机组后海水淡化中系统剩余RO膜渗透机组的总额定功率,;当蓄电装置充满电后,PK-P..的剩余能量通过卸荷装置卸荷;当Ρκ= Ρ_^时,将所述风力发电机组与所述蓄电装置之间连接的充电线路断开;
[0016]d、在用于推动c情况中风力发电机组的风力进一步有所减小后,当Ρκ< Ρ淡化且ΡK+P*< Ρ淡化时,将所述η组R0膜渗透机组逐组关闭,在关闭一组R0膜渗透机组后,当Ρ风+P*^ Ρ?淡化时,将所述风力发电机纟且与所述蓄电装置之间连接的充电线路开通,当蓄电装置充满电后,风力发电机组产

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