CN103887875B - 一种电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种电源装置。它包括电网和燃气两种独立的输入能源，电池和燃料电池两种储能单元。同时包含了静态开关、电网整流器、燃气整流器、电池双向直流变换器、燃料电池单向直流变换器、逆变器和负载。电网正常时，电网作为主要输入能源为负载供电。当电网故障时，可以由燃气发电机作为主要输入为负载提供电能。当燃气故障时，电池可以提供短时间的备用。燃料电池可以提供长时间的备用。由多种形式的发电装置，多种形式的储能装置，实现关键设备的高可靠性供电。

Description

一种电源装置

技术领域

本发明涉及一种电源装置。包括多种形式的输入能源和多种形式的储能装置。

背景技术

在数据中心、医院、银行等关键部门，停电会造成巨大的损失。电源装置得到了广泛的应用。传统的电源装置采用电网作为主要输入能源，铅酸蓄电池作为储能元件。当发生地震、洪水等自然灾害时，电力传输线路可能发生故障，传统电源装置由于单一的输入，无法保证关键部门高可靠的供电。同时由于采用铅酸蓄电池单一储能，后备时间有限，同时蓄电池寿命较短、维护成本很高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种电源装置。

电源装置包括传统电源模块、燃料电池储能模块；其中传统电源模块包括电网接口、第一整流器、静态开关、直流母线，逆变器、双向直流变换器、电池、负载，第一整流器输入连接电网接口，第一整流器输出连接到直流母线，静态开关输入连接电网接口，静态开关输出连接到负载，逆变器输入连接直流母线，逆变器输出连接负载，双向直流变换器输入连接直流母线，双向直流变换器输出连接电池；燃料电池储能模块包括单向直流变换器、燃料电池、储氢装置，单向直流变换器输出连接直流母线，单向直流变换器输入连接燃料电池，燃料电池连接到储氢装置；还包括燃气输入模块，燃气输入模块包括天然气管道接口、燃气发电机、第二整流器、燃气发电机的输入连接天然气管道接口，燃气发电机的输出连接到第二整流器的输入，第二整流器输出连接到直流母线。

本发明通过加入电网、燃气两种独立输入提高供电可靠性。电气线路、燃气线路两种基础设施相互独立，互为冗余。同时加入了电池和燃料电池两种形式的储能装置。当电网、燃气同时故障时，为负载提供可靠的供电。同时电池主要用于短时间的备用，燃料电池可以提供长时间的备用。通过多种输入能源，多种储能装置，共同提高电源装置的可靠性。本发明对于电力电子变换器的拓扑没有特殊要求。

附图说明

图1为电源装置结构示意图；

图2为电源装置旁路供电模式；

图3为电源装置电网供电模式；

图4为电源装置燃气供电模式；

图5为电源装置电池供电模式；

图6为电源装置燃料电池供电模式。

具体实施方式

参照图1，电源装置包括传统电源模块1、燃料电池储能模块3；其中传统电源模块包括电网接口101、第一整流器102、静态开关103、直流母线104，逆变器105、双向直流变换器106、电池107、负载108，第一整流器102输入连接电网接口101，第一整流器输出连接到直流母线104，静态开关103输入连接电网接口101，静态开关输出连接到负载108，逆变器105输入连接直流母线104，逆变器输出连接负载108，双向直流变换器106输入连接直流母线104，双向直流变换器输出连接电池107；燃料电池储能模块包括单向直流变换器301、燃料电池302、储氢装置303，单向直流变换器301输出连接直流母线104，单向直流变换器输入连接燃料电池302，燃料电池302连接到储氢装置303；还包括燃气输入模块2，燃气输入模块包括天然气管道接口201、燃气发电机202、第二整流器203、燃气发电机202的输入连接天然气管道接口201，燃气发电机的输出连接到第二整流器203的输入，第二整流器203输出连接到直流母线104。

燃气输入模块2为传统电源模块1增加了一个新的能源输入通道。使电源装置具有两种独立的输入能源,并且这两种输入具有独立的公共基础设施。当传统电源模块1中的电网接口101或者第一整流器102故障时，由燃气通过天然气管道接口201，燃气发电机202，第二整流器203，直流母线104，逆变器105为负载提供电能。

如图2所示，当电网接口101供电正常，同时逆变器105故障时，静态开关103闭合，系统工作在旁路模式，第一整流器102、双向直流变换器106均不工作。燃气输入模块2和燃料电池储能模块3均不工作。

如图3所示，当电网接口101供电正常，同时逆变器105正常工作，电池107未充满。静态开关103断开，。第一整流器102工作，控制直流母线104电压，双向直流变换器106工作，将直流母线104电能存储在电池107中。当电池107充满时，工作在浮充模式。燃气输入模块2和燃料电池储能模块3不工作。

如图4所示，当电网接口101供电故障时，第一整流器102关闭，燃气发电机202启动，第二整流器203开启。在燃气发电机202启动过程中，双向直流变换器106控制直流母线104。燃气发电机202启动后，控制直流母线。由燃气发电机202为负载供电。当电池107未充满。双向直流变换器106工作，将直流母线104电能存储在电池107中。当电池107充满时，工作在浮充模式。燃料电池储能模块3不工作。

如图5所示，当电网接口101供电故障、燃气发电机202或者天然气管道接口201故障，第一整流器102关闭，第二整流器203关闭。双向直流变换器106控制直流母线104。电池107工作在放电模式，将存储的能量释放。当负载108功率大于电池107功率时，电池和燃料电池302共同为负载供电。电池可以提供短时间的备用。燃料电池302可以提供长时间的备用。

如图6所示，当电网接口101供电故障、燃气发电机202或者天然气管道接口201故障，且电池107故障。第一整流器102关闭，第二整流器203关闭。双向直流变换器106关闭。燃料电池302启动，将储氢装置303中的氢能转换成电能，为负载108供电。

Claims (1)

1.一种电源装置，它包括传统电源模块（1）、燃料电池储能模块（3）；其中传统电源模块包括电网接口（101）、第一整流器（102）、静态开关（103）、直流母线（104），逆变器（105）、双向直流变换器（106）、电池（107）、负载（108），第一整流器（102）输入连接电网接口（101），第一整流器输出连接到直流母线（104），静态开关（103）输入连接电网接口（101），静态开关输出连接到负载（108），逆变器（105）输入连接直流母线（104），逆变器输出连接负载（108），双向直流变换器（106）输入连接直流母线（104），双向直流变换器输出连接电池（107）；燃料电池储能模块（3）包括单向直流变换器（301）、燃料电池（302）、储氢装置（303），单向直流变换器（301）输出连接直流母线（104），单向直流变换器输入连接燃料电池（302），燃料电池（302）连接到储氢装置（303）；其特征在于还包括燃气输入模块（2），燃气输入模块包括天然气管道接口（201）、燃气发电机（202）、第二整流器（203）、燃气发电机（202）的输入连接天然气管道接口（201），燃气发电机的输出连接到第二整流器（203）的输入，第二整流器输出连接到直流母线（104）;

电源装置的工作流程为：传统电源模块（1）中的电网接口（101）或者第一整流器（102）故障时，由燃气通过天然气管道接口（201）、燃气发电机（202）、第二整流器（203）、直流母线（104）、逆变器（105）为负载提供电能；

当电网接口（101）供电正常，同时逆变器（105）故障时，静态开关（103）闭合，系统工作在旁路模式，第一整流器（102）、双向直流变换器（106）均不工作，燃气输入模块（2）和燃料电池储能模块（3）均不工作；

当电网接口（101）供电正常，同时逆变器（105）正常工作，电池（107）未充满；静态开关（103）断开；第一整流器（102）工作，控制直流母线（104）电压，双向直流变换器（106）工作，将直流母线（104）电能存储在电池（107）中；当电池（107）充满时，工作在浮充模式；燃气输入模块（2）和燃料电池储能模块（3）不工作；

当电网接口（101）供电故障时，第一整流器（102）关闭，燃气发电机（202）启动，第二整流器203）开启；在燃气发电机（202）启动过程中，双向直流变换器（106）控制直流母线（104）；燃气发电机（202）启动后，控制直流母线（104）；由燃气发电机（202）为负载供电；当电池（107）未充满；双向直流变换器（106）工作，将直流母线（104）电能存储在电池（107）中；当电池（107）充满时，工作在浮充模式；燃料电池储能模块（3）不工作；

当电网接口（101）供电故障、燃气发电机（202）或者天然气管道接口（201）故障，第一整流器（102）关闭，第二整流器（203）关闭；双向直流变换器（106）控制直流母线（104）；电池（107）工作在放电模式，将存储的能量释放；当负载（108）功率大于电池（107）功率时，电池和燃料电池（302）共同为负载供电；电池提供短时间的备用；燃料电池（302）提供长时间的备用；

当电网接口（101）供电故障、燃气发电机（202）或者天然气管道接口（201）故障，且电池（107）故障；第一整流器（102）关闭，第二整流器（203）关闭；双向直流变换器（106）关闭；燃料电池（302）启动，将储氢装置（303）中的氢能转换成电能，为负载（108）供电。