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中能清源 以DSP28335为控制核心的风光互补新能源发电、复合储能系统应用于园林水处理(曝气生物滤池)

--中能清源 以DSP28335为控制核心的风光互补新能源发电、复合储能系统应用于园林水处理(曝气生物滤池)

供稿:北京中能清源科技有限公司 2011/12/22 11:03:54

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  • 关键词: DSP28335 控制系统 风光互补新能源发电系统
  • 摘要:本示范项目应用于山东省东营市明潭公园,根据东营地区的年均风力资源密度,年均光照量,待处理水体水质,实施地点的自然环境,综合考虑水处理,节能,成本,园林景观等多方面的因素,设计以风光互补新能源发电系统作为系统的供电电源,以超级电容器、阀控密封铅酸蓄电池等作为系统的储能设备,以DSP28335作为系统的控制核心,以仿古水车作为系统的提水设备(提水至曝气生物滤池进行水质处理)。

一、 综述
       本示范项目应用于山东省东营市明潭公园,根据东营地区的年均风力资源密度,年均光照量,待处理水体水质,实施地点的自然环境,综合考虑水处理,节能,成本,园林景观等多方面的因素,设计以风光互补新能源发电系统作为系统的供电电源,以超级电容器、阀控密封铅酸蓄电池等作为系统的储能设备,以DSP28335作为系统的控制核心,以仿古水车作为系统的提水设备(提水至曝气生物滤池进行水质处理)。通过此示范项目,研究东营市环流水系的水质保持措施,促进园林环境的科学性综合可持续发展,同时将此项目做为东营市青少年了解认知新能源发电及储能的一个培训基地。
        目前项目设计合同已签订并执行。项目设计方案得到了东营市城市管理局的认可和好评。项目实施方面,我公司已中标并已签订项目实施合同,正在组织实施中。
一、 系统描述
1、DSP28335控制核心
        28335型数字信号处理器是TI公司的一款TMS320C28X系列浮点DSP控制器。具有精度高,成本低, 功耗小,性能高,外设集成度高,数据以及程序存储量大,A/D转换更精确快速等优点。
        TMS320F28335具有150MHz的高速处理能力,具备32位浮点处理单元,6个DMA通道支持ADC、McBSP和 EMIF,有多达18路的PWM输出,其中有6路为TI特有的更高精度的PWM输出(HRPWM),12位16通道ADC。得益于其浮点运算单元,用户可快速编写控制算法而无需在处理小数操作上耗费过多的时间和精力。28335与定点C28x控制器软件兼容,从而简化软件开发, 缩短开发周期,降低开发成本。
        DSP控制系统为园林水质净化和新能源示范项目的控制系统的核心,通过对相应电压,电流等数据的采集和计算,实现对系统总功率和负载功率的监控以及蓄电池及超级电容的充放电的控制,同时实现风光发电,电池储能,备用市电三种工作模式的切换,实现新能源的最大利用和最大节能。
2、 CAN总线通讯
        系统中的各个设备和DSP等控制器之间通过CAN总线实现通讯,保证了实时性,可靠性。
CAN(Controller Area Network)通讯具有以下特点:
        (1)CAN协议废除了站地址编码,而代之以对通信数据进行编码,这可使不同的节点同时接收到相同的数据,这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强,并且容易构成冗余结构,提高系统的可靠性和系统的灵活性。
       (2)CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能,以使总线上其他节点的操作不受影响。而且,CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现,从而大大降低系统开发难度,缩短了开发周期
       (3)CAN总线具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点,是一种已形成国际标准的现场总线
       (4)CAN总线广泛应用于自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展,是最有发展前途的现场总线之一。
3、 风光互补复合发电系统
        我公司综合研究了东营市的自然气候条件,以及负载的不同工作状态,对风光互补发电系统进行了配置和功率选择。
(1)风机
        在风机的选择上,我公司搭配使用了10KW,5KW等30m塔杆的传统小型风力发电机组,保证在高空、风速足够的条件下,使得发电机组的输出功率尽量能满足系统的应用要求。同时,我公司还选择我们自主研发的浓缩风能型风力发电机,该机将稀薄的风能经浓缩风能装置加速、整流和均匀化后驱动叶轮旋转发电,从而提高了风能的能流密度,降低了自然风的湍流度,改善了风能的不稳定等弱点,提高了风能品质,并且具备以下特性:
---单机输出功率大
---切入风速低
---噪声低
---运行安全性高
---迎风向导性好
---机组使用寿命长
(2)光伏太阳能电池板
        在光伏太阳能组件的选择上,我公司设计并选择用235W的太阳能光伏组件,20块为一组进行串联,组成一个电池方阵,直流电压输出600V,经过逆变,输出交流三相380V,为负载供电。
(3)母线结构
        直流母线系统结构简单,适用范围广,但是系统容错率低,能量浪费比较严重,因此,交流母线系统是更佳的选择。交流母线系统背靠大电网,在风光充足,储能满能量的状态下,可以用于给同一变压器下的其他负载供电,并且,采用交流母线系统,能量浪费比较少,更符合我们节能环保的要求。
4、复合储能
        复合储能是国家目前研究的一项重点内容,中科院电工所在北京延庆地区正在筹划建设一个多发电方式,多储能配合使用的示范项目,国家主席胡锦涛曾亲临现场进行考察并给予表扬。因此,我公司特将复合储能引入此系统,以推进公司在复合储能领域的技术研究及应用。
        在可再生能源微电网中配置互补储能系统,如包括蓄电池储能单元与超级电容器储能单元等,以充分发挥功率型储能与能量型储能的互补优势,实现系统整体技术经济性的提高。互补储能系统在容量配置、运行控制和能量管理上要与各储能单元的性能特点相匹配,并适应微电网并网运行、离网运行等不同运行模式对储能系统的需求。
        为了使储能系统的设计更加精确合理,我公司聘请中科院电工所负责延庆储能示范项目的唐西胜博士作为本项目的能量管理系统顾问,经唐博士指导,最终决定,采用超级电容、阀控铅酸蓄电池的混合储能方式,此外,作为示范项目,考虑在项目中实现飞轮储能的应用。储能方式介绍:
        ①蓄电池储能是目前最成熟、最可靠的储能技术。铅酸电池具有技术成熟, 可制成大容量存储系统, 单位能量成本和系统成本低,安全可靠和再利用性好等特点,也是目前最实用的储能系统,已在小型风力发电、光伏发电系统以及中小型分布式发电系统中获得广泛应用。
        ②超级电容器的电容量很大,功率密度高,使用寿命长,效率高,在维持电压稳定、抑制电压波动与闪变、抑制电压下跌和瞬时断电供电等方面发挥重要作用。超级电容器储能系统的接入方式采用并联的方式,即并联在配电网系统和负荷之间。一旦出现电压的异常变化,超级电容器可以通过迅速释放能量和储存能量的方式来消除电压异常变化对整个电网系统及负荷的影响。电网系统通过整流器和逆变器来实现与超级电容器储能系统的连接,可见,超级电容器储能系统能大幅优化电能的暂态响应性能。
        ③飞轮储能器中没有任何化学活性物质,也没有任何化学反应发生。旋转时的飞轮是纯粹的机械运动。飞轮储能具有效率高、建设周期短、寿命长、高储能、充放电快捷、充放电次数无限以及无污染等有点。适用于电网调频和电能质量保障。在此系统中,飞轮储能不承担主要的储能任务。
三、系统的创新性、先进性
本系统的创新性、先进性集中主要有以下几点:
        1、DSP28335作为TI公司最新推出的数字处理芯片,无论是在处理速度、处理精度还是能耗方面,都达到了世界一流水准。
        2、风光互补发电作为国家目前重点推动的节能环保发电方式,正在为越来越多的政府部门和企业所认可、接纳。
        3、多种储能方式的配合使用是储能方面主要的研究方向,能更精确的满足用户对储能的要求。
        4、风光互补系统和曝气生物滤池的结合,是两种节能环保系统的结合,为高能耗的产业提供了一种新的无污染的解决思路。
四、北京中能清源科技有限公司简介
     2010年3月26日注册在北京,由九名电力传动与控制领域内资深的行业技术专家、高级经理等共同发起和组建的股份制公司;2011年1月清华大学企业集团参股。将在苏州设立子公司,立足长三角的优势发展企业。
     在电力电子产业领域,致力于新能源生产、应用接入的核心技术和设备(如逆变器、变流器、变频器、变换器、电动汽车充电站,系统发电预报预测软件等)的研发、制造、销售和服务。结合风力发电、光伏发电等新能源开发及电动汽车充电、分布式电网、高效储能等领域的核心技术和设备的研制者和供应商。
     自主研发2MW双馈式风电变流器,处于产品化阶段;太阳能发电的光伏逆变器55KW至110KW的并联技术,预研工作完成,样机开发中。
     奉行“知行合一”的团队文化,打造专业、高效、创新的工程师团队,预计3-5年打造3-5亿元的规模企业,走向国际市场。

 

 

更多内容请访问 北京中能清源科技有限公司(http://c.gongkong.com/?cid=17649)

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