一種反滲透海水淡化自適應(yīng)控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種反滲透海水淡化自適應(yīng)控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]反滲透海水淡化裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，其包括取水栗1、預(yù)處理裝置2、中間水箱3、供水栗4、保安過(guò)濾器5、高壓栗6、反滲透膜組件7。反滲透海水淡化裝置主要依靠電力驅(qū)動(dòng)，但在電網(wǎng)覆蓋不到的海島或邊遠(yuǎn)地區(qū)，由于基本不具備提供充足電力的條件，更無(wú)多余能源用于海水淡化。隨著可再生能源發(fā)電技術(shù)和反滲透技術(shù)的不斷進(jìn)步，就地利用當(dāng)?shù)貎?yōu)越的風(fēng)力和海水等自然資源，開(kāi)發(fā)建立以非并網(wǎng)風(fēng)電為主的反滲透海水淡化耦合系統(tǒng)，可有效解決某些地區(qū)的能源和淡水供應(yīng)問(wèn)題，市場(chǎng)前景十分廣闊。但風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電等可再生能源電力具有不穩(wěn)定性、波動(dòng)性和間歇性特點(diǎn)，這與反滲透海水淡化裝置的能源穩(wěn)定性要求矛盾。如何通過(guò)先進(jìn)的控制方法實(shí)現(xiàn)耦合系統(tǒng)的高效運(yùn)行和低成本應(yīng)用，一直是新能源海水淡化的研究熱點(diǎn)和難題。
[0003]傳統(tǒng)的非并網(wǎng)風(fēng)電海水淡化系統(tǒng)主要采用風(fēng)力發(fā)電和蓄電池組相結(jié)合的供電結(jié)構(gòu)，即風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電分別經(jīng)整流設(shè)備、蓄電池組和逆變?cè)O(shè)備，最后供給海水淡化負(fù)載。該供電結(jié)構(gòu)需要配備大容量?jī)?chǔ)能電池組和逆變?cè)O(shè)備，現(xiàn)有控制系統(tǒng)主要根據(jù)蓄電池組的儲(chǔ)能情況，通過(guò)調(diào)節(jié)或切換海水淡化負(fù)載栗來(lái)實(shí)現(xiàn)功率平衡，存在建設(shè)成本高、維護(hù)難度大、運(yùn)行穩(wěn)定性差等問(wèn)題，且蓄電池充放電、逆變?cè)O(shè)備電能轉(zhuǎn)換以及變頻調(diào)速等過(guò)程存在多重能量損失，造成可再生能源電力利用效率低。因此，需要提供一種能量轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高效利用風(fēng)能的反滲透海水淡化自適應(yīng)控制系統(tǒng)及控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種反滲透海水淡化自適應(yīng)控制系統(tǒng)及控制方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種反滲透海水淡化自適應(yīng)控制系統(tǒng)，包括:
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組:用于輸出交流電；
監(jiān)測(cè)單元:用于實(shí)時(shí)采集風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作狀態(tài)以及反滲透海水淡化裝置的工作狀態(tài)，并將采集到的數(shù)據(jù)送入主控單元；
風(fēng)電控制器:將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，并在主控單元的控制下，將轉(zhuǎn)化后的直流電傳輸至驅(qū)動(dòng)單元；
驅(qū)動(dòng)單元:用于驅(qū)動(dòng)和反滲透海水淡化裝置的取水栗電機(jī)、供水栗電機(jī)和高壓栗電機(jī)；
主控單元:用于根據(jù)監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)，獲得風(fēng)電產(chǎn)量的動(dòng)態(tài)變化信息，并控制驅(qū)動(dòng)單元對(duì)取水栗電機(jī)、供水栗電機(jī)和高壓栗電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)或循環(huán)切換。
[0006]本發(fā)明的監(jiān)測(cè)單元包括: 風(fēng)電參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊:包括用于采集風(fēng)力發(fā)電機(jī)組側(cè)、風(fēng)電控制器側(cè)及蓄電池側(cè)的電壓和電流的多個(gè)傳感器；
裝置工況監(jiān)測(cè)模塊:包括位于反滲透海水淡化裝置管路上、用于測(cè)量濃鹽水流量、產(chǎn)品水流量和產(chǎn)品水水質(zhì)的多個(gè)傳感器，以及分別用于測(cè)量低壓管道和高壓管道壓力的傳感器。本發(fā)明的監(jiān)測(cè)單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，各傳感器可以實(shí)時(shí)獲取反滲透海水淡化裝置的各種狀態(tài)，從而可以更好地監(jiān)控反滲透海水淡化裝置的運(yùn)行狀態(tài)。
[0007]本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)單元包括分別與所述取水栗電機(jī)、供水栗電機(jī)和高壓栗電機(jī)連接的第一變頻器、第二變頻器和第三變頻器；所述第一變頻器、第二變頻器和第三變頻器的輸入端接市電或柴油發(fā)電機(jī)。
[0008]本發(fā)明控制方法主要實(shí)現(xiàn)過(guò)程為:當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電功率大于反滲透海水淡化裝置額定功率，且不超過(guò)反滲透海水淡化裝置用電負(fù)載的最大用電量時(shí)，主控單元控制風(fēng)電控制器僅向驅(qū)動(dòng)單元供電，第一變頻器、第二變頻器和第三變頻器根據(jù)發(fā)電功率調(diào)節(jié)取水栗電機(jī)、供水栗電機(jī)和高壓栗電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最大功率輸出；當(dāng)發(fā)電功率超過(guò)反滲透海水淡化裝置用電負(fù)載的最大用電量時(shí)，主控單元控制風(fēng)電控制器向驅(qū)動(dòng)單元供電，同時(shí)向蓄電池組充電，此時(shí)第一變頻器、第二變頻器和第三變頻器分別驅(qū)動(dòng)取水栗電機(jī)、供水栗電機(jī)、高壓栗電機(jī)達(dá)到最大運(yùn)行轉(zhuǎn)速，并由蓄電池組吸收多余的電能；當(dāng)風(fēng)電產(chǎn)量持續(xù)減少，使得發(fā)電功率無(wú)法滿(mǎn)足反滲透海水淡化裝置的最小用電量時(shí)，主控單元控制風(fēng)電控制器驅(qū)動(dòng)第一變頻器、第二變頻器和第三變頻器維持反滲透海水淡化裝置最小出力；當(dāng)發(fā)電功率持續(xù)小于反滲透海水淡化裝置最小運(yùn)行負(fù)載功率時(shí)，反滲透海水淡化裝置由產(chǎn)水可調(diào)工作制投切到間歇式運(yùn)行工作制，同時(shí)停止第二變頻器和第三變頻器，僅第一變頻器工作，實(shí)現(xiàn)抽水蓄能；當(dāng)發(fā)電功率小于第一變頻器所需最小驅(qū)動(dòng)功率，主控單元控制反滲透海水淡化裝置停機(jī)。
[0009]本發(fā)明中，產(chǎn)水可調(diào)工作制對(duì)應(yīng)第一變頻器、第二變頻器和第三變頻器同時(shí)工作的狀態(tài)；間歇式運(yùn)行工作制對(duì)應(yīng)第二變頻器和第三變頻器不工作，僅第一變頻器工作的狀
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[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為:本發(fā)明通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出功率和蓄電池狀態(tài)的快速跟蹤，并對(duì)反滲透海水淡化裝置工作負(fù)荷的在線(xiàn)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了反滲透海水淡化裝置的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)監(jiān)測(cè)、控制和管理，提高了安全性和可靠性；本發(fā)明的控制系統(tǒng)將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)出的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，并直接作為反滲透海水淡化裝置的驅(qū)動(dòng)能源，并配備僅需用于快速提供或吸收波動(dòng)電能的蓄電池組，簡(jiǎn)化了電能轉(zhuǎn)換中間環(huán)節(jié)，減小了傳統(tǒng)離網(wǎng)型風(fēng)電系統(tǒng)的蓄電池容量，提高了風(fēng)電利用效率。本發(fā)明提出的控制方法可以時(shí)反滲透海水淡化裝置實(shí)現(xiàn)產(chǎn)水可調(diào)工作制和間歇式工作制，通過(guò)反滲透海水淡化裝置不同運(yùn)行模式的自動(dòng)投切，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電功率和用電功率的動(dòng)態(tài)平衡。
【附圖說(shuō)明】
[0011 ] 圖1為反滲透海水淡化裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]如圖2所示，本發(fā)明風(fēng)機(jī)控制器令風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以最大輸出功率運(yùn)行，并將風(fēng)機(jī)發(fā)出的三相交流電轉(zhuǎn)化為直流電，分別傳輸至驅(qū)動(dòng)單元和蓄電池組，驅(qū)動(dòng)單元包括三個(gè)變頻器，三個(gè)逆變器的三相交流輸出接反滲透海水淡化裝置的電機(jī)負(fù)載。主控單元根據(jù)顯示單元的操作指令，向驅(qū)動(dòng)單元變頻器和風(fēng)機(jī)控制器發(fā)送控制信號(hào)，同時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)采集的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出狀態(tài)、當(dāng)前蓄電池組蓄能狀態(tài)和反滲透海水淡化裝置的工作狀態(tài)，通過(guò)主控單元對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)、控制和管理。