CN106385056A - 一种适用于高端制造企业的能源路由器 - Google Patents
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Abstract
一种适用于高端制造企业的能源路由器，其特征在于它包括企业能量管理系统、三相逆变器单元、直流变换器单元和直流母线；其工作方法包括：功率信息采集、最大功率跟踪、为负荷提供电能、蓄电池充放电管理及工作模式的转换；其优越性在于：结构简单，节约成本，便于维护，易于操作，性价比较高；易于集中控制管理，更适用于高端制造企业用户；根据清洁能源实时工况进行经济最优发电控制，提高企业经济效益；当大电网故障时能源路由器可以实现离网运行，这样提高了企业供电可靠性。
Description
(一)技术领域：
本发明涉及一种具有可为清洁能源发电和不同类型负载提供不同电气接口，且能实现能量双向流动并对功率流进行独立控制的电力综合治理装置，尤其是一种适用于高端制造企业的能源路由器，属于电力设备技术领域。
(二)背景技术：
随着经济的飞速发展，中国的能源消费总量连续多年都位居世界前列。目前，我国以煤炭为主要燃料，直接导致了环境的不断恶化。经济的迅速发展使得对能源的需求增加，常规化能源供应不足的矛盾日益突出，能源安全成为我国必须解决的战略问题。发展清洁能源十分紧迫，也是世界各发达国家竞相研究的热点课题之一。清洁能源不仅有利于解决和补充我国常规化能源供应不足的问题，而且有利于我国改善能源结构，保障能源安全，保护环境，走可持续发展之路。因此，不论是从经济社会走可持续发展之路，还是保护人类赖以生存的地球生态环境的高度来审视，开发清洁能源对中国经济的发展具有重要的意义。
将清洁能源转化为电能是最有效的能源使用模式，目前我国清洁能源主要包括风力发电、光伏发电、天然气发电和水力发电等。清洁能源发电主要存在以下问题：
1)清洁能源发电受地理位置限制，发电容量受环境约束；
2)清洁能源发电随机性大，不易预测。
我国目前主要通过使用分布式发电模式实现清洁能源的利用，分布式发电主要模式为直接并网发电，即将清洁能源产生电能通过大电网传输到用户而被消纳，因此用户无法直接使用该部分电能。
高端制造对我国经济发展具有重要作用，而大部分高端制造业为用电大户，如数据中心、高速锻造等，并且用电成本已经成为制约高端制造业发展的一个重要因素。随着部分清洁能源发电容量增加和发电成本的降低，如水力发电、风力发电等，对于高耗能的高端制造业并无法从中获得实惠。因此打通清洁能源发电与高端制造业的电能传输通道并且不影响原有大电网的供电模式对我国经济发展具有重大意义。
目前解决该问题的主要方法是通过微电网技术，然而微电网主要体现在局部发电上，随着能源互联网技术的发展，其大大的扩展了微电网的功能，而能源路由器是能源互联网的重要电能传输转换环节。目前能源路由器方案较为复杂，成本较高，并不完全适用于高端制造企业用户。
(三)发明内容：
本发明的目的在于提出一种适用于高端制造企业的能源路由器，它可以克服现有技术的不足，是一种结构简单、操作方便、成本低的能源路由器。
本发明的技术方案：一种适用于高端制造企业的能源路由器，包括企业外部新能源能量管理系统、清洁能源发电系统、电网和负荷，其特征在于它包括企业能量管理系统、三相逆变器单元、直流变换器单元和直流母线；其中，所述三相逆变器单元的交流输入端接收企业能量管理系统的输出信号，其直流输入的与直流母线连接；所述直流变换器单元的低压输入端采集清洁能源发电系统的信号，其高压输入端则与直流母线连接；所述企业能量管理系统与企业外部新能源能量管理系统之间呈通讯方式连接；所述直流变换器单元的低压输入端还与企业能量管理系统的输出端连接。
所述清洁能源发电系统是由水力发电、风力发电、光伏发电和蓄电池构成。
所述三相逆变器单元是由三相逆变器I、三相逆变器II、三相逆变器III和三相逆变器IV构成；所述三相逆变器I的交流输入端接收企业能量管理系统的输出信号，其直流输入的与直流母线连接；所述三相逆变器II的交流输入端接收企业能量管理系统的输出信号，其直流输入的与直流母线连接；所述三相逆变器III的交流输入端接收企业能量管理系统的输出信号，其直流输入的与直流母线连接；所述三相逆变器IV的交流输入端接收企业能量管理系统的输出信号，其直流输入的与直流母线连接；所述三相逆变器I的交流输入端的还与水力发电的输出端连接；所述三相逆变器II的交流输入端的还与风力发电的输出端连接；所述三相逆变器III和三相逆变器IV的交流输入端的还与电网的负荷侧连接。
所述直流变换器单元是由直流变换器I和直流变换器II构成；其中所述直流变换器I的低压输入端采集清洁能源发电系统的信号，其高压输入端则与直流母线连接；所述直流变换器I的低压输入端还与光伏发电的输出端连接；所述直流变换器II的低压输入端采集清洁能源发电系统的信号，其高压输入端则与直流母线连接；所述直流变换器II的低压输入端还与蓄电池的输出端连接。
所述三相逆变器I和三相逆变器II是工作在基于可控整流的电流源模式下的逆变器；分别将水力发电和风力发电的交流电转换为直流电。
所述三相逆变器III是工作在基于逆变的电流源模式下的逆变器，将直流母线上的直流电转换为交流电。
所述三相逆变器IV是工作在基于逆变的电流源模式或电压源模式，将直流母线上的直流电转换为交流电。
所述直流变换器I是工作在电流源模式下的直流变换器；将光伏发电的直流电转换为适用于直流母线的直流电。
所述直流变换器II是工作在电流源模式下的直流变换器；可以实现由蓄电池到直流母线以及由直流母线到蓄电池之间的功率流动。
一种适用于高端制造企业的能源路由器的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：
①当电网电压正常时，企业能量管理系统根据企业外部新能源能量管理系统提供当前各清洁能源的可发电功率信息，去控制逆变器三相逆变器I和三相逆变器II工作在可控整流电流源模式下，为直流母线充电；
②若企业内部装配了清洁能源，则可以通过直流变换器I为直流母线充电，此时，直流变换器I工作在最大功率跟踪模式下；
③企业能量管理系统同时通过控制三相逆变器III、三相逆变器IV，将直流母线的电能转换到企业交流母线上，为负荷提供电能，此时，三相逆变器III、三相逆变器IV工作在逆变电流源模式下；
④企业能量管理系统通过直流变换器II对蓄电池进行充放电管理，充放电管理主要实现两个功能，即平滑清洁能源发电波动性功能和削峰填谷功能；
⑤当电网发生电压故障并脱离时，企业能量管理系统将三相逆变器IV切换到电压源工作模式，且当清洁能源发电功率不足时，增加蓄电池发电功率以维持企业负荷正常运行；而当电网电压恢复正常后，三相逆变器IV将再此切换到电流源工作模式。
本发明的工作原理：企业能量管理系统根据清洁能源管理系统信息、企业当前工况和能源路由器当前工作状态对所有变流器进行控制，最终实现功率的控制。
企业能量管理系统接收清洁能源管理系统信息包括清洁能源当前可输出功率信息和短时预测可输出功率信息，同时接收企业负荷信息，企业能量管理系统根据这些信息对逆变器I、II、III进行输出电流控制。
企业能量管理系统当检测到电网电压故障后可以离网运行，将逆变器IV由电流源工作模式切换到电压源工作模式。
企业能量管理系统通过直流变换器II对蓄电池进行充放电管理，充放电管理主要实现两个功能，即平滑清洁能源发电波动性功能和削峰填谷功能。
本发明的优越性在于：使用常规的三相逆变器和直流变换器，因此结构简单，有效地节约了产品成本，便于维护，易于操作，性价比较高；使用多逆变器并联的直流母线结构，易于集中控制管理，更适用于高端制造企业用户；逆变器工作在电流源模式，便可以根据清洁能源实时工况进行经济最优发电控制，这样不仅为企业节省用电成本，同时提高企业经济效益；逆变器还可以工作在电压源模式，这样当大电网故障时能源路由器可以实现离网运行，这样提高了企业供电可靠性。
(四)附图说明：
附图为本发明所涉一种适用于高端制造企业的能源路由器的电路结构示意图。
(五)具体实施方式：
实施例：一种适用于高端制造企业的能源路由器(见附图)，包括企业外部新能源能量管理系统、清洁能源发电系统、电网和负荷，其特征在于它包括企业能量管理系统、三相逆变器单元、直流变换器单元和直流母线；其中，所述三相逆变器单元的交流输入端接收企业能量管理系统的输出信号，其直流输入的与直流母线连接；所述直流变换器单元的低压输入端采集清洁能源发电系统的信号，其高压输入端则与直流母线连接；所述企业能量管理系统与企业外部新能源能量管理系统之间呈通讯方式连接；所述直流变换器单元的低压输入端还与企业能量管理系统的输出端连接。
所述清洁能源发电系统是由水力发电、风力发电、光伏发电和蓄电池构成(见附图)。
所述三相逆变器单元(见附图)是由三相逆变器I、三相逆变器II、三相逆变器III和三相逆变器IV构成；所述三相逆变器I的交流输入端接收企业能量管理系统的输出信号，其直流输入的与直流母线连接；所述三相逆变器II的交流输入端接收企业能量管理系统的输出信号，其直流输入的与直流母线连接；所述三相逆变器III的交流输入端接收企业能量管理系统的输出信号，其直流输入的与直流母线连接；所述三相逆变器IV的交流输入端接收企业能量管理系统的输出信号，其直流输入的与直流母线连接；所述三相逆变器I的交流输入端的还与水力发电的输出端连接；所述三相逆变器II的交流输入端的还与风力发电的输出端连接；所述三相逆变器III和三相逆变器IV的交流输入端的还与电网的负荷侧连接。
所述直流变换器单元(见附图)是由直流变换器I和直流变换器II构成；其中所述直流变换器I的低压输入端采集清洁能源发电系统的信号，其高压输入端则与直流母线连接；所述直流变换器I的低压输入端还与光伏发电的输出端连接；所述直流变换器II的低压输入端采集清洁能源发电系统的信号，其高压输入端则与直流母线连接；所述直流变换器II的低压输入端还与蓄电池的输出端连接。
所述三相逆变器I和三相逆变器II是工作在基于可控整流的电流源模式下的逆变器；分别将水力发电和风力发电的交流电转换为直流电。
所述三相逆变器III是工作在基于逆变的电流源模式下的逆变器，将直流母线上的直流电转换为交流电。
所述三相逆变器IV是工作在基于逆变的电流源模式或电压源模式，将直流母线上的直流电转换为交流电。
所述直流变换器I是工作在电流源模式下的直流变换器；将光伏发电的直流电转换为适用于直流母线的直流电。
所述直流变换器II是工作在电流源模式下的直流变换器；可以实现由蓄电池到直流母线以及由直流母线到蓄电池之间的功率流动。
一种适用于高端制造企业的能源路由器的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：
①当电网电压正常时，企业能量管理系统根据企业外部新能源能量管理系统提供当前各清洁能源的可发电功率信息，去控制逆变器三相逆变器I和三相逆变器II工作在可控整流电流源模式下，为直流母线充电；
②若企业内部装配了清洁能源，则可以通过直流变换器I为直流母线充电，此时，直流变换器I工作在最大功率跟踪模式下；
③企业能量管理系统同时通过控制三相逆变器III、三相逆变器IV，将直流母线的电能转换到企业交流母线上，为负荷提供电能，此时，三相逆变器III、三相逆变器IV工作在逆变电流源模式下；
④企业能量管理系统通过直流变换器II对蓄电池进行充放电管理，充放电管理主要实现两个功能，即平滑清洁能源发电波动性功能和削峰填谷功能；
⑤当电网发生电压故障并脱离时，企业能量管理系统将三相逆变器IV切换到电压源工作模式，且当清洁能源发电功率不足时，增加蓄电池发电功率以维持企业负荷正常运行；而当电网电压恢复正常后，三相逆变器IV将再此切换到电流源工作模式。
Claims (10)
1.一种适用于高端制造企业的能源路由器，包括企业外部新能源能量管理系统、清洁能源发电系统、电网和负荷，其特征在于它包括企业能量管理系统、三相逆变器单元、直流变换器单元和直流母线；其中，所述三相逆变器单元的交流输入端接收企业能量管理系统的输出信号，其直流输入的与直流母线连接；所述直流变换器单元的低压输入端采集清洁能源发电系统的信号，其高压输入端则与直流母线连接；所述企业能量管理系统与企业外部新能源能量管理系统之间呈通讯方式连接；所述直流变换器单元的低压输入端还与企业能量管理系统的输出端连接。
2.根据权利要求1所述一种适用于高端制造企业的能源路由器，其特征在于所述清洁能源发电系统是由水力发电、风力发电、光伏发电和蓄电池构成。
3.根据权利要求1所述一种适用于高端制造企业的能源路由器，其特征在于所述三相逆变器单元是由三相逆变器I、三相逆变器II、三相逆变器III和三相逆变器IV构成；所述三相逆变器I的交流输入端接收企业能量管理系统的输出信号，其直流输入的与直流母线连接；所述三相逆变器II的交流输入端接收企业能量管理系统的输出信号，其直流输入的与直流母线连接；所述三相逆变器III的交流输入端接收企业能量管理系统的输出信号，其直流输入的与直流母线连接；所述三相逆变器IV的交流输入端接收企业能量管理系统的输出信号，其直流输入的与直流母线连接；所述三相逆变器I的交流输入端的还与水力发电的输出端连接；所述三相逆变器II的交流输入端的还与风力发电的输出端连接；所述三相逆变器III和三相逆变器IV的交流输入端的还与电网的负荷侧连接。
4.根据权利要求1所述一种适用于高端制造企业的能源路由器，其特征在于所述直流变换器单元是由直流变换器I和直流变换器II构成；其中所述直流变换器I的低压输入端采集清洁能源发电系统的信号，其高压输入端则与直流母线连接；所述直流变换器I的低压输入端还与光伏发电的输出端连接；所述直流变换器II的低压输入端采集清洁能源发电系统的信号，其高压输入端则与直流母线连接；所述直流变换器II的低压输入端还与蓄电池的输出端连接。
5.根据权利要求3所述一种适用于高端制造企业的能源路由器，其特征在于所述三相逆变器I和三相逆变器II是工作在基于可控整流的电流源模式下的逆变器；分别将水力发电和风力发电的交流电转换为直流电。
6.根据权利要求3所述一种适用于高端制造企业的能源路由器，其特征在于所述三相逆变器III是工作在基于逆变的电流源模式下的逆变器，将直流母线上的直流电转换为交流电。
7.根据权利要求3所述一种适用于高端制造企业的能源路由器，其特征在于所述三相逆变器IV是工作在基于逆变的电流源模式或电压源模式，将直流母线上的直流电转换为交流电。
8.根据权利要求4所述一种适用于高端制造企业的能源路由器，其特征在于所述直流变换器I是工作在电流源模式下的直流变换器；将光伏发电的直流电转换为适用于直流母线的直流电。
9.根据权利要求4所述一种适用于高端制造企业的能源路由器，其特征在于所述直流变换器II是工作在电流源模式下的直流变换器；可以实现由蓄电池到直流母线以及由直流母线到蓄电池之间的功率流动。
10.一种适用于高端制造企业的能源路由器的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：
①当电网电压正常时，企业能量管理系统根据企业外部新能源能量管理系统提供当前各清洁能源的可发电功率信息，去控制逆变器三相逆变器I和三相逆变器II工作在可控整流电流源模式下，为直流母线充电；
②若企业内部装配了清洁能源，则可以通过直流变换器I为直流母线充电，此时，直流变换器I工作在最大功率跟踪模式下；
③企业能量管理系统同时通过控制三相逆变器III、三相逆变器IV，将直流母线的电能转换到企业交流母线上，为负荷提供电能，此时，三相逆变器III、三相逆变器IV工作在逆变电流源模式下；
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Application publication date: 20170208 |
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |