一種風(fēng)光互補(bǔ)仿真實驗裝置的工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種供配電實驗系統(tǒng)，尤其涉及一種利用風(fēng)能與太陽能的互補(bǔ)性，建 立起具有一定容量的以新能源為代表的供配電實驗系統(tǒng)的工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 利用太陽能發(fā)電有兩種類型：一類是太陽光發(fā)電(亦稱太陽能光發(fā)電)，另一類是 太陽熱發(fā)電(亦稱太陽能熱發(fā)電)。由于太陽能光發(fā)電的利用率高，經(jīng)濟(jì)實用，被大量的推廣 使用。太陽能光發(fā)電是將太陽能直接轉(zhuǎn)變成電能的一種發(fā)電方式。它包括光伏發(fā)電、光化 學(xué)發(fā)電、光感應(yīng)發(fā)電和光生物發(fā)電四種形式，其中，現(xiàn)階段技術(shù)相對成熟，利用較多的是太 陽能光伏發(fā)電。而風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的 速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。其本質(zhì)是將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變成機(jī)械動能，再將機(jī)械動能轉(zhuǎn)換成 電能。
[0003] 然而盡管風(fēng)能，太陽能存在著以上許多優(yōu)點(diǎn)，但是我們?nèi)匀徊荒芎鲆曀鼈冏陨淼?缺點(diǎn)。它們不僅都是一種能量密度很低的能源，而且都會隨著天氣與氣候的變化而變化， 即也是一種能量穩(wěn)定性差的能源。這些弊端給它們的推廣應(yīng)用帶來了難題。因而為了建立 起更加穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟(jì)合理的能源系統(tǒng)，我們需要充分利用風(fēng)能與太陽能在多方面的互補(bǔ) 性，將風(fēng)能和太陽能綜合利用起來。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種風(fēng)光互補(bǔ)仿真實驗裝置的工作方法，其滿足對太陽能和 風(fēng)能并網(wǎng)實驗的需要。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種風(fēng)光互補(bǔ)仿真實驗裝置的工作方法， 其中，所述風(fēng)光互補(bǔ)仿真實驗裝置包括：光伏發(fā)電實驗單元、風(fēng)力發(fā)電實驗單元，以及與所 述蓄電池相連的離網(wǎng)逆變模塊；所述光伏發(fā)電實驗單元包括：光伏并網(wǎng)逆變模塊、直流開 關(guān)模塊、光伏組件模塊；所述風(fēng)力發(fā)電實驗單元包括：風(fēng)力發(fā)電機(jī)模塊、主變壓器模塊、濾 波補(bǔ)償裝置模塊；所述工作方法包括：實驗時，將各導(dǎo)線分別插接各模塊附近的輸入輸出 孔以使相應(yīng)模塊的輸入、輸出端相連。
[0006] 進(jìn)一步，所述風(fēng)光互補(bǔ)仿真實驗裝置還包括：用于進(jìn)行電容在線檢測實驗的電容 測試單元，所述電容測試單元的工作方法包括如下步驟： 步驟一：采集被測電容兩端的電壓向量，并將該電壓向量分解出基波電壓⑷和η次 諧波電壓分量$ ，即，所述被測電容兩端的疊加電壓，即的)=岣⑷+? (?)，計算該 疊加電壓的有效值U，基波電壓的有效值U。。
[0007] 步驟二：建立電容聲壓級數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫中包括：各類型電容在僅有各基波的 有效值所分別對應(yīng)的電容聲壓級。
[0008] 預(yù)設(shè)被測電容類型、額定電容量C。，根據(jù)被測電容類型及當(dāng)前基波電壓的有效值 U。從所述電容聲壓級數(shù)據(jù)庫獲得相應(yīng)電容聲壓級_0。
[0009] 采集被測電容產(chǎn)生的聲音信號，以獲得相應(yīng)電容聲壓級，通過公式
計算出被測電容的實際電容量Cx。
[0010] 步驟三：根據(jù)被測電容的實際電容量Cx和疊加電壓的有效值U建立電容量預(yù) 估公式，即
其中，C為被測電容損壞時的極限電容值，t為電容損壞預(yù)期時 間，k為單位時間內(nèi)被測電容在當(dāng)前基波電壓的有效值U。下對應(yīng)的電容量變化系數(shù)，即，
,其中，Cxl和Cx2為單位時間內(nèi)被測電容的電容量初值和終值。
[0011] 設(shè)定所述極限電容值C，通過所述電容量預(yù)估公式推導(dǎo)出電容損壞預(yù)期時間t的 計算公式，即
以計算出被測電容發(fā)生損壞的預(yù)期時間。
[0012] 進(jìn)一步，所述疊加電壓的有效值U通過基波電壓外⑷和η次諧波電壓分量的 有效值平方和的平方根值獲得。
[0013] 進(jìn)一步，所述η次諧波電壓分量％⑷中η取5。
[0014] 本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1)本發(fā)明通過所包含的光 伏發(fā)電實驗單元、風(fēng)力發(fā)電實驗單元以完成光伏和風(fēng)能并網(wǎng)實驗；（2)本發(fā)明把超聲波傳 感器和高頻電流傳感器結(jié)合起來，實現(xiàn)了無需關(guān)閉電源的在線檢測；（3)本發(fā)明通過超聲 波傳感器采集被測電容產(chǎn)生的電容聲壓級;高頻電流傳感器采集電容兩端的電壓值， 建立電容量預(yù)估公式，利用該公式對被測電容的壽命進(jìn)行預(yù)測，比傳統(tǒng)的僅僅檢測當(dāng)前電 容實際電容量來判斷電容壽命更加具有前瞻性，并且通過該實驗裝置可以開設(shè)電力電子技 術(shù)課程，對電力電容的評估具有參考價值。
【附圖說明】
[0015] 為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)的具體實施例并結(jié)合附圖， 對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中 圖1風(fēng)光互補(bǔ)仿真實驗裝置的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2電容測試單元的原理框圖； 圖3為電容測試單元的工作方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0016] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面結(jié)合【具體實施方式】并參 照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā) 明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本 發(fā)明的概念。
[0017] 實施例1 如圖1所示，一種風(fēng)光互補(bǔ)仿真實驗裝置的工作方法，其中，風(fēng)光互補(bǔ)仿真實驗裝置包 括：光伏發(fā)電實驗單元、風(fēng)力發(fā)電實驗單元，以及與所述蓄電池相連的離網(wǎng)逆變模塊；所述 光伏發(fā)電實驗單元包括：光伏并網(wǎng)逆變模塊、直流開關(guān)模塊、光伏組件模塊；所述風(fēng)力發(fā)電 實驗單元包括：風(fēng)力發(fā)電機(jī)模塊、主變壓器模塊、濾波補(bǔ)償裝置模塊；所述工作方法包括： 實驗時，將各導(dǎo)線分別插接各模塊附近的輸入輸出孔以使相應(yīng)模塊的輸入、輸出端相連。
[0018] 所述相應(yīng)模塊指的是一個實驗單元中的各模塊按照實驗要求進(jìn)行連接，即，光伏 組件模塊的輸出孔連接直流開關(guān)模塊的輸入孔，該直流開關(guān)模塊的輸出孔連接光伏并網(wǎng)逆 變模塊的輸入孔。
[0019] 所述光伏并網(wǎng)逆變模塊、直流開關(guān)模塊、主變壓器模塊、濾波補(bǔ)償裝置模塊、離網(wǎng) 逆變模塊分別位于實驗基板上，各模塊兩側(cè)分別設(shè)有輸入輸出孔，該接口適于插接實驗導(dǎo) 線構(gòu)建實驗電路。
[0020] 上述各模塊均為現(xiàn)有技術(shù)中以公開的電路模塊，其用于讓學(xué)生完成實驗接線，以 及測量必要數(shù)據(jù)所用。學(xué)生可以根據(jù)課程要求，進(jìn)行相應(yīng)連線，提高學(xué)生的動手能力。
[0021] 實施例2 如圖2所示，在實施例1基礎(chǔ)上的所述風(fēng)光互補(bǔ)仿真實驗裝置還包括：用于進(jìn)行電容在 線檢測實驗的電容測試單元，該電容測試單元包括： 超聲波傳感器，用于采集被測電容產(chǎn)生的聲音信號，以獲得相應(yīng)電容聲壓級%丨。
[0022] 高頻電流傳感器，用于采集電容兩端的電壓向量。
[0023] 所述超聲波傳感器、高頻電流傳感器分別通過相應(yīng)數(shù)據(jù)調(diào)理單元與數(shù)據(jù)處理控制 單元相連；即，超聲波傳感器、高頻電流傳感器分別通過第一、第二數(shù)據(jù)調(diào)理單元與數(shù)控處 理控制單元相連，且第一、第二數(shù)據(jù)調(diào)理單元可以采用由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的一定比例 的放大器。
[0024] 所述數(shù)據(jù)處理控制單元，包括： 電容疊加電壓計算模塊，適于將獲得的電壓向量分解出基波電壓叫(A)和η次諧波電壓 分量％i，g卩，所述被測電容兩端的疊加電壓_):，即的)=⑷+?(6)，計算該疊加電壓 的有效值U，同時計算基波電壓的有效值U。；其中，獲得諧波和基波的方法是通過FFT運(yùn)算 得到，該方法在現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)中已有大量描述，例如：李加升、柴世杰2009年9月發(fā)表在期 刊《電力系統(tǒng)保護(hù)與控制》上的論文"電能質(zhì)量諧波間諧波在線快速檢測方法研究"中已有 相關(guān)描述。
[0025] 電容量計算模塊，適于根據(jù)預(yù)設(shè)被測電容類型、額定電容量C。，通過所述電容聲壓 級數(shù)據(jù)庫獲得被測電容與僅有各基波的有效值對應(yīng)的電容聲壓級:?? ;通過被測電容產(chǎn)生 的聲音信號，以獲得相應(yīng)電容聲壓級，通過公式
，計算出被測電容的 實際電容量cx;其中，所述電容聲壓級:|Q通過建立電容聲壓級數(shù)據(jù)庫的方式獲得，即該數(shù) 據(jù)庫中存儲有各類型電容與各基波電壓的有效值對應(yīng)的電容聲壓級，通過預(yù)設(shè)輸入被測電 容的類型，以及計算所得到當(dāng)前基波電壓的有效值，從電容聲壓級數(shù)據(jù)庫查找得到該電容 對應(yīng)的電容聲壓級數(shù)據(jù)；計算相應(yīng)電容聲壓級％::的方法在論文文獻(xiàn)：2010年6月發(fā)表于 《電子技術(shù)學(xué)報》的基于振動信號的電容噪聲水平計算方法中已被公開。
[0026] 被測電容壽命計算模塊，適于根據(jù)被測電容的實際電容量Cx和疊加電壓的有效值 U建立電容量預(yù)估公式，即
其中，C為被測電容損壞時的極限電容值，t為電容 損壞預(yù)期時間，k為單位時間內(nèi)被測電容在當(dāng)前基波電壓的有效值U。下對應(yīng)的電容量變化 系數(shù)，即，
其中Cxl和Cx2為在當(dāng)前基波電壓的有效值U。下的單位時間內(nèi)被 測電容的電容量初值和終值；電容量變化系數(shù)k可以根據(jù)各類型電容在各基波電壓的有效 值下經(jīng)過實測建立的電容量變化系數(shù)數(shù)據(jù)庫得到，該電容量變化系數(shù)數(shù)據(jù)庫根據(jù)電容型號 和相應(yīng)基波電壓的有效值查找得到該電容對應(yīng)的電容量變化系數(shù)k，其具體獲取方法：各 種基波電壓的有效值下所測量的各類型電容在一段時間內(nèi)的電容量初值和終值，再換算出 一個單位時間內(nèi)對應(yīng)的電容量初值和終值，根據(jù)預(yù)設(shè)被測電容的類型，以及計算所得到當(dāng) 前基波電壓的有效值，從電容量變化系數(shù)數(shù)據(jù)庫中查找的出該電容對應(yīng)的電容量變化系數(shù) k，為了便于計算，設(shè)電容在單位時間內(nèi)的變化量是線性的；且通過所述電容量預(yù)估公式推 導(dǎo)出電容損壞預(yù)期時間t的計算公式，即
設(shè)定所述極限電容值C，以計算出被測 電容發(fā)生損壞的預(yù)期時間。