本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)大棚技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及光伏農(nóng)業(yè)大棚發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)際能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電得到了廣泛的推廣。太陽(yáng)能光伏發(fā)電由于需要的場(chǎng)地面積較大、常常會(huì)占用大量的土地面積，而占用的土地面積基本上沒(méi)有得到更好的二次利用，嚴(yán)重浪費(fèi)了土地資源。而農(nóng)業(yè)大棚與光伏發(fā)電相結(jié)合，充分利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電設(shè)備所占的土地、空間和結(jié)構(gòu)，既能發(fā)電又能種植，增加單位土地的產(chǎn)出，是光伏效益和農(nóng)業(yè)效益的兩者綜合收益均實(shí)現(xiàn)最大化成為可能，也有利于分布式發(fā)電系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)大棚項(xiàng)目上的規(guī)模應(yīng)用。但是目前的光伏發(fā)電系統(tǒng)受負(fù)荷啟停和逆變器諧波影響，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定及電能質(zhì)量造成了嚴(yán)重影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種光伏農(nóng)業(yè)大棚發(fā)電系統(tǒng)，通過(guò)儲(chǔ)能設(shè)備在光伏功率上升時(shí)充電，在光伏功率下降時(shí)放電，實(shí)現(xiàn)功率互補(bǔ)，降低并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。
本發(fā)明提供的一種光伏農(nóng)業(yè)大棚發(fā)電系統(tǒng)，包括大棚本體，以及鋪設(shè)在大棚本體頂部的光伏陣列，所述光伏陣列、直流升壓模塊和并網(wǎng)裝置依順次連接，所述直流升壓模塊和并網(wǎng)裝置之間還設(shè)置有大棚負(fù)載支路和儲(chǔ)能設(shè)備支路，所述光伏陣列輸出的電能通過(guò)直流升壓模塊升壓后，給大棚負(fù)載供電；所述儲(chǔ)能設(shè)備用于充電和放電。
進(jìn)一步的，并網(wǎng)裝置包括依順次連接的直流電機(jī)、同步電機(jī)、并網(wǎng)開(kāi)關(guān)和電網(wǎng)。
進(jìn)一步的，并網(wǎng)裝置還包括并網(wǎng)控制器，所述并網(wǎng)控制器分別與直流電機(jī)、同步電機(jī)和并網(wǎng)開(kāi)關(guān)相連接，所述并網(wǎng)控制系統(tǒng)控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速和同步電機(jī)勵(lì)磁，以及判斷并網(wǎng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)。
進(jìn)一步的，儲(chǔ)能設(shè)備包括蓄電池組和儲(chǔ)能控制器，儲(chǔ)能控制器探測(cè)一端的光伏發(fā)電功率，并控制蓄電池充電或放電。
進(jìn)一步的，蓄電池組為兩組，所述儲(chǔ)能控制器還連接有計(jì)時(shí)器。
由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的有益效果：
1、本發(fā)明提供一種光伏農(nóng)業(yè)大棚發(fā)電系統(tǒng)，包括大棚本體，以及鋪設(shè)在大棚本體頂部的光伏陣列，其中光伏陣列、直流升壓模塊和并網(wǎng)裝置依順次連接，直流升壓模塊和并網(wǎng)裝置之間還設(shè)置有大棚負(fù)載支路和儲(chǔ)能設(shè)備支路，光伏陣列輸出的電能通過(guò)直流升壓模塊升壓后，給大棚負(fù)載供電。光伏陣列的發(fā)電功率易受大棚負(fù)荷啟停影響，具有較大的功率波動(dòng)性，這種功率的快速波動(dòng)將對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和電能質(zhì)量造成不利影響。通過(guò)儲(chǔ)能設(shè)備在光伏功率上升時(shí)充電，在光伏功率下降時(shí)放電，實(shí)現(xiàn)功率互補(bǔ)，降低并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。
2、本發(fā)明提供一種光伏農(nóng)業(yè)大棚發(fā)電系統(tǒng)，并網(wǎng)裝置包括依順次連接的直流電機(jī)、同步電機(jī)、并網(wǎng)開(kāi)關(guān)和電網(wǎng)，以及并網(wǎng)控制器，并網(wǎng)控制器控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速和同步電機(jī)勵(lì)磁，以及判斷并網(wǎng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)。光伏陣列輸出的電能為直流電能，經(jīng)直流升壓模塊升壓后仍為直流電能，直流電能通過(guò)直流電機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，帶動(dòng)同步電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)，并網(wǎng)控制器探測(cè)到同步電機(jī)端電壓幅值、頻率、相位與電網(wǎng)側(cè)的電壓幅值、頻率、相位一致時(shí)，并網(wǎng)開(kāi)關(guān)合閘，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)的互聯(lián)，提高電網(wǎng)的安全穩(wěn)定及電能質(zhì)量。
附圖說(shuō)明
為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。在所有附圖中，類似的元件或部分一般由類似的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)。附圖中，各元件或部分并不一定按照實(shí)際的比例繪制。
圖1為本發(fā)明一種光伏農(nóng)業(yè)大棚發(fā)電系統(tǒng)的原理示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，因此只作為示例，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
需要注意的是，除非另有說(shuō)明，本申請(qǐng)使用的技術(shù)術(shù)語(yǔ)或者科學(xué)術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)為本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的通常意義。
請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)施例提供的一種光伏農(nóng)業(yè)大棚發(fā)電系統(tǒng)，包括大棚本體，以及鋪設(shè)在大棚本體頂部的光伏陣列，其中光伏陣列、直流升壓模塊和并網(wǎng)裝置依順次連接，直流升壓模塊和并網(wǎng)裝置之間還設(shè)置有大棚負(fù)載支路和儲(chǔ)能設(shè)備支路，光伏陣列輸出的電能通過(guò)直流升壓模塊升壓后，給大棚負(fù)載供電。光伏陣列的發(fā)電功率易受大棚負(fù)荷啟停，具有較大的功率波動(dòng)性，這種功率的快速波動(dòng)將對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和電能質(zhì)量造成不利影響。通過(guò)儲(chǔ)能設(shè)備在光伏功率上升時(shí)充電，在光伏功率下降時(shí)放電，實(shí)現(xiàn)功率互補(bǔ)，降低并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。
儲(chǔ)能設(shè)備包括蓄電池組和儲(chǔ)能控制器，儲(chǔ)能控制器探測(cè)一端的光伏發(fā)電功率，并控制蓄電池充電或放電。原理如下：
利用低通濾波原理對(duì)光伏功率進(jìn)行濾波，得到光伏發(fā)電功率的波動(dòng)成分，作為儲(chǔ)能裝置充放電的控制參考，低通濾波控制方法的傳遞函數(shù)為：
公式(1)中，t為濾波時(shí)間常數(shù)。
通過(guò)低通濾波前后的光伏發(fā)電功率的差值即為蓄電池充放電功率參考值：
公式(2)中，t為濾波時(shí)間常數(shù)。ppv位光伏發(fā)電功率，pbat-ref為電池充放電功率參考值，pbat-ref＞0時(shí)，儲(chǔ)能控制器控制蓄電池組充電，pbat-ref＜0時(shí)，儲(chǔ)能控制器控制蓄電池組放電。
當(dāng)所有蓄電池支路同時(shí)充電或放電時(shí)，光伏發(fā)電功率存在高頻波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致蓄電池頻繁充放電，加速了電池老化。將蓄電池組分為兩組，采用兩級(jí)低通濾波控制，使兩組蓄電池分別平抑高頻和低頻的功率波動(dòng)。電池低頻充放電功率參考數(shù)值pbat-ref1和電池高頻充放電功率參考值pbat-ref2分別為：
其中，公式(3)和公式(4)中，t1和t2分別為兩次低通濾波的時(shí)間常數(shù)。
為了兼顧各蓄電池組之間的一致性問(wèn)題，儲(chǔ)能控制器還連接有計(jì)時(shí)器，計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，儲(chǔ)能控制器控制兩組蓄電池組定期進(jìn)行循環(huán)變化，減低頻繁重返點(diǎn)對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備的影響，同時(shí)避免某一蓄電池組支路提前老化。
并網(wǎng)裝置包括依順次連接的直流電機(jī)、同步電機(jī)、并網(wǎng)開(kāi)關(guān)和電網(wǎng)，以及并網(wǎng)控制器，并網(wǎng)控制器控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速和同步電機(jī)勵(lì)磁，以及判斷并網(wǎng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)。光伏陣列輸出的電能為直流電能，經(jīng)直流升壓模塊升壓后仍為直流電能，直流電能通過(guò)直流電機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，帶動(dòng)同步電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)，并網(wǎng)控制器探測(cè)到同步電機(jī)端電壓幅值、頻率、相位與電網(wǎng)側(cè)的電壓幅值、頻率、相位一致時(shí)，并網(wǎng)開(kāi)關(guān)合閘，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)的互聯(lián)。
同步電機(jī)端電壓幅值的控制：同步電機(jī)的電壓平衡方程式為：
u＝e-i×ra(5)
公式(5)中，u為電機(jī)端電壓，e為電動(dòng)勢(shì)，i為定子電流，ra為定子內(nèi)阻。
相電動(dòng)勢(shì)有效值為：
e＝4.44fnφ(6)
公式(6)中，e為同步電機(jī)相電動(dòng)勢(shì)有效值，f為頻率，n為一相繞組匝數(shù)，φ為磁通。
當(dāng)電機(jī)頻率和繞組匝數(shù)一定時(shí)，同步電機(jī)電動(dòng)勢(shì)和磁通量成正比。因此，通過(guò)并網(wǎng)控制器調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓改變定子磁通可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)端電壓值的控制。
相位控制：同步電機(jī)并網(wǎng)時(shí)的相位與電網(wǎng)相位不同側(cè)并網(wǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大沖擊電流，造成對(duì)發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的沖擊，通過(guò)并網(wǎng)控制器對(duì)電機(jī)頻率進(jìn)行微調(diào)，追蹤電網(wǎng)相位，使電機(jī)相位與電網(wǎng)相位一致。
同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率的關(guān)系為：
公式(7)中，n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，p為電機(jī)極對(duì)數(shù)。當(dāng)極對(duì)數(shù)一定時(shí)，電機(jī)頻率與轉(zhuǎn)速成正比。因此，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)輸出電能頻率的控制。
在光伏農(nóng)業(yè)大棚發(fā)電系統(tǒng)中，同步電機(jī)由直流電機(jī)拖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)同軸旋轉(zhuǎn)，因此通過(guò)并網(wǎng)控制器調(diào)節(jié)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)同步電機(jī)頻率的控制。
并且，直流電機(jī)在額定勵(lì)磁下，電樞回路電壓方程為：
公式(8)中ua為直流電機(jī)端電壓，r為點(diǎn)數(shù)電阻，ia為電樞電流，e為電動(dòng)勢(shì)，ce為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。
整理得到電機(jī)轉(zhuǎn)速方程為：
可見(jiàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)直流電機(jī)端可以實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的無(wú)極平滑調(diào)節(jié)。
最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求和說(shuō)明書(shū)的范圍當(dāng)中。