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申请/专利权人：天津中德应用技术大学

申请日：2023-07-21

公开（公告）日：2023-10-24

公开（公告）号：CN116931501A

专利技术分类：...可编程序逻辑控制器，例如根据梯形图或功能图模拟信号的逻辑互联[2006.01]

专利摘要：本发明涉及教学仪器技术领域，主要涉及风光热储多种能源发电设备以及风光热储多种能源的互补控制逻辑，具体涉及一种多能源互补发电实验控制系统。发电设备包括光伏发电设备、风力发电设备、热力发电设备和储能设备，能源互补控制逻辑根据光伏发电设备、风力发电设备、热力发电设备的发电功率和储能设备的供电功率将用电需求分为了五个等级，不同的等级采用不同的并网组合，并且针对设备故障或环境因素导致的问题有不同的补能子策略，从而保证光能、风能、热能和储能供电功率的平稳，安全。

专利权项：1.多能源互补发电实验控制系统,其特征在于,包括光伏发电设备、风力发电设备、热力发电设备和储能设备，能源互补控制逻辑根据光伏发电设备、风力发电设备、热力发电设备的发电功率和储能设备的供电功率将用电需求分为五个等级，不同的等级采用不同的并网组合，并且针对设备故障或环境因素制定相应的补能子策略：1使用模拟光源照射光伏组件以及采集千瓦级光伏电站数据得到光伏组件最小发电功率为光伏最大发电功率的10％，光伏发电设备所使用模拟光源为碘钨灯，因此将光伏组件发电功率为0.1Psmax设定为光伏故障检测的临界值，当光伏组件发电功率低于0.1Psmax时，进行光伏故障检测确定故障原因；2实验测得风力发电设备的最小发电功率为风力最大发电功率的16％，因此将风力发电功率为0.16Pwmax设定为风力故障检测的临界值，当风力发电功率低于0.16Pwmax时，进行风力故障检测确定故障原因；3实验测得热力发电设备的最小发电功率为热力最大发电功率的23％，因此将热力发电功率为0.23Phmax设定为热力故障检测的临界值，当热力发电功率低于0.23Phmax时，进行热力故障检测确定故障原因；4由于储能电池电量低于20％时继续使用容易导致储能电池的化学活性下降，损耗储能电池寿命，因此将储能电池电量小于20％时设定为储能电池供电的临界值，当储能电池的电量低于20％时，储能电池不再供电；根据风光热发电功率和储能电池供电功率确定并网优先级为：光伏并网风力并网热力并网储能并网；通过设置多种补能方式以应对各种可能发生的设备故障或气象环境因素导致的运行故障，以确保供电电压始终维持稳定，根据用电需求所属区间分为路线A、路线B、路线C、路线D、路线E五条路线，根据输入用电需求值所属区间判断需执行路线；当0≤PDPsmax时即用电需求PD大于等于0小于光伏最大发电功率，此时执行路线A，此时光伏发电用于并网，风力发电用于给储能电池充电，热力发电和储能电池处于待机状态；当Psmax≤PDPwmax时即用电需求PD大于等于光伏最大发电功率小于风力最大发电功率，此时执行路线B，此时光伏发电用于给储能电池充电，风力发电用于并网，热力发电和储能电池处于待机状态；当Pwmax≤PDPsmax+Pwmax时即用电需求PD大于等于风力最大发电功率小于光伏最大发电功率与风力最大发电功率之和，此时执行路线C，此时光伏发电、风力发电用于并网，热力发电和储能电池处于待机状态；当Psmax+Pwmax≤PDPsmax+Pwmax+Phmax时即用电需求PD大于等于光伏最大发电功率与风力最大发电功率之和小于光伏最大发电功率与风力最大发电功率与热力最大发电功率之和，此时执行路线D，此时光伏发电、风力发电和热力发电用于并网，储能电池处于待机状态；当Psmax+Pwmax+Phmax≤PDPsmax+Pwmax+Phmax+Pbmax时即用电需求PD大于等于光伏最大发电功率与风力最大发电功率与热力发电功率之和小于光伏最大发电功率与风力最大发电功率与热力最大发电功率与储能电池最大供电功率之和，此时执行路线E，此时光伏发电、风力发电、热力发电和储能电池并网；上述中，PD表示用电需求，Psmax表示光伏最大发电功率，Pwmax表示风力最大发电功率，Phmax表示热力最大发电功率，Pbmax表示储能电池最大供电功率；所述路线A包括风力发电为储能电池充电和光伏发电用于并网两条分路线；风力发电为储能电池充电具体步骤如下：1闭合KM21和KM23，判断Pw0.16Pwmax，判断结果为否时,表明风力发电功率低于临界值，此时需进行风力故障检测；判断结果为是时,表明风力发电设备可正常发电，此时判断C≥100％；2判断C≥100％，判断结果为是时,表明储能电池电量已满，不需要充电，此时断开KM21；判断结果为否时,表明储能电池需要充电，此时调节风机偏航角度为0°使风力发电功率最大，然后通过充放电控制器为储能电池充电，然后继续判断C≥100％直至储能电池满电后断开KM21；上述中，C表示储能电池电量,KM21表示风力发电为储能电池充电的控制开关，KM23表示风机偏航控制开关，Pw0.16Pwmax表示判断风力发电设备是否进行故障检测的临界值，低于此值时需进行风力故障检测；光伏发电并网具体步骤如下：1闭合KM12，启动微型并网逆变器；2判断Pg＝Ps0.1Psmax，判断结果为是则表明此时的并网设备即光伏发电设备可正常发电，此时继续执行步骤3；判断结果为否则表明光伏发电功率低于临界值，此时需进行光伏故障检测，然后进入风力补能子策略；3判断0≤PDPsmax，判断结果为是表明此时用电需求PD还属于光伏并网区间，此时重启风力补能子策略、热力补能子策略和储能电池补能子策略，然后跳转至步骤2；判断结果为否表明此时用电需求已不属于光伏并网区间，因此断开开关KM12、KM21和KM23，重启系统，重新判断用电需求属于哪个区间，然后执行相应的路线；上述中，KM12表示光伏发电并网开关，Ps表示光伏发电功率，Pg表示并网设备的实时发电功率，Pg＝Ps0.1Psmax表示判断光伏发电设备是否进行故障检测的临界值，低于此值时需进行光伏故障检测；所述路线B包括光伏发电为储能电池充电和风力发电用于并网两条分路线；光伏发电为储能电池充电具体步骤如下：1闭合KM11，判断Ps0.1Psmax，判断结果为否表明光伏发电功率低于临界值，此时需进行光伏故障检测；判断结果为是表明此时光伏发电设备可正常发电，因此判断C≥100％；2判断C≥100％，判断结果为是表明此时储能电池电量已满，不需要充电，因此断开KM11；判断结果为否表明此时储能电池需要充电，此时通过充放电控制器为储能电池充电，然后继续判断C≥100％直至储能电池满电后断开KM11；上述中，KM11表示光伏发电设备为储能电池充电的控制开关；风力发电并网具体步骤如下：1闭合KM22和KM23，启动风能并网逆变器；2判断Pg＝Pw0.16Pwmax，若判断结果为否表明此时并网设备的实时发电功率即风力发电功率低于临界值，此时需进行风力故障检测，然后进入热力补能子策略，然后跳转至步骤6；判断结果为是表明风力发电设备可正常发电，此时继续向下继续执行判断PDPwmin；3判断PDPwmin，判断结果为否表明用电需求PD小于风力发电功率的最小值，调节风机偏航角度使风力发电功率为Pwmin；判断结果为是表明用电需求PD大于风力发电的最小功率，此时继续向下执行判断PDPg；4判断PDPg，判断结果为否表明此时并网设备的实时发电功率即风力发电功率小于用电需求，因此减小风机偏航角度增大风力发电功率，然后再次判断PDPg；判断结果为是表明此时并网设备的实时发电功率即风力发电功率大于用电需求，此时继续向下执行判断PgPD+5W；5判断PgPD+5W,判断结果为否表明此时并网设备的实时发电功率即风力发电功率超过保护值范围，因此增大风机偏航角度减小风力发电功率，然后再次判断PgPD+5W；判断结果为是表明则此时并网设备的实时发电功率即风力发电功率在保护值范围内，此时继续向下执行判断Psmax≤PDPwmax；6判断Psmax≤PDPwmax，判断结果为是表明此时用电需求PD还属于风力并网区间，此时重启热力补能子策略、储能电池补能子策略，然后跳转至步骤2；判断结果为否表明此时用电需求已不属于风力并网区间，因此断开开关KM11、KM22和KM23，重启系统，重新判断用电需求属于哪个区间，然后执行相应的路线；上述中，Pw表示风力发电功率，KM22表示风力发电并网开关，Pg＝Pw0.16Pwmax表示判断此时并网设备即风力发电设备是否进行故障检测的临界值，PgPD+5W为防止用电设备因功率过高而损坏所设保护值；所述路线C具体步骤如下：1闭合KM12、KM22和KM23，启动微型并网逆变器和风能并网逆变器；2判断Ps0.1Psmax和Pw0.16Pwmax，判断结果为否表明光伏发电设备和风力发电设备的发电功率未全大于各自的发电功率临界值，因此执行风光故障检测以及补能子策略，然后跳转至步骤5；判断结果为是表明光伏发电设备和风力发电设备均可正常发电，因此重新赋值Pg＝Ps+Pw，此时并网设备的实时发电功率为光伏发电功率和风力发电功率之和，然后继续向下执行判断PDPg；3判断PDPg，判断结果为否表明此时并网设备的实时发电功率即光伏发电功率和风力发电功率之和小于用电需求，因此减小风机偏航角度增大风力发电功率，然后再次判断PDPg；判断结果为是表明此时并网设备的实时发电功率即光伏发电功率和风力发电功率之和大于用电需求，此时继续向下执行判断PgPD+5W；4判断PgPD+5W，判断结果为否表明此时并网设备的实时发电功率即光伏发电功率和风力发电功率之和超过保护值范围，因此增大风机偏航角度减小风力发电功率，然后再次判断PgPD+5W；判断结果为是表明此时并网设备的实时发电功率即光伏发电功率和风力发电功率之和在保护值范围内，此时继续向下执行判断Pwmax≤PDPsmax+Pwmax；5判断Pwmax≤PDPsmax+Pwmax,判断结果为是表明此时用电需求PD还属于光伏发电和风力发电并网区间，此时重启风光故障检测及补能子策略，然后跳转至步骤2；判断结果为否表明此时用电需求PD已不属于光伏发电和风力发电并网区间，因此断开开关KM12、KM22和KM23，重启系统，重新判断用电需求属于哪个区间，然后执行相应的路线；所述路线D包括以下步骤：1闭合KM12、KM22、KM23、KM31和KM32，调整风机偏航角度为0°使风力发电功率达到最大，启动微型并网逆变器、风能并网逆变器和单相并网逆变器；2判断Ps0.1Psmax和Pw0.16Pwmax和Ph0.23Phmax，判断结果为否表明光伏发电设备、风力发电设备和热力发电设备的发电功率未全大于各自的发电功率临界值，因此执行风光热故障检测及补能子策略，然后跳转至步骤5；判断结果为是表明光伏发电设备、风力发电设备和热力发电设备均可正常发电，因此重新赋值Pg＝Ps+Pw+Ph,此时并网设备的实时发电功率为光伏发电功率、风力发电功率和热力发电功率之和，然后继续向下执行判断PDPg；3判断PDPg，判断结果为否表明此时并网设备的实时发电功率即光伏发电功率、风力发电功率和热力发电功率之和小于用电需求，因此调高热罐阀门开度增大热力发电功率，然后再次判断PDPg；判断结果为是表明此时并网设备的实时发电功率即光伏发电功率、风力发电功率和热力发电功率之和大于用电需求，此时继续向下执行判断PgPD+5W；4判断PgPD+5W，判断结果为否表明此时并网设备的实时发电功率即光伏发电功率、风力发电功率和热力发电功率之和超过保护值范围，因此调低热罐阀门开度减小热力发电功率；然后再次判断PgPD+5W；判断结果为是表明此时并网设备的实时发电功率即光伏发电功率、风力发电功率和热力发电功率之和在保护值范围内，此时继续向下执行判断Psmax+Pwmax≤PDPsmax+Pwmax+Phmax；5判断Psmax+Pwmax≤PDPsmax+Pwmax+Phmax,判断结果为是表明此时用电需求PD还属于光伏发电、风力发电和热力发电并网区间内，此时重启风光热故障检测及补能子策略，然后跳转至步骤2；判断结果为否表明此时用电需求PD已不属于光伏发电、风力发电和热力发电并网区间内，因此断开开关KM12、KM22、、KM23、KM31、KM32，重启系统，重新判断用电需求属于哪个区间，然后执行相应的路线；上述中，KM31表示热力发电并网开关，KM32表示电磁阀门控制开关，Ph表示热力发电功率，Ph0.23Phmax表示判断热力发电设备是否进行故障检测的临界值，低于此值时需进行热力故障检测；所述路线E包括以下步骤：1闭合KM12、KM22、KM23、KM31、KM32和KM41，调整风机偏航角度为0°使风力发电功率为最大，调节热罐阀门开度为100％使热力发电功率为最大，启动微型并网逆变器、风能并网逆变器、单相并网逆变器和储能并网逆变器；2判断Ps0.1Psmax和Pw0.16Pwmax和Ph0.23Phmax和C20％,判断结果为否表明光伏发电设备、风力发电设备、热力发电设备和储能设备未全大于各自的发电功率临界值或储电量临界值，因此执行风光热储故障检测子策略，然后跳转至步骤5；判断结果为是表明光伏发电设备、风力发电设备、热力发电设备可正常发电并且储能设备可正常供电，因此重新赋值Pg＝Ps+Pw+Ph+Pb，此时并网设备的实时发电功率为光伏发电功率、风力发电功率、热力发电功率和储能供电功率之和，然后继续向下执行判断PDPg；3判断PDPg，判断结果为否表明此时并网设备的实时发电功率即光伏发电功率、风力发电功率、热力发电功率和储能电池供电功率之和小于用电需求，因此调高储能电池输出功率，然后再次判断PDPg；判断结果为是表明此时并网设备的实时发电功率即光伏发电功率、风力发电功率、热力发电功率和储能电池供电功率之和大于用电需求，此时继续向下执行判断PgPD+5W；4判断PgPD+5W,判断结果为否表明此时并网设备的实时发电功率即光伏发电功率、风力发电功率、热力发电功率和储能电池输出功率之和超过保护值范围，因此调低储能电池输出功率；然后再次判断PgPD+5W；判断结果为是表明此时并网设备的实时发电功率即光伏发电功率、风力发电功率、热力发电功率和储能电池输出功率之和在保护值范围内，此时继续向下执行判断Psmax+Pwmax+Phmax≤PDPsmax+Pwmax+Phmax+Pbmax；5判断Psmax+Pwmax+Phmax≤PDPsmax+Pwmax+Phmax+Pbmax，判断结果为是表明此时用电需求PD还属于光伏发电、风力发电、热力发电和储能供电并网区间，此时重启风光热储故障检测子策略，然后跳转至步骤2；判断结果为否表明此时用电需求PD已不属于光伏发电、风力发电、热力发电和储能装置并网区间，因此断开开关KM12、KM22、KM23、KM31、KM32、KM41，重启系统，重新判断用电需求属于哪个区间，然后执行相应的路线；上述中，Pb表示储能电池输出功率，KM41表示储能设备并网开关，C表示储能电池电量。

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