CN111463824A - 一种可移动式发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉一种可移动式发电系统，包括:能量转换装置、发电机、电池、DC/AC转换器以及并网装置，所述能量转换装置将化学能转换为机械能，所述发电机将能量转换装置产生的机械能转换为电能，该电能为AC电流的形式，所述电池存储电能，所述DC/AC转换器将来自电池的直流电转换为交流电，所述并网装置将来自所述DC/AC转换器的AC电流与来自所述发电机的AC电流进行并网。

Description

一种可移动式发电系统
技术领域
本发明涉及发电系统。
背景技术
目前已经存在很多发电系统，这些发电系统往往体积较大，难于移动。而在体育赛事、明星演唱会等场合，往往需要临时的大规模用电保障。因而需要一种体积小的可移动式的发电系统。
发明内容
本发明鉴于现有技术的以上情况作出，用于提供一种可移动式发电系统，用以解决或缓解现有技术存在的一种或更多种的缺点。
根据本发明的一个方面，提供了一种可移动式发电系统，包括:能量转换装置、发电机、电池、DC/AC转换器以及并网装置，所述能量转换装置将化学能转换为机械能，所述发电机将能量转换装置产生的机械能转换为电能，该电能为AC电流的形式，所述电池存储电能，所述DC/AC转换器将来自电池的直流电转换为交流电，所述并网装置将来自所述DC/AC转换器的AC电流与来自所述发电机的AC电流进行并网。
附图说明
结合附图可以更好地理解本发明。附图不是按照比例绘制的，也不表明精确的数值关系。其仅仅是示例性的，不是对本发明的保护范围的限制。
图1示出了依据本发明的一种实施方式的可移动式发电系统的示意图。
图2示出了依据本发明的另一种实施方式的可移动式发电系统的示意图。
图3示出了能量转换控制装置进行能量转换控制的一种实施方式的示意图。
图4示出了能量转换控制装置106的另一实施方式的控制方法的示意性流程图。
图5示出了用电负载需求时序图与能量转换装置的理想负荷区间图进行比较的示意图。
图6示出了基于图5的示例的电池削峰填谷图的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施例作进一步详述，但不构成对本发明的任何限制。附图中没有示出虽然与本发明的发电系统的工作相关但对于理解本发明无关的部件，说明书中也没有描述这些部件，这些部件可以采用现在已知的或未来获知的各种技术，均在本发明的保护范围内。
图1示出了依据本发明的一种实施方式的可移动式发电系统的示意图。
如图1所示，本实施方式提供的可移动式发电系统包括:能量转换装置101、发电机102、电池组103、DC/AC转换器104以及并网装置105。
能量转换装置101将化学能(燃料等)、风能或太阳能等转换为机械能。发电机102将能量转换装置101产生的机械能转换为电能，该电能为AC电流的形式。电池组103存储电能，DC/AC转换器将来自电池的直流电转换为交流电，并网装置105将来自DC/AC转换器104的AC电流与来自发电机102的AC电流进行并网。进行并网例如需要进行频率匹配、电压匹配和相位匹配。
根据一种实施方式，在并网时，发电机输出跟随逆变器(DC/AC转换器)输出，采集逆变器输出AC参数，由发电机跟随，AC参数同步匹配后，进行并网。
根据一种实施方式，在并网时，逆变器输出跟随发电机输出，采集发电机输出AC参数，由逆变器跟随，AC参数同步匹配后，进行并网。
根据一种实施方式，并网装置105还进行并网供电情况下的离网处理。在使电池离网时，控制发电机加载、逆变器减载，直至逆变器断开。在使发电机离网时，控制逆变器加载、发电机减载，直至发电机断开，能量转换装置停机。
图2示出了依据本发明的另一种实施方式的可移动式发电系统的示意图。
能量转换装置101具有自己的特性曲线，例如发动机情况下的转速与扭矩特性曲线等。能量转换装置101在理想负荷区间工作时，其能量转换率最高，而在非理想负荷区间工作时，则会能量损耗增大。
如图2所示，依据本发明的另一种实施方式的可移动式发电系统还包括能量转换控制装置106，该能量转换控制装置106根据电池电力、负载情况和能量转换装置的特性曲线，确定能量转换装置的启动与停止。
对于相同量的化学燃料，相同的能量转换装置(例如发动机)在不同转速下，会产生不同的输出功率，从而导致发电机所产生的电量也不同。因而能量转换控制装置根据负载情况和电池电力情况以及发动机转速与扭矩特性曲线，确定能量转换装置的启动与停止，从而可以使得尽可能在高效率区间进行工作，从而能够提高能量转换装置的利用效率，节约能源。
根据本发明的一种实施方式，在电池电力足以支持负载的情况下，首先使用电池的电力。在电池电力不足以支持负载的情况但发电机产生的电力能够支撑负载时，使能量转换装置工作，进而使发电机工作。在负载未高于能量转换装置的发电能力时，可以同时对电池进行充电。此时，可以将电池视为负载的一种。在发电机产生的电力不能单独支撑负载时，使电池和能量转换装置两者进行工作。由于大的负载由电池和能量转换装置两者承担，因而可以有效降低能量转换装置的功率、重量和体积，从而使得移动发电更为容易。
图3示出了能量转换控制装置106进行能量转换控制的一种实施方式的示意图。如图所示，能量转换控制装置106首先在步骤301将用电负载需求DM与能量转换装置101的最大工作负荷ZM和当前电池可供电量BM之和进行比较，如果用电负载需求大于能量转换装置101的最大工作负荷和当前电池可供电量这两者之和，则在步骤302告警，由工作人员和其他部件进行超载处理。
能量转换装置101的最大工作负荷是指能量转换装置101以最大的功率进行工作时，发电机所能产生的电力。为了陈述的方便，根据上下文，可能直接将能量转换装置提供的能量称为电量或电力等与电池电力进行加减，不在重复发电机根据机械能发电的过程。
超载处理可以采用现在已知或将来获知的各种方法进行。例如强制断掉一些负载等。如果用电负载需求DM不大于能量转换装置101的最大工作负荷ZM和当前电池可供电量BM这两者之和，则在步骤303判断用电负载需求DM是否大于能量转换装置101的最大理想工作负荷Lmax，如果用电负载需求大于最大理想工作负荷Lmax，则在步骤304确定电池组中需工作的电池，并使这些电池与处于理想负荷区间的能量转换装置101一起工作。
另一方面，如果用电负载需求不大于最大理想工作负荷，则在步骤305判断用电负载需求是否小于能量转换装置101的最小理想工作负荷Lmin，如果不小于最小理想工作负荷，则在步骤306使能量转换装置在理想工作负荷下工作。在该步骤306，可以判断需要进行充电的电池，使能量转换装置101在理想工作负荷工作的前提下对电池进行充电。
如果小于最小理想工作负荷，则在步骤307判断需充电的电池总量Bcharge与用电负载需求之和是否不小于能量转换装置101的最小理想工作负荷，如果不小于，则在步骤308，使能量转换装置101以理想工作负荷进行工作，满足用电负载需求，并对电池进行充电。
如果在步骤S307判断出需充电的电池总量与用电负载需求之和小于能量转换装置的最小理想工作负荷，则在步骤S309判断用电负载需求DM是否不大于电池可供电负荷BM，如果不大于电池可供电负荷，则在步骤S310由电池进行供电。
如果在步骤S309判断出用电负载需求大于电池可供电负荷，即，此时处于超出了电池能供电的负荷，却又小于能量转换装置101的最小理想工作负荷Lmin，则在步骤S311，使能量转换装置101在理想工作负荷下工作，并使平衡用负载工作。平衡用负载的用电负载为能量转换装置101的理想工作负荷最小值与电池能供电的负荷之差，可以比该差高出预定值。
另选地，在步骤S311，根据该状态(用电负载需求处于超出了电池能供电的负荷，却又小于能量转换装置101的最小理想工作负荷)的持续时间，判断能量转换装置101在非理想工作负荷状态下工作的损失和使用平衡用负载的损失，只有在使用平衡用负载的损失更小的情况下，才使用平衡用负载。
该平衡用负载可以具有多个负载值，从而可以根据能量转换装置101的理想工作负荷最小值与电池能供电的负荷之差进行调整。例如风扇等具有高风、中风和低风等，这些不同的风速对应了不同的功率。本领域技术人员可以很容易使平衡用负载根据该差而提供不同的负载。
利用本实施方式的发电系统，首先电池组不在是一个集成整体的概念，而是由多个电池组成，对这些电池分别进行充放电控制，使得能量转换装置101能够尽可能多地处于理想工作负荷区间。这样的方案，还可以增加系统的灵活性，方便扩容以及减容。进一步，该发电系统设有平衡用负载，从而即便在用电需求处于超出电池能供电的负荷，却又小于能量转换装置101的最小理想工作负荷的情况下，能量转换装置101与能够在理想工作状态下工作。
图4示出了能量转换控制装置106的另一实施方式的控制方法的示意性流程图。
首先，在步骤S401，其获得用电负载需求时序图。
然后在步骤S402，将用电负载需求时序图与能量转换装置101的理想负荷区间图进行比较，从而获得电池削峰填谷图和可充电能力图。例如在图5的情况下，可以得到如图6所示的电池削峰填谷图。在t1时刻，用电负载需求低于能量转换装置101的理想工作负荷最大值(上限)，因而其充电能力为理想工作负荷最大值减去该时刻的用电负载需求。而在t2时刻，该时刻的用电负载需求大于该理想工作负荷最大值，因而充电能力为0。由此，可以得到能量转换装置101可充电能力图。
接着，在步骤S403，利用电池削峰填谷图和可充电能力图确定在各时刻应充电的电池，以及充电应达到的电量。
利用这种方法，可以最大程度地使能量转换装置101工作在理想工作区间。例如使得电负载需求低于能量转换装置101的理想工作负荷最小值时，有可供充电的电池；而在电负载需求低于能量转换装置101的理想工作负荷最大值时，有足够多的电池辅助进行供电。
本发明的这种控制方式改变了一直以来的电池应尽可能保持在足电的控制方法，并不是一发现有需要充电的电池而能量转换装置101有余力就进行充电，而是针对整个时间上的负荷，使电池根据负载的情况而进行充放电，从而可以更加节能。
可以利用线性规划等方法，利用电池削峰填谷图和可充电能力图确定在各时刻应充电的电池，以及充电应达到的电量。
能量转换控制装置106可根据在步骤S403确定的各时刻应充电的电池，以及充电应达到的电量，来控制电池的充电。
根据本发明的实施方式，在AC电流的状态进行并网，只需对较小的电池电流进行逆变，而无需对较大的发电机电流进行整流和逆变，因而进一步减少了能量损耗，提高了能源利用效率。
本发明的上述详细的描述仅仅给本领域技术人员更进一步的相信内容，以用于实施本发明的优选方面，并且不会对本发明的范围进行限制。仅有权利要求用于确定本发明的保护范围。因此，在前述详细描述中的特征和步骤的结合不是必要的用于在最宽广的范围内实施本发明，并且可替换地仅对本发明的特别详细描述的代表性实施例给出教导。此外，为了获得本发明的附加有用实施例，在说明书中给出教导的各种不同的特征可通过多种方式结合，然而这些方式没有特别地被例举出来。

Claims (7)

1.一种可移动式发电系统，包括:能量转换装置、发电机、电池组、DC/AC转换器以及并网装置，
所述能量转换装置将化学能转换为机械能，
所述发电机将能量转换装置产生的机械能转换为电能，该电能为AC电流的形式，
所述电池组存储电能，
所述DC/AC转换器将来自电池组的直流电转换为交流电，
所述并网装置将来自所述DC/AC转换器的AC电流与来自所述发电机的AC电流进行并网。
2.根据权利要求1的可移动式发电系统，所述并网装置还进行并网供电情况下的离网处理，
在使所述电池组中的电池离网时，控制所述发电机加载、所述DC/AC转换器减载，直至所述DC/AC转换器断开，
在使所述发电机离网时，控制所述DC/AC转换器加载、所述发电机减载，直至所述发电机断开，所述能量转换装置停机。
3.根据权利要求1的可移动式发电系统，其特征在于，所述可移动式发电系统还包括能量转换控制装置，所述能量转换控制装置根据所述电池的电力、用电需求负载和所述能量转换装置的特性曲线，确定确定电池组中各电池的充电和放电以及能量转换装置的启动与停止，使所述能量转换装置在高效率区间工作。
4.根据权利要求3的可移动式发电系统，其特征在于，所述可移动式发电系统还包括平衡用负载，在用电需求负载小于所述能量转换装置的理想工作负荷最小值但高于电池能供电的负荷时，所述能量转换控制装置使所述平衡用负载工作，并从而使所述能量转换装置在理想工作负荷下工作。
5.根据权利要求3的可移动式发电系统，其特征在于，所述可移动式发电系统还包括平衡用负载，在用电需求负载小于所述能量转换装置的理想工作负荷最小值但高于电池能供电的负荷时，所述能量转换控制装置确定所述平衡用负载工作造成的能量损失以及所述能量转换装置在非理想工作负荷下工作的能量损失，从而确定使所述平衡用负载工作并从而使所述能量转换装置在理想工作负荷下工作，还是使所述能量转换装置在非理想工作负荷下工作。
6.根据权利要求3的可移动式发电系统，其特征在于，所述电池组包括多个电池，所述能量转换控制装置通过确定需进行充电或放电的电池而使所述能量转换装置在理想工作负荷下工作。
7.根据权利要求3的可移动式发电系统，其特征在于，所述能量转换控制装置如下地工作：
获得用电负载需求时序图；
将用电负载需求时序图与所述能量转换装置的理想负荷区间图进行比较，从而获得电池削峰填谷图和可充电能力图；
利用电池削峰填谷图和可充电能力图确定在各时刻应充电的电池，以及充电应达到的电量；
根据各时刻应充电的电池，以及充电应达到的电量，调整电池组中各电池的充放电。
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