CN109462253A - 一种离网型交直流混合微电网系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种离网型交直流混合微电网系统及其控制方法，系统包括依次连接的直流母线、DC/AC双向变流单元和交流母线；直流母线上连接有第一燃料电池发电单元、光伏发电单元和蓄电池；交流母线上连接有用户负荷供电单元、辅助系统负荷供电单元和制氢储氢单元；光伏发电单元用于利用太阳能进行发电；制氢储氢单元用于制取氢气并储存制取的氢气；第一燃料电池发电单元用于利用氢气进行发电；光伏发电单元发电得到的电能的部分通过用户负荷供电单元向用户负荷供电，部分通过辅助系统负荷供电单元向微电网系统提供自持所需电能，部分储存于蓄电池中。本发明解决了目前电解水制氢经济性较差且会产生对环境不利的有害气体的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及能源技术领域，具体涉及一种具有氢能循环利用的离网型交直流混合微电网系统及其控制方法。
背景技术
传统化石燃料(例如煤、石油、天然气)的持续消耗会造成严重的能源短缺问题以及地球环境问题，开发新型可再生能源迫在眉睫，现有的一些可再生能源技术方案都有一定的局限性，例如风能受环境气候影响大，存在间歇性与随机性问题，并网会对电网造成冲击；又例如海洋能(潮汐能、波浪能、温差能)在地域及技术层面有很大的局限性；又例如太阳能则只在有光照情况下才能发电，存在间歇性与随机性问题，并网会对电网造成冲击。而针对可再生能源应用的局限性，需要配置较大容量的储能系统，目前最常用的储能形式为电化学储能，例如锂电池、蓄电池等。而作为清洁、高效的新能源-氢能，氢能量密度高达120MJ/kg，氢的发热值为142351kJ/kg，是汽油发热值的3倍；氢是自然界中存在最普遍的元素，我们可以从可再生的原料如水、生物质或沼气中制得；氢能有多种利用形式，既可以像汽油一样应用于内燃机通过直接燃烧产生热能为动力装置提供能量，又可以通过燃料电池发电，氢燃料电池技术具有能量转换效率高和零排放的显著优势；因此氢能相对于风能、海洋能和太阳能而言，具有更多的优点。
目前，制氢技术主要有生物制氢以及电解水制氢等，其中电解水制氢以水为氢源电解得到氢气和氧气，然后氢气燃烧之后又得到了水，这一绿色循环过程体现了氢能的优势所在。但是如今用于电解水制氢的电能大多数来自于化石能源发电，不仅成本较高，而且会产生对环境不利的有害气体。
发明内容
本发明目的在于提供一种具有氢能循环利用的离网型交直流混合微电网系统及其控制方法，以解决目前电解水制氢经济性较差且会产生对环境不利的有害气体的技术问题，实现零污染零排放供能。
为了实现本发明目的，本发明实施例提供一种具有氢能循环利用的离网型交直流混合微电网系统，包括依次连接的直流母线、DC/AC双向变流单元和交流母线；所述直流母线上连接有第一燃料电池发电单元、光伏发电单元和蓄电池；所述交流母线上连接有用户负荷供电单元、辅助系统负荷供电单元和制氢储氢单元；
其中，所述光伏发电单元用于利用太阳能进行发电；所述制氢储氢单元用于制取氢气并储存制取的氢气；所述第一燃料电池发电单元用于利用所述氢气进行发电；
其中，所述光伏发电单元发电得到的电能的部分通过所述用户负荷供电单元向用户负荷供电，部分通过所述辅助系统负荷供电单元向所述微电网系统提供自持所需电能，部分储存于所述蓄电池中。
其中一个实施例，所述交流母线上还连接有第二燃料电池发电单元。
其中一个实施例，所述第一燃料电池发电单元为PEMFC燃料电池发电单元，所述第二燃料电池发电单元为SOFC燃料电池发电单元。
其中一个实施例，所述系统还包括换热装置，所述换热装置用于将所述第一燃料电池发电单元和所述第二燃料电池发电单元运行时产生的热量以热水形式导出。
其中一个实施例，所述交流母线通过一并网开关与电网连接，所述并网开关用于控制所述微电网并网或离网运行。
为了实现本发明目的，本发明实施例还提供一种所述离网型交直流混合微电网系统的控制方法，包括如下步骤：
获取蓄电池、交直流母线、光伏发电单元和第一燃料电池的状态信息；
根据所述状态信息和预设策略确定所述微电网的状态；
根据所述微电网的状态和预设策略控制所述微电网的设备执行相应的指令。
其中一个实施例，所述根据所述状态信息和预设策略确定所述微电网的状态包括：
当所述蓄电池、交直流母线、光伏发电单元和第一燃料电池的状态信息为可用，则确定所述微电网的状态为第一状态；
当所述蓄电池、交直流母线和光伏发电单元的状态信息为可用，所述第一燃料电池的状态信息为不可用，则确定所述微电网的状态为第二状态；
当所述蓄电池、交直流母线和第一燃料电池的状态信息为可用，所述光伏发电单元的状态信息为不可用，则确定所述微电网的状态为第三状态；
当所述蓄电池和交直流母线的状态信息为可用，所述光伏发电单元和第一燃料电池的状态信息为不可用，则确定所述微电网的状态为第四状态。
其中一个实施例，所述根据所述微电网的状态和预设策略控制所述微电网的设备执行相应的指令包括：当所述微电网的状态为第一状态，根据不同时间段控制微电网的设备执行相应的指令；
其中，处于夜间时间段时，制氢储氢单元停运，当蓄电池容量不足时，需切除三类负荷，并启动第一燃料电池发电单元作为补充电源供给负荷；如果蓄电池容量足够保证所有负荷夜间用电需求，则无需开启第一燃料电池发电单元；
其中，处于上午时间段时，当蓄电池电池容量不足时，需停运制氢储氢单元，并启动第一燃料电池发电单元补充光伏发电不足部分，蓄电池处于小功率充电状态；当蓄电池容量在满足负荷用电需求的同时也能够带载制氢储氢单元最小运行功率，则停运第一燃料电池发电单元，维持制氢储氢单元最小功率运行；
其中，处于中午时间段时，停运第一燃料电池发电单元；当制氢储氢单元不可用时，光伏发电单元的富电用于给蓄电池充电；如果蓄电池容量过高，则弃光，如果蓄电池容量过低，则切除三类负荷，光伏发电单元给蓄电池充电至容量允许范围；当制氢储氢单元可用时，则保持制氢储氢单元额定功率运行，如果此时蓄电池容量已满且制氢储氢单元已满功率运行，则弃光；
其中，处于傍晚时间段时，当蓄电池容量不足时，切除三类负荷，并停运制氢储氢单元；当蓄电池容量已满时，停运第一燃料电池发电单元和制氢储氢单元，多余的光伏弃掉；当蓄电池容量处于中间位置时，保持制氢储氢单元运行。
其中一个实施例，所述根据所述微电网的状态和预设策略控制所述微电网的设备执行相应的指令包括：当所述微电网的状态为第二状态，根据不同时间段控制微电网的设备执行相应的指令；
其中，处于夜间时间段时，当蓄电池容量不足时，告警并切除三类负荷，停运制氢储氢单元；当蓄电池容量富足时，在保证负荷用电需求条件下，维持制氢储氢单元低功率运行；
其中，处于上午时间段时，当蓄电池容量不足时，告警并切除三类负荷，停运制氢储氢单元；当蓄电池容量富足时，在保证负荷用电需求条件下，维持制氢储氢单元低功率运行；
其中，处于中午时间段时，当制氢储氢单元不可用且蓄电池容量已满，则弃光；当蓄电池容量富足时，向负荷供电；当蓄电池容量不足时，告警并切除三类负荷；当制氢储氢单元可用且蓄电池容量不足时，停运制氢储氢单元；当蓄电池容量富足时，保持制氢储氢单元满功率运行；
其中，处于傍晚时间段时，当蓄电池容量不足时，停运电解水制氢；当蓄电池容量富足时，维持制氢储氢单元运行。
其中一个实施例，所述根据所述微电网的状态和预设策略控制所述微电网的设备执行相应的指令包括：当所述微电网的状态为第三状态，停运制氢储氢单元，当蓄电池容量不足时，启动第一燃料电池发电单元；当蓄电池容量富足时，保持第一燃料电池发电单元运行；当蓄电池容量已满时，停运第一燃料电池发电单元。
其中一个实施例，所述根据所述微电网的状态和预设策略控制所述微电网的设备执行相应的指令包括：当所述微电网的状态为第四状态，停运制氢储氢单元，当蓄电池容量不足时，切除三类负荷；当蓄电池容量富足时，为负荷提供临时供电。
以上技术方案至少具有以下有益效果：
1.提供了一种具有氢能循环利用的离网型交直流混合微电网系统及其控制方法，所述微电网系统充分发挥了直流电优势，由于储能电池组、光伏、PEMFC燃料电池输出均为直流电，因此所述并网型微电网系统采用了统一的大容量DC/AC双向变流单元，各主电源分别通过一DC/DC变流单元接入直流母线，使得整个微电网的成本控制的相对较低，且效率较高；又由于采用一个集中的大容量DC/AC双向变流单元，直流侧仅需要控制直流母线电压即可，因此整个系统的控制相比交流系统变得简单。
2.所述微电网系统及其控制方法环保无污染，能量来源于太阳能，以光伏作为一次能源，氢能作为二次能源，制氢所用的能量完全来源于太阳能，在保证用户用电需求的同时，最大限度的实现了节能减排，CO2近似于零排放。
3.燃料电池发电单元运行时产生的热量将通过换热装置以热水形式导出，一部分热水加以回收再利用，另一部分品级较低的热水直接供应用户，此设计进一步提高了能源利用效率；
4.所述微电网系统配置了蓄电池，用来确保微电网系统的稳定性；在紧急时刻，需对负荷进行分级管理，保证重要用户的用电需求以及微电网的稳定性。
综上，本实施例有效地解决目前电解水制氢经济性较差且会产生对环境不利的有害气体的技术问题，实现零污染零排放供能。
此外，其他有益效果将在下文中进一步说明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一中所述离网型交直流混合微电网系统结构图。
图2为本发明实施例二中所述离网型交直流混合微电网系统的控制方法流程图。
图3为本发明实施例二中微电网系统状态示意图。
图4为本发明实施例二中微电网系统第一状态夜间时间段控制策略示意图。
图5为本发明实施例二中微电网系统第一状态上午时间段控制策略示意图。
图6为本发明实施例二中微电网系统第一状态中午时间段控制策略示意图。
图7为本发明实施例二中微电网系统第一状态下午时间段控制策略示意图。
图8为本发明实施例二中微电网系统第二状态夜间时间段控制策略示意图。
图9为本发明实施例二中微电网系统第二状态上午时间段控制策略示意图。
图10为本发明实施例二中微电网系统第二状态中午时间段控制策略示意图。
图11为本发明实施例二中微电网系统第二状态下午时间段控制策略示意图。
图12为本发明实施例二中微电网系统第三状态控制策略示意图。
图13为本发明实施例二中微电网系统第四状态控制策略示意图。
图中元件标记：
1-第一燃料电池发电单元，2-光伏发电单元，3-蓄电池，4-直流母线，5-DC/AC双向变流单元，6-交流母线，7-第二燃料电池发电单元，8-并网开关，9-用户负荷供电单元，10-辅助系统负荷供电单元，11-制氢储氢单元。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
如图1所示，本发明实施例一提供一种具有氢能循环利用的离网型交直流混合微电网系统，包括依次连接的直流母线4、DC/AC双向变流单元5和交流母线6；所述直流母线4上连接有第一燃料电池发电单元1、光伏发电单元2和蓄电池3；所述交流母线6上连接有用户负荷供电单元9、辅助系统负荷供电单元10和制氢储氢单元11；
本实施例中，所述光伏发电单元2用于利用太阳能进行发电；所述制氢储氢单元11用于制取氢气并储存制取的氢气；所述第一燃料电池发电单元1用于利用所述氢气进行发电；
本实施例中，所述光伏发电单元2发电得到的电能的部分通过所述用户负荷供电单元9向用户负荷供电，部分通过所述辅助系统负荷供电单元10向所述微电网系统提供自持所需电能，部分储存于所述蓄电池3中。
本实施例CO2近似于零排放，以光伏作为一次能源，氢能作为二次能源，制氢所用的能量完全来源于太阳能，白天负荷用电全部来源于光伏，夜晚负荷用电来源于氢能燃料电池。
具体而言，由于储能电池组、光伏、PEMFC燃料电池输出均为直流，因此系统可采用统一的大容量DC/AC双向变流单元5，各主电源通过直流变流器DC/DC接入直流母线4，使得整个微电网的成本控制的相对较低，且效率较高；又由于采用一个集中的DC/AC双向变流单元5，直流侧仅需要控制直流母线4电压即可，因此整个系统的控制相比交流系统变得简单。所述微电网系统配置了蓄电池3，用来确保微电网系统的稳定性；在紧急时刻，需对负荷进行分级管理，保证重要用户的用电需求以及微电网的稳定性。
其中，氢能以其高热值、最终清洁的特点，被认为是继电能之后最优的能量介质。氢用途广泛，包括燃料电池终端、化工、冶炼、医疗等均可应用，是良好的能源枢纽。本专利采用了氢能循环利用策略，设备包括：储氢装置、制氢装置、氢能发电装置。在本专利中采用氢能循环利用策略的优点主要有：
以氢作为储能介质，既能够使电能转化为一种更广用途的能量介质，又可以实现季度级长效储能。氢储能（Power to Gas，P2G）具备同等能量下储氢体积小、可实现长时间储能（季度级）、功率、能量可独立优化、储能容量扩大成本低廉（仅需储罐几何级别扩大）等特点；
有别于传统的蒸汽动力循环发电技术效率低的缺点，燃料电池不受朗肯循环限制，直接由电化学反应产生电力，发电效率大幅提高；同时，燃料电池容量灵活、负荷响应迅速（秒级）、具备较强的过负载能力，非常适用于分布式发电，因此是未来最有前景的发电技术。
在一些实施例中，所述交流母线6上还连接有第二燃料电池发电单元7，所述第二燃料电池发电单元7作为所述微电网系统的备用燃料电池发电单元，所述第二燃料电池发电单元7用于利用所述制氢储氢单元11的氢气进行发电，所述第一燃料电池发电单元1作为所述微电网系统的主燃料电池发电单元，在所述第一燃料电池发电单元1故障时使用第二燃料电池发电单元7。
在一些实施例中，所述第一燃料电池发电单元1为PEMFC燃料电池发电单元，所述第二燃料电池发电单元7为SOFC燃料电池发电单元。
在一些实施例中，所述系统还包括换热装置，所述换热装置用于将所述第一燃料电池发电单元1和所述第二燃料电池发电单元7运行时产生的热量以热水形式导出。本实施例实现了能量的梯级利用，微电网系统供电的同时，PEMFC和SOFC运行时产生的热量将通过换热装置以热水形式导出，一部分热水加以回收再利用，另一部分品级较低的热水直接供应用户，用户对电-热-氢等能源的综合利用，综合利用效率预计能达到80%以上。
在一些实施例中，所述交流母线6通过一并网开关8与电网连接，所述并网开关8用于控制所述微电网并网或离网运行。
本实施例微电网系统是基于分布式能源、电解制氢装置、储氢装置、氢能发电装置为主的电-热-氢联供综合能源系统，其中分布式能源采用光伏发电；电解制氢装置采用固体氧化物电解池(Solid Oxide Electrolysis Cell，SOEC)；储氢装置包括：高压储氢罐、氢气压缩机、阀门、缓冲罐、检测仪表等组成；氢能发电装置包括：固体氧化物燃料电池(SolidOxide Fuel Cell，SOFC)、质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)。以优化用能、可靠用能、提高能源利用效率为目的，通过区域能量管理系统运行优化控制，实现不同时间段的热、电联供，进而保障能源区域化供应、重要负荷用电可靠性以及节约用能等目标。本实施例适用于偏远地区(山区、海岛等)负荷用电，也适用于具有并离网切换功能的微电网在大电网出现故障时应急供电，其基本要求是保障重要负荷用电可靠性，并需通过能量管理系统的控制策略确保整个微电网在离网模式下稳定运行。该方案在可靠性、环保性、能源综合利用效率等方面均具备较大优势。
如图2所示，本发明实施例二提供一种所述离网型交直流混合微电网系统的控制方法，包括如下步骤：
S10获取蓄电池、交直流母线、光伏发电单元和第一燃料电池的状态信息；
S20根据所述状态信息和预设策略确定所述微电网的状态；
S30根据所述微电网的状态和预设策略控制所述微电网的设备执行相应的指令。
其中，当主要设备本身故障、开关无法分合闸、直流变流器DC/DC不可用任何一个环节出现问题，则视为微电网系统设备不可用，微电网系统停止运行。
在一些实施例中，如图3所示，其中，可与不可代表设备状态可用与不可用，BT代表蓄电池，PE代表交直流母线，PV代表光伏发电单元，PM代表第一燃料电池。
所述步骤S20根据所述状态信息和预设策略确定所述微电网的状态包括：
当所述蓄电池、交直流母线、光伏发电单元和第一燃料电池的状态信息为可用，则确定所述微电网的状态为第一状态A1；
当所述蓄电池、交直流母线和光伏发电单元的状态信息为可用，所述第一燃料电池的状态信息为不可用，则确定所述微电网的状态为第二状态A2；
当所述蓄电池、交直流母线和第一燃料电池的状态信息为可用，所述光伏发电单元的状态信息为不可用，则确定所述微电网的状态为第三状态A3；
当所述蓄电池和交直流母线的状态信息为可用，所述光伏发电单元和第一燃料电池的状态信息为不可用，则确定所述微电网的状态为第四状态A4。
其中，白天光伏发电单元以MPPT模式运行维持光伏最大出力；第二燃料电池发电单元可手动启停，作为备用电源；DC/AC双向变流单元在离网状态下运行于V/f控制模式，第一燃料电池发电单元直流变流器DC/DC运行于恒功率(P/Q控制)模式，蓄电池作为主电源时，其直流变流器DC/DC运行于恒功率(P/Q控制)模式，蓄电池作为辅助调压电源时，其直流变流器DC/DC运行于恒压模式(稳定直流母线电压)。
在一些实施例中，所述步骤S30根据所述微电网的状态和预设策略控制所述微电网的设备执行相应的指令包括：当所述微电网的状态为第一状态，根据不同时间段控制微电网的设备执行相应的指令；
其中，处于夜间时间段时，制氢储氢单元停运，当蓄电池容量不足时，需切除三类负荷，并启动第一燃料电池发电单元作为补充电源供给负荷；如果蓄电池容量足够保证所有负荷夜间用电需求，则无需开启第一燃料电池发电单元；
本实施例中，定义PPV0代表光伏发电单元实时出力；PSOFC代表SOFC燃料电池发电单元输出功率；PLOAD0代表实时用电负荷所需功率；PPV1代表光伏发电单元1小时后出力预测；PLOAD1代表1小时后用电负荷所需功率预测；SOC代表需电池的剩余电量状态。
具体而言，如图4所示，具体操作包括：
① 蓄电池容量不足时，以小功率充电；第一燃料电池发电单元作为补充电源为负荷供电；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元停运；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停；
② 蓄电池优先供电，但需保留后备容量；第一燃料电池发电单元处于停运状态，以减少氢能浪费；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元停运；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停。
其中，处于上午时间段时，当蓄电池电池容量不足时，需停运制氢储氢单元，并启动第一燃料电池发电单元补充光伏发电不足部分，蓄电池处于小功率充电状态；当蓄电池容量在满足负荷用电需求的同时也能够带载制氢储氢单元最小运行功率，则停运第一燃料电池发电单元，维持制氢储氢单元最小功率运行；
如图5所示，具体操作包括：
① 光伏发电单元以MPPT模式（最大功率点跟踪，Maximum Power Point Tracking）运行，保证最大出力；蓄电池容量不足时，需小功率充电；第一燃料电池发电单元运行，补充光伏不足部分；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元停运；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停；
② 光伏发电单元以MPPT模式运行，保证最大出力；蓄电池放电，补充光伏出力不足部分；第一燃料电池发电单元及早停运，减少氢能浪费；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元停运；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停；
③ 光伏发电单元以MPPT模式运行，保证最大出力；蓄电池以恒压模式运行；第一燃料电池发电单元运行，补充光伏不足部分，需避免蓄电池SOC在55%时第一燃料电池发电单元反复启停；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元停运；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停；
④ 光伏发电单元以MPPT模式运行，保证最大出力；蓄电池放电，补充光伏出力不足部分；第一燃料电池发电单元及早停运，减少氢能浪费；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元以低功率运行，等待光伏充裕，避免反复启停；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停；
⑤ 光伏发电单元以MPPT模式运行，保证最大出力；蓄电池放电，补充光伏出力不足部分；第一燃料电池发电单元及早停运，减少氢能浪费；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元停运；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停。
其中，处于中午时间段时，停运第一燃料电池发电单元；当制氢储氢单元不可用时，光伏发电单元的富电用于给蓄电池充电；如果蓄电池容量过高，则弃光，如果蓄电池容量过低，则切除三类负荷，光伏发电单元给蓄电池充电至容量允许范围；当制氢储氢单元可用时，则保持制氢储氢单元额定功率运行，如果此时蓄电池容量已满且制氢储氢单元已满功率运行，则弃光；
如图6所示，具体操作包括：
① 弃光；蓄电池放电，降低SOC至规定水平；第一燃料电池发电单元停运；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元停运；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停；
② 光伏发电单元以MPPT模式运行，保证最大出力；蓄电池充电，吸收光伏多余电量；第一燃料电池发电单元停运；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元停运；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停；
③ 光伏发电单元以MPPT模式运行，保证最大出力；蓄电池充电，吸收光伏多余电量；第一燃料电池发电单元停运；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元停运；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停；
④ 光伏发电单元以MPPT模式运行或弃光；蓄电池运行于恒压模式，弃光时需降低蓄电池自身SOC至规定水平；第一燃料电池发电单元停运；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元满功率运行，多余光伏通过电解水制氢；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停。
其中，处于下午时间段时，当蓄电池容量不足时，切除三类负荷，并停运制氢储氢单元；当蓄电池容量已满时，停运第一燃料电池发电单元和制氢储氢单元，多余的光伏弃掉；当蓄电池容量处于中间位置时，保持制氢储氢单元运行。
如图7所示，具体操作包括：
① 光伏发电单元以MPPT模式运行，保证最大出力；蓄电池充电，提高自身SOC；第一燃料电池发电单元运行，蓄电池继续充电；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元满功率运行，多余光伏通过电解水制氢；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停；
② 光伏发电单元以MPPT模式运行或弃光；蓄电池充电，以应对缺电工况；第一燃料电池发电单元停运；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元满功率运行，多余光伏通过电解水制氢；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停；
③ 光伏发电单元以MPPT模式运行，保证最大出力；蓄电池运行于恒压模式；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元满功率运行，多余光伏通过电解水制氢；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停。
在一些实施例中，所述步骤S30根据所述微电网的状态和预设策略控制所述微电网的设备执行相应的指令还包括：当所述微电网的状态为第二状态，根据不同时间段控制微电网的设备执行相应的指令；
其中，处于夜间时间段时，当蓄电池容量不足时，告警并切除三类负荷，停运制氢储氢单元；当蓄电池容量富足时，在保证负荷用电需求条件下，维持制氢储氢单元低功率运行；
如图8所示，具体操作包括：
① 蓄电池供电直到容量不足；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元停运；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停。
其中，处于上午时间段时，当蓄电池容量不足时，告警并切除三类负荷，停运制氢储氢单元；当蓄电池容量富足时，在保证负荷用电需求条件下，维持制氢储氢单元低功率运行；
如图9所示，具体操作包括：
① 光伏发电单元以MPPT模式运行，保证最大出力；蓄电池放电，补充光伏出力不足部分；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元停运；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停；
② 光伏发电单元以MPPT模式运行，保证最大出力；蓄电池放电，补充光伏出力不足部分；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元低功率运行，等待光伏充裕，避免反复启动；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停。
其中，处于中午时间段时，当制氢储氢单元不可用且蓄电池容量已满，则弃光；当蓄电池容量富足时，向负荷供电；当蓄电池容量不足时，告警并切除三类负荷；当制氢储氢单元可用且蓄电池容量不足时，停运制氢储氢单元；当蓄电池容量富足时，保持制氢储氢单元满功率运行；
如图10所示，具体操作包括：
① 弃光；蓄电池放电，降低自身SOC；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元停运；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停；
② 光伏发电单元以MPPT模式运行，保证最大出力；蓄电池充电，吸收光伏多余电量；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元停运；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停；
③ 光伏发电单元以MPPT模式运行，保证最大出力；蓄电池充电，吸收光伏多余电量；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元停运；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停；
④ 光伏发电单元以MPPT模式运行或者弃光；蓄电池运行于恒压模式，在弃光时需放电降低自身SOC；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元满功率运行，多余光伏通过电解水制氢；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停。
其中，处于下午时间段时，当蓄电池容量不足时，停运电解水制氢；当蓄电池容量富足时，维持制氢储氢单元运行。
如图11所示，具体操作包括：
① 光伏发电单元以MPPT模式运行，保证最大出力；蓄电池充电以应对即将缺点的工况；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元停运；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停；
② 光伏发电单元以MPPT模式运行，保证最大出力；蓄电池以恒压模式运行；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元以满功率继续运行，多余光伏通过电解水制氢；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停。
在一些实施例中，所述步骤S30根据所述微电网的状态和预设策略控制所述微电网的设备执行相应的指令还包括：当所述微电网的状态为第三状态，此状态代表光伏不可用，无需按时间段确定控制逻辑。
具体描述如下：
停运制氢储氢单元，当蓄电池容量不足时，启动第一燃料电池发电单元；当蓄电池容量富足时，保持第一燃料电池发电单元运行；当蓄电池容量已满时，停运第一燃料电池发电单元。
如图12所示，具体操作包括：
① 蓄电池充电并应对负荷短时波动；第一燃料电池发电单元向负荷供电并对蓄电池充电；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元停运；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停；
② 蓄电池容量充足，放电向负荷供电；第一燃料电池发电单元停运；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元停运；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停。
在一些实施例中，所述步骤S30根据所述微电网的状态和预设策略控制所述微电网的设备执行相应的指令还包括：当所述微电网的状态为第四状态，此状态代表光伏和PEMFC燃料电池皆不可用，无需按时间段确定控制逻辑。
具体描述如下：
停运制氢储氢单元，当蓄电池容量不足时，切除三类负荷；当蓄电池容量富足时，为负荷提供临时供电。
如图13所示，具体操作包括：
① 蓄电池供电，当容量不足时需按负荷分级切负荷；DC/AC双向变流单元运行于V/f模式；制氢储氢单元停运；第二燃料电池发电单元通过手动命令启停。
在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”等的描述意指结合所述实施例或示例描述的具体特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (11)
1.一种具有氢能循环利用的离网型交直流混合微电网系统，其特征在于，包括依次连接的直流母线、DC/AC双向变流单元和交流母线；所述直流母线上连接有第一燃料电池发电单元、光伏发电单元和蓄电池；所述交流母线上连接有用户负荷供电单元、辅助系统负荷供电单元和制氢储氢单元；
其中，所述光伏发电单元用于利用太阳能进行发电；所述制氢储氢单元用于制取氢气并储存制取的氢气；所述第一燃料电池发电单元用于利用所述氢气进行发电；
其中，所述光伏发电单元发电得到的电能的部分通过所述用户负荷供电单元向用户负荷供电，部分通过所述辅助系统负荷供电单元向所述微电网系统提供自持所需电能，部分储存于所述蓄电池中。
2.如权利要求1所述的具有氢能循环利用的离网型交直流混合微电网系统，其特征在于，所述交流母线上还连接有第二燃料电池发电单元。
3.如权利要求2所述的具有氢能循环利用的离网型交直流混合微电网系统，其特征在于，所述第一燃料电池发电单元为PEMFC燃料电池发电单元，所述第二燃料电池发电单元为SOFC燃料电池发电单元。
4.如权利要求2所述的具有氢能循环利用的离网型交直流混合微电网系统，其特征在于，所述系统还包括换热装置，所述换热装置用于将所述第一燃料电池发电单元和所述第二燃料电池发电单元运行时产生的热量以热水形式导出。
5.如权利要求2所述的具有氢能循环利用的离网型交直流混合微电网系统，其特征在于，所述交流母线通过一并网开关与电网连接，所述并网开关用于控制所述微电网并网或离网运行。
6.一种如权利要求1-5任一项所述离网型交直流混合微电网系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取蓄电池、交直流母线、光伏发电单元和第一燃料电池的状态信息；
根据所述状态信息和预设策略确定所述微电网的状态；
根据所述微电网的状态和预设策略控制所述微电网的设备执行相应的指令。
7.如权利要求6所述的离网型交直流混合微电网系统的控制方法，其特征在于，所述根据所述状态信息和预设策略确定所述微电网的状态包括：
当所述蓄电池、交直流母线、光伏发电单元和第一燃料电池的状态信息为可用，则确定所述微电网的状态为第一状态；
当所述蓄电池、交直流母线和光伏发电单元的状态信息为可用，所述第一燃料电池的状态信息为不可用，则确定所述微电网的状态为第二状态；
当所述蓄电池、交直流母线和第一燃料电池的状态信息为可用，所述光伏发电单元的状态信息为不可用，则确定所述微电网的状态为第三状态；
当所述蓄电池和交直流母线的状态信息为可用，所述光伏发电单元和第一燃料电池的状态信息为不可用，则确定所述微电网的状态为第四状态。
8.如权利要求7所述的离网型交直流混合微电网系统的控制方法，其特征在于，所述根据所述微电网的状态和预设策略控制所述微电网的设备执行相应的指令包括：当所述微电网的状态为第一状态，根据不同时间段控制微电网的设备执行相应的指令；
其中，处于夜间时间段时，制氢储氢单元停运，当蓄电池容量不足时，需切除三类负荷，并启动第一燃料电池发电单元作为补充电源供给负荷；如果蓄电池容量足够保证所有负荷夜间用电需求，则无需开启第一燃料电池发电单元；
其中，处于上午时间段时，当蓄电池电池容量不足时，需停运制氢储氢单元，并启动第一燃料电池发电单元补充光伏发电不足部分，蓄电池处于小功率充电状态；当蓄电池容量在满足负荷用电需求的同时也能够带载制氢储氢单元最小运行功率，则停运第一燃料电池发电单元，维持制氢储氢单元最小功率运行；
其中，处于中午时间段时，停运第一燃料电池发电单元；当制氢储氢单元不可用时，光伏发电单元的富电用于给蓄电池充电；如果蓄电池容量过高，则弃光，如果蓄电池容量过低，则切除三类负荷，光伏发电单元给蓄电池充电至容量允许范围；当制氢储氢单元可用时，则保持制氢储氢单元额定功率运行，如果此时蓄电池容量已满且制氢储氢单元已满功率运行，则弃光；
其中，处于傍晚时间段时，当蓄电池容量不足时，切除三类负荷，并停运制氢储氢单元；当蓄电池容量已满时，停运第一燃料电池发电单元和制氢储氢单元，多余的光伏弃掉；当蓄电池容量处于中间位置时，保持制氢储氢单元运行。
9.如权利要求7所述的离网型交直流混合微电网系统的控制方法，其特征在于，所述根据所述微电网的状态和预设策略控制所述微电网的设备执行相应的指令包括：当所述微电网的状态为第二状态，根据不同时间段控制微电网的设备执行相应的指令；
其中，处于夜间时间段时，当蓄电池容量不足时，告警并切除三类负荷，停运制氢储氢单元；当蓄电池容量富足时，在保证负荷用电需求条件下，维持制氢储氢单元低功率运行；
其中，处于上午时间段时，当蓄电池容量不足时，告警并切除三类负荷，停运制氢储氢单元；当蓄电池容量富足时，在保证负荷用电需求条件下，维持制氢储氢单元低功率运行；
其中，处于中午时间段时，当制氢储氢单元不可用且蓄电池容量已满，则弃光；当蓄电池容量富足时，向负荷供电；当蓄电池容量不足时，告警并切除三类负荷；当制氢储氢单元可用且蓄电池容量不足时，停运制氢储氢单元；当蓄电池容量富足时，保持制氢储氢单元满功率运行；
其中，处于傍晚时间段时，当蓄电池容量不足时，停运电解水制氢；当蓄电池容量富足时，维持制氢储氢单元运行。
10.如权利要求7所述的离网型交直流混合微电网系统的控制方法，其特征在于，所述根据所述微电网的状态和预设策略控制所述微电网的设备执行相应的指令包括：当所述微电网的状态为第三状态，停运制氢储氢单元，当蓄电池容量不足时，启动第一燃料电池发电单元；当蓄电池容量富足时，保持第一燃料电池发电单元运行；当蓄电池容量已满时，停运第一燃料电池发电单元。
11.如权利要求7所述的离网型交直流混合微电网系统的控制方法，其特征在于，所述根据所述微电网的状态和预设策略控制所述微电网的设备执行相应的指令包括：当所述微电网的状态为第四状态，停运制氢储氢单元，当蓄电池容量不足时，切除三类负荷；当蓄电池容量富足时，为负荷提供临时供电。
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