微网型风电海水淡化系统的设计

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1、微网型风电海水淡化系统的设计（哈电发电设备国家工程研究中心有限公司哈尔滨150040）摘要：提出一种采用风电机组、储能系统和海水淡化装置组成微网型海水淡化系统的设计方案，利用风力发电技术、电力电子和储能技术、海水淡化技术、计算机及控制技术实现风电海水淡化系统的孤岛运行，为无电网海岛地区提供优质淡水和稳定电源，此设计方案可有效解决边远岛屿供水供电问题，改善岛屿的居住环境。关键词：微电网；能量管理；风电；海水淡化0引言微电网是相对传统大电网的一个概念。微电网就是采用现代电力电子技术，新能源发电技术、计算机控制技术等新技术，将微电源、用电负荷、储能设备及控制装置等结合在一起，直接接入用户侧，向用户供

2、给电能的小规模分散独立供电系统［1］。木文立足于可独立运行的智能微电网系统，提出将微电网系统与海水淡化装置相结合的设计方案，实现系统的孤网运行，为没有电M的边远海岛地IX:提供优质的淡水和稳定电源，可有效解决偏远海岛的淡水供应和电力供应难题，极大改善海岛居民的居住环境和生活质量。1系统整体设计在此系统中，主要括风电电源、储能系统、海水淡化装置、备用柴油发电机组和其他民用负荷几部分［2］。微电网采用三项380V交流方案，即发电设备、储能装置和用电负荷均接入380V交流母线上，如图1所示。图1微网系统整体构成图其中，风力发电机组采用2台lOOkw永磁同步风电组，经AC-DC-AC全功率变流后，形成

3、稳定的380V三项交流电接入微网系统，是此系统的主要供电电源。储能系统主要包括蓄电池组，电池管理系统（BMS）,双向逆变器（PCS）。当电源发电量大于用电负荷时，PCS将微网中多余电能整流后，给蓄电池组充电;当电源发电量小于用电负荷吋，PCS将蓄电池组中电能逆变后向微网供应电能。通过PCS给电池充放电，维持风电设备和用电负荷的平衡，保证微电网电压基本恒定［3】。海水淡化装置作为系统的用电负荷。海水淡化装置采用膜渗析法将海水转化为淡水，本系统海淡装置在常规海淡装置基础上进行改进，由于微网系统中风电波动较大，需要海淡负载功率具有较强的可调节性，因此，海淡负载中所冇大功率电动机均采用变频启动，对电网

4、电压波动具奋很强的适应性，并可以变功率运行，有效解决了风电机组发电功率波动的问题。柴油发电机组作为备用电源，系统正常运行时不启动。当蓄电池组电量放空，或由于台风等因素导致风电机组无法运行时，可利用柴汕发电机组给电池充电，并给用电负荷供电。2能量管理系统的设汁在此微电网系统中，由于发电设备为风力发电机组，发电功率受风速波动影响很大，输出功率有较大波动。而海水淡化装置中，电机、水泵等用电设备较多，投入切出时也会对微电网电压造成一定冲击，因此需要完善的能量管理系统（EMS）对发电机组、储能系统、用电负荷进行电能调度，实现用电负荷和发电设备间的平衡，以保证微网电压稳定，实现系统的连续稳定运行［4］。为

5、了更好的进行调度、管理与控制，能量管理系统将遵循分层控制、统一调度的原则。因此，其运行调度管理与控制可分为三层结构：就地控制层、网络通讯层和管理调度层，如图2所示。图2能量管理系统多层结构图2.1就地控制层就地控制层主要包含风电机组控制器、PCS控制器、BMS充电监控器、海水淡化控制器等。各就地控制装置直接采集各台发电设备各项参数，并通过网络通讯层向管理调度层发送数据，同时接受调度管理层下达的控制指令，负责控制微电网系统内部各个发电设备和的安全稳定工作，是整套控制系统的执行机构,以下为系统内主要就地控制部分。1）风电机组控制器：风电机组控制器集成于风电机组整机中，负责控制风电机组自身的运行。本

6、系统要求风电机组控制系统具备TCP/IP通讯协议，可以和上位机（工控机）实现基于TCP/IP协议的数据传输（工业以太网或光缆），接受上位机的启停控制和能量调度。2）PCS控制器:PCS利用电池作为储能器件，建立电网基准电压，平抑电网波动，对电能削峰填谷。本系统中PCS控制器为采用TCP/IP通讯协议与上位机（工控机）实现总线通讯。3）电池管理系统（BMS）控制器：BMS控制器实吋采集电池工作状态，包括电池的充/放电状态，电池电压、电流、容量等参数。本系统中，要求电池管理系统具备TCP/IP通讯协议，可以和上位机（工控机）实现基于TCP/IP协议的数据传输（工业以太网或光缆），向上位机传输各状态

7、信号。4）海水淡化控制器海水淡化控制器集成于海淡设备中，负责控制海淡设备的运行。本系统要求海淡控制器具备TCP/IP通讯协议，可以和上位机（工控机）实现基于TCP/IP协议的数据传输（工业以太网或光缆），接受上位机的启停控制。5）其他信号输入输出在此系统中，某些采集点和控制点的输入、输出需采用模拟量或数字量输出/输入，可采用研华ADAM系列远程I/O模块，此系列模块可以通过以太网线连接上位机（工控