CN103872677B - 发电单元和能量输出设备 - Google Patents

Abstract

本发明是发电单元和能量输出设备。涉及一种发电单元，包括：能量输入模块，用于捕获间歇式能源并输出由所捕获的间歇式能源转化的电能；能量存储模块，其与所述能量输入模块的输出端相连，用于存储所述能量输入模块输出的电能；能量输出模块，其包括并联的第一能量输出模块和双向变流器。所述第一能量输出模块用于接收来自所述能量输入模块和/或所述能量存储模块的电能，并将电能输出至公共联接点，所述双向变流器用于将来自所述能量输入模块和/或所述能量存储模块的电能输出至所述公共联接点或者将来自所述公共联接点的电能输送到所述能量存储模块。上述发电单元可在多种模式下工作，能够根据电网状况、环境状况以及发电单元本身的状况灵活地运行不同的运行模式。

Description

发电单元和能量输出设备

技术领域

本发明涉及电力系统，尤其涉及一种发电单元和能量输出设备。

背景技术

目前，微网可指由分布式发电单元、能量转换装置、监控装置、保护装置和相关负荷等一个或多个部分组成的小型发、配、用电系统。所谓小型是与主干电网的规模相比较小。微网既可以与外部电网（比如主干电网等）并列/并联/并网运行，也可以独立运行。一般而言，微网是一个能够实现自我控制、自我保护和自我管理的自治系统。

微网中的发电单元一般有第一能源发电单元和第二能源发电单元等多种类型。第一能源发电单元采用诸如可再生能源驱动，该第一能源发电单元可以具体实现为间歇式可再生能源发电单元，采用比如光伏（photovoltaic，PV）、风力、潮汐等间歇式可再生能源驱动；第二能源发电单元采用传统能源，比如煤、燃气、柴油、小型水电等驱动。具体地，间歇式可再生能源发电单元由能源捕获设备和电力电子能源转换设备组成，并作为并网单元接入微网。电力电子能源转换设备可以是诸如变换器（converter）或逆变器（inverter）等，变换器用于执行一般的功率变换，比如交流（AlternatingCurrent，AC）输入直流（DirectCurrent，DC）输出（即AC/DC）、DC/AC、DC/DC、AC/AC等，逆变器主要用于实现DC/AC变换。由于间歇式可再生能源具有能量密度低、受天气和环境条件影响大、输出功率波动性强、难以准确预测等特点，微网中的间歇式可再生能源发电单元的总安装容量通常受到较大限制。如果超过这个限制，则无法保证微网的安全稳定运行，也可能给与其相连的外部电网的稳定带来不利因素。

间歇式可再生能源发电单元接入微网的常规方法如图1所示，使用传统能源的发电机组（如小型水电、柴油发电等）建立并稳定微网的电压和频率，而间歇式可再生能源作为并网单元采用电流源控制方式接入微网。具体地，图1包括以下部分：外部电网11、微网12。外部电网11可以是主干电网或者不同于微网12的另一个微网。微网12包括：一个或多个光伏支路PV1……PVn、一个或多个风力支路、柴油或水力发电机106、负荷107、开关108。光伏支路、风力支路、柴油或水力发电机106、负荷107都连接到公共联接点（pointofcommoncoupling，PCC）。具体地，PCC可以是交流母线。每个光伏支路包括：PV阵列101、DC/AC逆变器102；每个风力支路包括：风力发电机103、AC/DC变换器104、DC/AC逆变器105。该模式下，为保证微网的可靠、稳定运行，需要配置大容量的传统电源以维持微网的电压和频率稳定。此时，间歇式可再生能源发电单元不参与微网的电压和频率的调节，其在微网中的总发电容量比例受到较大限制。

中国专利申请CN102244498A（公开日未2011年11月16日）提出一种电网中的发电单元，在利用间歇式能源时能够对电网供电的稳定起作用。该专利申请由本申请的申请人西门子公司拥有。如图2所示，在该专利申请中，发电单元200包括能量输入模块210、能量储存模块220和能量输出模块230。能量输入模块210可以利用光伏、风力、潮汐等间歇式可再生能源形式，通过相应的电力电子控制器输出相对稳定的直流电压。具体地，能量输入模块210包括用于捕获一种或多种间歇式能源的能源捕获设备212以及充电控制器214。能量输出模块230包括发电单元驱动器（SPUdriver）232、电动机（motor）234、同步发电机（synchronousgenerator，SG）236。电动机234用于将电能转换成机械能，同步发电机236用于将机械能转换成电能，其转子转速与定子旋转磁场保持同步。工作时，发电单元驱动器可以驱动交流电动机或直流电动机，电动机再拖动同步发电机运行，输出工频电能（输出频率为50Hz或60Hz）。发电单元200的功率调节分为有功功率调节和无功功率调节。有功功率调节通过发电单元驱动器232实现，以保证电网频率的稳定；无功功率调节通过同步发电机236自身的励磁控制系统实现。对于无功功率调节，同步发电机236通过对电网电压幅值变化情况的判断，调节自身励磁电压，以控制同步发电机236的输出电压，保证电网电压幅值的稳定，达到调节发电单元输出无功功率的目的。因此，发电单元200虽然是由间歇式可再生能源供能，但是其具有与常规能源发电单元类似的输出外特性。因此在微网中，可以将发电单元200看作常规发电单元来布置微网，提高间歇式可再生能源在微网中的接入比例。

发明内容

本发明是在中国专利申请CN102244498A公开的技术方案的基础上进一步改进得到的，因此在本文中以引用的方式引入中国专利申请CN102244498A的全部内容。利用本发明，能够灵活地控制发电单元的运行模式，实现更加高效同时稳定的运行。

根据本发明的一个方面，提供了一种发电单元，包括：能量输入模块，用于捕获一种或多种间歇式能源并输出由所捕获的间歇式能源转化的电能；能量存储模块，用于存储所述能量输入模块输出的电能；能量输出模块，所述能量输出模块包括并联的第一能量输出模块和双向变流器，所述第一能量输出模块用于接收来自所述能量输入模块和/或所述能量存储模块的电能，并将电能输出至公共联接点，所述双向变流器用于将来自所述能量输入模块和/或所述能量存储模块的电能输出到所述公共联接点或者将来自所述公共联接点的电能输出到所述能量存储模块。在本发明的上述发电单元中，与第一能量输出模块并联的双向变流器可以使得发电单元的能量双向流动，这给系统能量管理与调度方面带来更大灵活性，更加适用于微网的应用。这里，间歇式能源是指太阳能,风能，水能，地热能等不连续产生的能源。

根据一个实施例，所述第一能量输出模块包括发电单元驱动器、电动机和同步发电机，所述发电单元驱动器用于将来自所述能量输入模块和/或所述能量存储模块的电能的第一电压变换为第二电压以驱动所述电动机，所述电动机用于在所述第二电压的作用下拖动所述同步发电机运行，所述同步发电机将自身产生的电能输出到公共联接点。

根据一个实施例，所述能量输出模块响应于控制信号工作在第一种模式下，在所述第一种模式下，所述双向变流器停止运行，所述第一能量输出模块运行以向所述公共联接点输出电能。该实施例中，能够为微网的稳定提供良好的支持。

根据一个实施例，所述能量输出模块响应于控制信号工作在第二种模式下，在所述第二种模式下，所述第一能量输出模块停止运行，所述双向变流器将来自所述能量输入模块和/或所述能量存储模块的电能输出到所述公共联接点。该实施例中，双向变流器作为常规并网逆变器运行，可以将电能直接逆变并入公共联接点，无需经过交流电机与同步发电机的能量传递，降低了能量损耗，可以提高发电单元的能量转换效率。

根据一个实施例，所述能量输出模块响应于控制信号工作在第三种模式下，在所述第三种模式下，所述第一能量输出模块停止运行，所述双向变流器利用来自所述公共联接点的电能对所述能量存储模块进行充电。该实施例中，双向变流器作为整流器运行，可以对储能电池进行充电，从而提高储能电池的利用效率，提高发电单元的运行经济性。

根据一个实施例，所述能量输出模块响应于控制信号工作在第四种模式下，在所述第四种模式下，所述第一能量输出模块运行以向所述公共联接点输出电能，同时所述双向变流器运行以向所述公共联接点输出电能。该实施例中，兼顾了第一种模式和第二中模式的特点。

根据一个实施例，所述发电单元还包括变压器，其连接在所述能量输出模块和所述公共联接点之间。该实施例中，利用变压器能够将能量输出模块输出的较低电压等级的能量传递到较高电压等级的公共联接点。

根据一个实施例，所述发电单元包括多个发电单元支路，每个发电单元支路包括所述能量输入模块、所述能量储存模块和所述能量输出模块。所述能量输出模块的输入端与所述能量输入模块的输出端和所述能量存储模块相连。

根据一个实施例，所述发电单元包括多个能量输出支路，每个能量输出支路包括所述能量输出模块。每个能量输出支路的输入端与所述能量输入模块的输出端和所述能量存储模块相连。

根据一个实施例，所述发电单元包括多个能量输入支路和多个能量输出支路，每个能量输入支路包括所述能量输入模块，每个能量输出支路包括所述能量输出模块，每个能量输出支路的输入端与每个能量输入支路的输出端和所述能量存储模块相连。

在上述多支路的实施例中，通过布置多个支路，使得控制中心能够灵活的控制其中一些支路的开启和关闭，从而提高了对于电网布置的灵活性。另外，布置多个支路，使得出现故障时能够将故障支路断开检修，而不会影响到其他发电单元支路的工作，提高了发电单元的可靠性。

根据一个方面，本发明提供了一种能量输出设备，包括：第一能量输出模块，用于接收来自能量输入模块和/或能量存储模块的电能，并输出给公共联接点；双向变流器，其与所述第一能量输出模块并联连接，用于将来自所述能量输入模块和/或所述能量存储模块的电能输出到所述公共联接点或者将来自所述公共联接点的电能输送到所述能量存储模块。在本发明的上述能量输出设备中，与第一能量输出模块并联的双向变流器可以使得发电单元的能量双向流动，这给系统能量管理与调度带来更大灵活性，更加适用于微网的应用。

根据一个实施例，所述第一能量输出模块包括发电单元驱动器、电动机和同步发电机，所述发电单元驱动器用于将所接收的电能的第一电压变换为第二电压以驱动所述电动机，所述电动机用于在所述第二电压的作用下拖动所述同步发电机运行，所述同步发电机将自身产生的电能输出到所述公共联接点。

根据一个实施例，所述能量输出模块响应于控制信号工作在第一种模式下，在所述第一种模式下，所述双向变流器停止运行，所述第一能量输出模块运行以向所述公共联接点输出电能。

根据一个实施例，所述能量输出模块响应于控制信号工作在第二种模式下，在所述第二种模式下，所述第一能量输出模块停止运行，所述双向变流器将来自所述能量输入模块和/或所述能量存储模块的电能输出到所述公共联接点。

根据一个实施例，所述能量输出模块响应于控制信号工作在第三种模式下，在所述第三种模式下，所述第一能量输出模块停止运行，所述双向变流器利用来自所述公共联接点的电能对所述能量存储模块进行充电。

根据一个实施例，所述能量输出模块响应于控制信号工作在第四种模式下，在所述第四种模式下，所述第一能量输出模块运行以向所述公共联接点输出电能，同时所述双向变流器向所述公共联接点输出电能。

在上述实施例中，能够为能量输出设备选择在多种模式下工作，从而能够根据电网状况、环境状况以及发电单元本身的状况灵活地控制发电单元的运行模式，实现更加高效同时稳定的运行。

根据一个实施例，本发明提供了一种提供电能的方法，包括：利用能量输入模块捕获一种或多种间歇式能源并输出由所捕获的间歇式能源转化的电能；利用能量存储模块存储所述能量输入模块输出的电能；利用能量输出模块向所述电网输出电能，所述能量输出模块包括第一能量输出模块和与所述第一能量输出模块并联的双向变流器，所述第一能量输出模块用于接收来自所述能量输入模块和/或所述能量存储模块的电能，并输出电能到所述公共联接点，所述双向变流器用于将来自所述能量输入模块和/或所述能量存储模块的电能输出到所述公共联接点或者将来自所述公共联接点的电能输出到所述能量存储模块。

根据一个实施例，所述方法还包括控制所述能量输出设备工作在以下四种模式中的一种模式下：在第一种模式下，所述双向变流器停止运行，所述第一能量输出模块运行以向所述公共联接点输出电能；在第二种模式下，所述第一能量输出模块停止运行，所述双向变流器将来自所述能量输入模块和/或所述能量存储模块的电能输出到所述公共联接点；在第三种模式下，所述第一能量输出模块停止运行，所述双向变流器利用来自所述公共联接点的电能对所述能量存储模块进行充电；在第四种模式下，所述第一能量输出模块运行以向所述公共联接点输出电能，同时所述双向变流器运行以向所述公共联接点输出电能。

从上面的描述可见，本发明的实施例提供了一种新的发电单元的拓扑结构，通过采用本发明的发电单元，可以控制发电单元在多种模式下工作，从而能够根据电网状况、环境状况以及发电单元本身的状况灵活地控制发电单元的运行模式，实现更加高效同时稳定的运行。

附图说明

本发明的其它特点、特征、优点和益处通过以下结合附图的详细描述将变得更加显而易见。其中：

图1示出了常规的微网拓扑结构图；

图2示出了现有的电网中的发电单元的结构图；

图3示出了按照本发明一个实施例的发电单元的结构图；

图4示出了按照本发明一个实施例的发电单元的结构图；

图5示出了按照本发明一个实施例的发电单元的结构图；

图6示出了按照本发明一个实施例的发电单元的结构图；

图7示出了按照本发明一个实施例的发电单元的结构图；

图8示出了按照本发明一个实施例的用于向电网供电的方法的框图。

具体实施方式

下面，将结合附图详细描述本发明的各个实施例。

图3示出了根据本发明一个实施例中的发电单元300。该发电单元300用于将间歇性能源或可再生能源或间歇性可再生能源转化成电能提供给电网。该电网可以是微网，也可以是主干电网。

如图3所示，发电单元300包括：能量输入模块310，用于捕获一种或多种间歇式能源并输出由所捕获的间歇式能源转化的电能；能量存储模块320，其与能量输入模块310的输出端相连，用于存储能量输入模块310输出的电能；能量输出模块330，其包括第一能量输出模块332和与第一能量输出模块332并联的双向变流器334。能量输出模块330的输入端与能量输入模块310的输出端和能量存储模块320相连，能量输出模块330的输出端与公共联接点（PCC）相连。该公共联接点（PCC）可以连接到电网，也可以直接连接负载。第一能量输出模块332用于接收来自能量输入模块310和/或能量存储模块320的电能，并输出电能到所述公共联接点。

根据一个实施例，如图3所示，能量输入模块310包括能源捕获设备312和充电控制器314。能源捕获设备312用于将例如光伏、风力、潮汐等的间歇式可再生能源转换成电能，能源捕获设备312包括例如光伏（PV）阵列、风力发电机等。充电控制器314例如可以是DC/DC变换器或AC/DC变换器，其用于对光伏或风力等间歇式可再生能源进行最大功率跟踪控制（MaximumPowerPointTracking），以最大化利用间歇式可再生能源的输出能量，同时输出相对稳定的电压并向能量存储模块320充电。

根据一个实施例，能量储存模块320包括储能系统，其可以是铅酸蓄电池、锂电池、镍氢电池或多种其他能量存储形式，还可以包括用于采集该储能系统的信息的储能管理器。可以将能量储存模块320简称为电池。能量存储模块320主要用于平滑与吸收间歇式可再生能源的输出功率波动，并给能量输出模块330提供相对稳定的工作电压。

根据一个实施例，第一能量输出模块332包括发电单元驱动器3322、电动机3324和同步发电机3326。发电单元驱动器3322用于将来自能量输入模块310和/或能量存储模块320的电能的第一电压变换为第二电压以驱动电动机3324，电动机3324用于在第二电压的作用下拖动同步发电机3326运行，同步发电机3326用于将机械能转换成电能，其连接到公共联接点，将自身产生的电能输出到公共联接点。发电单元驱动器3322可以是交流（AC）发电单元驱动器，也可以是直流（DC）发电单元驱动器，相应地，电动机可以是AC电动机或DC电动机。

图3所示的能量输入模块、能量存储模块和第一能量输出模块均可以采用CN102244498A中公开的方式实现，在此不再详细说明。

如图3所示，在能量输出模块330中，与第一能量输出模块332并联连接双向变流器334。双向变流器334可以是单级式的DC/AC变换器，也可以是多级式的DC/AC/DC/AC变换器或者DC/DC/AC变换器。

利用这种结构，可以控制能量输出模块330在多种模式下操作。例如，根据电网状态（例如电网电压）、环境状态（例如光伏状态、风力状态、潮汐状态等）和电池状态的变化，微网控制中心自动或者相关工作人员手动采集以上信号并进行分析判断，可以控制能量输出模块330在其中的一种模式下运行。

根据一个实施例，能量输出模块330可以响应于控制信号工作在第一种模式下，在第一种模式下，双向变流器334停止运行，而第一能量输出模块332运行以向公共联接点输出电能。该控制信号可以是由操作人员手动发出的信号，也可以由微网控制中心自动生成。例如，当微网频率偏离正常范围时，微网控制中心检测到此频率偏差，发出控制信号，以控制能量输出模块工作在第一种模式下。在第一种模式下，该发电单元300在微网中的作用可以被看作是常规发电单元支路，能够起到稳定电网的作用。

发电单元还可以响应于控制信号工作在第二种模式下，在第二种模式下，第一能量输出模块332停止运行，双向变流器334将来自能量输入模块310和/或能量存储模块320的电能进行逆变以输出到公共联接点。在这种模式下，双向变流器334作为并网型逆变器运行，可以将电能直接逆变并入公共联接点，无需经过第一能量输出模块所在支路中的电动机和同步发电机的能量转化过程。通过电力电子设备——双向变流器334输送电能降低了能量损耗，可以提高发电单元300的能量转化效率。但是由于第一能量输出单元332停止运行，代之双向变流器334作为输出路径，该发电单元300在电网中不能起到常规能源发电单元支路的稳定电网的作用。因此，需要在电网状态处于相对稳定的状态下（通常在电网频率和电压都在稳定的范围内时）或者在电网的容量相对大的情况下，微网控制中心检测到微网的频率和电压在稳定范围内，使能量输出模块330工作在第二模式下。

发电单元还可以响应于控制信号工作在第三种模式下，在第三种模式下，第一能量输出模块332停止运行，双向变流器334利用来自公共联接点的电能对能量存储模块320进行充电。在这种模式下，双向变流器334作为整流器运行，可以对作为能量存储模块320的电池进行充电，从而提高储能电池的利用效率，提高发电单元的运行经济性。一方面，如果能量输入模块310的发电功率不高甚至于不能发电时，就不能及时有效地给电池充电，当电池的电量太低时，有可能对电池造成损害。这时微网控制中心在检测到电池处于缺电状态时就可以发出控制指令启用第三种运行模式。另一方面，可以选择在用电低峰期（例如深夜）利用电网中的电量给能量存储单元的电池充电，使电池能够在用电高峰期正常工作，从而从整个电网来看提高了电池利用效率。因此，可以根据电池状态、电网状态和/或用电时段，来控制能量输出模块工作在第三种模式下。

发电单元还可以响应于控制信号工作在第四种模式下，在第四种模式下，第一能量输出模块332运行以向公共联接点输出电能，同时双向变流器334运行以向公共联接点输出电能。第四种模式同时兼顾了第一种模式和第二种模式的特点，利用第一能量输出模块332输出一部分电量从而起到稳定微网的作用，同时利用双向变流器334作为并网型逆变器来将一部分电量逆变接入公共联接点从而能够提高供电效率。在第四种模式下，第一能量输出模块332和双向变流器334同时运行。例如，双向变流器334可以采集第一能量输出模块332中发电机3326端母线的频率信号（或者采集公共联接点的频率信号），并控制自身输出电流，以与第一能量输出模块332保持同步并联运行。又例如，双向变流器334可以采集发电机3326端母线的频率信号（或者，采集发电机3326的转子的转速信号），并控制自身输出电压（或者也可以控制电流）的幅值和频率，以与第一能量输出模块332保持同步并联运行。控制中心可以根据需要控制分配到两个支路的电量。例如，控制中心可以向双向变流器334发送功率控制信号，该信号可以指示双向变流器334的输出功率。双向变流器334可以接收该功率控制信号，并根据该功率控制信号控制从能量输入模块和/或所述能量存储模块接收的电量。相应地，相对于控制中心对于发电单元300的功率指令，第一能量输出模块332可以提供该功率指令要求发电单元输出的功率与双向变流器输出的功率之间差额的剩余电量。

在第二种模式和第四种模式下，双向变流器334可以采集微网的公共联接点的频率和相位信号，并根据所采集的频率和相位信号控制自身输出电流的频率和相位，以实现输出电流与公共联接点的电压保持同频同相。在第四种模式下，双向变流器334还可以采集第一能量输出模块中的同步发电机转子的转速信号，并根据该信号控制自身输出电压或电流的幅值和频率，以使双向变流器与同步发电机同步地并联运行。

在上述实施例中，无论是由操作人员手动控制上述工作模式，还是由控制中心自动控制上述工作模式，该控制都是根据电网状态、和/或电池状态、和/或环境状态、和/或用电时段来做出的，换言之，能量输出模块330接收的控制信号取决于电网状态、和/或电池状态、和/或环境状态、和/或用电时段。

图4示出了根据一个实施例的发电单元的结构示意图。图4所示的发电单元400包括能量输入模块410、能量存储模块420、能量输出模块430和变压器440。能量输入模块410、能量存储模块420、能量输出模块430的结构与连接关系与图3所示发电单元300的能量输入模块310、能量存储模块320、能量输出模块330相同。如图所示，能量输入模块410包括能源捕获设备412和充电控制器414，能量输出模块430包括第一能量输出模块432和与第一能量输出模块432并联连接的双向变流器434，第一能量输出模块432包括发电单元驱动器4322、电动机4324和同步发电机4326。图4所示的发电单元400与图3所示发电单元300不同之处在于，发电单元400还包括输出变压器440。该变压器440的输入端连接到能量输出模块430的输出端，该变压器440的输出端连接到微网的公共联接点。变压器440起到变换电压的作用，将能量输出模块430输出的较低电压等级的能量传递到较高电压等级的公共联接点。

图5示出了根据一个实施例的发电单元500的结构示意图。该发电单元500包括多个发电单元支路1-N。每个发电单元支路n包括能量输入模块510-n、能量储存模块520-n和能量输出模块530-n，其中，能量输出模块530-n的输入端与能量输入模块510-n的输出端和能量存储模块520-n相连，这里，n表示1-N之间的数字。每个发电单元支路n中包括的能量输入模块510-n、能量储存模块520-n和能量输出模块530-n的结构和连接关系与图3所示发电单元300的能量输入模块310、能量存储模块320、能量输出模块330相同。如图所示，能量输入模块510-n包括能源捕获设备512-n和充电控制器514-n，能量输出模块530-n包括第一能量输出模块532-n和与第一能量输出模块532-n并联连接的双向变流器534-n，第一能量输出模块532-n包括发电单元驱动器5322-n、电动机5324-n和同步发电机5326-n。

图6示出了根据一个实施例的发电单元600的结构示意图。该发电单元600包括能量输入模块610、能量存储模块620以及多个能量输出支路1-N。能量输入模块610包括能源捕获设备612和充电控制器614。每个能量输出支路n包括能量输出模块630-n，这里，n表示1-N之间的数字。每个能量输出支路n的输入端与能量输入模块610的输出端和能量存储模块620相连，每个能量输出支路n的输出端与微网的公共联接点相连。每个能量输出支路n中包含的能量输出模块630-n与图3所示发电单元300的能量输出模块330相同。如图所示，能量输出模块630-n包括第一能量输出模块632-n和与第一能量输出模块632-n并联连接的双向变流器634-n，第一能量输出模块632-n包括发电单元驱动器6322-n、电动机6324-n和同步发电机6326-n。

图7示出了根据一个实施例的发电单元700的结构示意图。该发电单元700包括：能量存储模块720、多个能量输入支路1-N和多个能量输出支路1-N。每个能量输入支路n包括能量输入模块710-n，每个能量输出支路n包括能量输出模块730-n，每个能量输出支路的输入端与每个能量输入支路的输出端和能量存储模块720相连。每个能量输入支路n中包含的能量输入模块710-n和每个能量输出支路n中包含的能量输出模块730-n分别与图3所示发电单元300的能量输入模块310和能量输出模块330相同。如图所示，能量输入模块710-n包括能源捕获设备712-n和充电控制器714-n，能量输出模块730-n包括第一能量输出模块732-n和与第一能量输出模块732-n并联连接的双向变流器734-n，第一能量输出模块732-n包括发电单元驱动器7322-n、电动机7324-n和同步发电机7326-n。

本领域技术人员应该能够理解，虽然在图3到7中举例说明了发电单元的多种实现结构，例如发电单元300、400、500、600、700，但是可以这些所示出的结构的任何可能的组合也属于本发明实施例的变形形式。例如，在图5-7所示的发电单元500、600、700中，可以在任何能量输出模块和公共联接点之间连接变压器。例如在图6所示的发电单元600中，能量输入模块610中的能源捕获单元612可以具有一个能源捕获支路，也可以具有多个能源捕获支路，例如一个或多个光伏支路，一个或多个风力支路等，且多个能源捕获支路通过一个充电控制器614向能量存储模块620传递能量。例如在图7所示的发电单元700中，多个能量输入支路的数量可以与多个能量输出支路的数量相同，也可以不同。通过布置多个支路，使得控制中心能够灵活的控制其中一些支路的开启和关闭，从而提高了对于电网布置的灵活性。另外，布置多个支路，使得出现故障时能够将故障支路断开检修，而不会影响到整个发电单元的工作，提高供电可靠性，改进了发电单元乃至电网的效率。

本领域技术人员应该理解，上文中采用的术语“相连”主要是为了表示部件之间的位置关系，其可以表示两个或多个部件之间直接相连，也可以表示两个或多个部件之间经由其他部件相连。

根据一个实施例，本发明还提供了一种电网中的能量输出设备，该能量输出设备例如是图3中所示的能量输出模块330。该能量输出设备330包括：第一能量输出模块332，用于接收电能，例如接收来自能量输入模块310和/或能量存储模块320的电能，并输出电能到公共联接点；以及双向变流器334，其与该第一能量输出模块332并联连接，用于将来自能量输入模块310和/或能量存储模块320的电能输送到公共联接点或者将来自公共联接点的电能输送到能量存储模块320。

根据一个实施例，该能量输出设备330包含的第一能量输出模块332包括发电单元驱动器3322、电动机3324和同步发电机3326。发电单元驱动器3322用于将所接收的电能的第一电压变换为第二电压以驱动电动机3324，该电动机3324用于在第二电压的作用下拖动同步发电机3326运行，同步发电机3326连接到微网的公共联接点，将自身产生的电能输出到公共联接点。

根据一个实施例，该能量输出设备330响应于控制信号工作在下述模式下第一种模式下，在该第一种模式下，双向变流器334停止运行，第一能量输出模块332运行以向电网的公共联接点输出电能。

根据一个实施例，该能量输出设备330响应于控制信号工作在第二种模式下，在该第二种模式下，第一能量输出模块332停止运行，双向变流器334将来自能量输入模块和/或能量存储模块的电能输出到公共联接点。在该模式下双向变流器334作为并网型逆变器运行，以将来自能量输入模块和/或能量存储模块的电能逆变接入公共联接点。

根据一个实施例，该能量输出设备330响应于控制信号工作在第三种模式下，在该第三种模式下，第一能量输出模块332停止运行，双向变流器334利用来自公共联接点的电能对能量存储模块进行充电。在该模式下，双向变流器334作为整流器运行。

根据一个实施例，该能量输出设备330响应于控制信号工作在第四种模式下，在该第四种模式下，第一能量输出模块332运行以向公共联接点输出电能，同时双向变流器334运行以向公共联接点输出电能。

根据一个实施例，本发明还提供了一种向电网中提供电能的方法800。如图8所示，在步骤810，利用能量输入模块捕获一种或多种间歇式能源并输出由所捕获的间歇式能源转化的电能。在步骤820，利用能量存储模块存储能量输入模块输出的电能。在步骤830，利用能量输出模块向公共联接点输出电能。该能量输出模块包括第一能量输出模块和与第一能量输出模块并联的双向变流器，该能量输出模块的输入端与该能量输入模块的输出端以及该能量存储模块相连，该能量输出模块的输出端与公共联接点相连，该第一能量输出模块用于接收来自该能量输入模块和/或该能量存储模块的电能，并输出电能到所述公共联接点，该双向变流器用于将来自能量输入模块和/或能量存储模块的电能输出到公共联接点或者将来自公共联接点的电能输出到能量存储模块。

该方法还可以包括步骤840，响应于控制信号来控制能量输出设备工作在以下四种模式中的一种模式下：

在第一种模式下，双向变流器停止运行，第一能量输出模块运行以向公共联接点输出电能；

在第二种模式下，第一能量输出模块停止运行，双向变流器作为并网型逆变器运行，将来自能量输入模块和/或能量存储模块的电能输出到电网的公共联接点；

在第三种模式下，第一能量输出模块停止运行，双向变流器作为整流器运行，利用来自公共联接点的电能对能量存储模块进行充电；

在第四种模式下，第一能量输出模块运行以向公共联接点输出电能，同时双向变流器将来自能量输入模块和/或能量存储模块的电能输出到公共联接点。

本领域技术人员应该理解，虽然在描述上述方法的时候，在图8中按照顺序示出了步骤810到840，但是各个步骤的执行有可能按照不同的顺序或者同时并行的进行，例如，步骤840的执行取决于能量输出设备对控制信号的接收，其与步骤810-830之间的顺序有可能发生变化。

上文通过附图和实施例对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明不限于这些已揭示的实施例，本领域技术人员从中推导出来的其他方案也在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书来定义。

Claims (16)

1.一种发电单元，包括：

能量输入模块，用于捕获一种或多种间歇式能源并输出由所捕获的间歇式能源转化的电能；

能量存储模块，用于存储所述能量输入模块输出的电能；

能量输出模块，所述能量输出模块包括并联的第一能量输出模块和双向变流器，所述第一能量输出模块用于接收来自所述能量输入模块和/或所述能量存储模块的电能，并将电能输出至公共联接点，所述双向变流器用于将来自所述能量输入模块和/或所述能量存储模块的电能输出至所述公共联接点或者将来自所述公共联接点的电能输送到所述能量存储模块。

2.根据权利要求1所述的发电单元，其中，所述第一能量输出模块包括发电单元驱动器、电动机和同步发电机，所述发电单元驱动器用于将来自所述能量输入模块和/或所述能量存储模块的电能的第一电压变换为第二电压以驱动所述电动机，所述电动机用于在所述第二电压的作用下拖动所述同步发电机运行，所述同步发电机将自身产生的电能输出到所述公共联接点。

3.根据权利要求2所述的发电单元，其中，所述能量输出模块响应于控制信号工作在第一种模式下，在所述第一种模式下，所述双向变流器停止运行，所述第一能量输出模块运行以向所述公共联接点输出电能。

4.根据权利要求2所述的发电单元，其中，所述能量输出模块响应于控制信号工作在第二种模式下，在所述第二种模式下，所述第一能量输出模块停止运行，所述双向变流器将来自所述能量输入模块和/或所述能量存储模块的电能输出到所述公共联接点。

5.根据权利要求2所述的发电单元，其中，所述能量输出模块响应于控制信号工作在第三种模式下，在所述第三种模式下，所述第一能量输出模块停止运行，所述双向变流器利用来自所述公共联接点的电能对所述能量存储模块进行充电。

6.根据权利要求2所述的发电单元，其中，所述能量输出模块响应于控制信号工作在第四种模式下，在所述第四种模式下，所述第一能量输出模块运行以向所述公共联接点输出电能，同时所述双向变流器向所述公共联接点输出电能。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的发电单元，还包括变压器，其连接在所述能量输出模块和所述公共联接点之间。

8.根据权利要求1到6中任一项所述的发电单元，其中，所述发电单元包括多个发电单元支路，每个发电单元支路包括所述能量输入模块、能量储存模块和能量输出模块。

9.根据权利要求1到6中任一项所述的发电单元，其中，所述发电单元包括多个能量输出支路，每个能量输出支路包括所述能量输出模块。

10.根据权利要求1到6中任一项所述的发电单元，其中，所述发电单元包括多个能量输入支路和多个能量输出支路，每个能量输入支路包括所述能量输入模块，每个能量输出支路包括所述能量输出模块，每个能量输出支路的输入端与每个能量输入支路的输出端和所述能量存储模块相连。

11.一种能量输出设备，包括：

第一能量输出模块，用于接收来自能量输入模块和/或能量存储模块的电能，并输出给公共联接点；

双向变流器，其与所述第一能量输出模块并联连接，用于将来自所述能量输入模块和/或所述能量存储模块的电能输送到所述公共联接点或者将来自所述公共联接点的电能输送到所述能量存储模块。

12.根据权利要求11所述的能量输出设备，其中，所述第一能量输出模块包括发电单元驱动器、电动机和同步发电机，所述发电单元驱动器用于将所接收的电能的第一电压变换为第二电压以驱动所述电动机，所述电动机用于在所述第二电压的作用下拖动所述同步发电机运行，所述同步发电机将自身产生的电能输出到所述公共联接点。

13.根据权利要求11所述的能量输出设备，其中，所述能量输出模块响应于控制信号工作在第一种模式下，在所述第一种模式下，所述双向变流器停止运行，所述第一能量输出模块运行以向所述公共联接点输出电能。

14.根据权利要求11所述的能量输出设备，其中，所述能量输出模块响应于控制信号工作在第二种模式下，在所述第二种模式下，所述第一能量输出模块停止运行，所述双向变流器将来自所述能量输入模块和/或所述能量存储模块的电能输出到所述公共联接点。

15.根据权利要求11所述的能量输出设备，其中，所述能量输出模块响应于控制信号工作在第三种模式下，在所述第三种模式下，所述第一能量输出模块停止运行，所述双向变流器利用来自所述公共联接点的电能对所述能量存储模块进行充电。

16.根据权利要求11所述的能量输出设备，其中，所述能量输出模块响应于控制信号工作在第四种模式下，在所述第四种模式下，所述第一能量输出模块运行以向所述公共联接点输出电能，同时所述双向变流器向所述公共联接点输出电能。