CN114300714B - 热电联供电能管理系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热电联供电能管理系统及其控制策略，该系统包括：壳体，及设置于壳体内的热电发生子系统和电能处理子系统；热电发生子系统包括燃料电池本体、燃料电池辅件及燃料电池控制器，燃料电池控制器用于根据系统用电信息和/或系统用热信息控制燃料电池本体及燃料电池辅件输出系统电能及热能；电能处理子系统包括电力系统控制器和双向电力变换单元，电力系统控制器用于根据系统电能、电网电能及系统用电信息确定目标配电策略，并根据目标配电策略控制双向电力变换单元运行，对系统电能及电网电能进行双向转换处理。本发明通过燃料电池热电联供功能结构的一体化及模块化集成，系统占用空间小，经济性及安全性高。
Description
技术领域
本发明涉及热电联供技术领域，尤其涉及一种热电联供电能管理系统及其控制方法。
背景技术
在“碳中和”及“碳达峰”背景下，各领域均在需求途径实现节能减排。基于氢燃料电池的热电联供系统为建筑领域的节能减排提供了解决方案。
目前，氢燃料电池热电联供系统多数为面向家庭用户的系统，其存在以下问题：系统功率一般不超过5KW，在实现相同的能量输出情况下，所需小功率热电联供系统及零部件个数较多，系统成本高，经济性较差，且系统占用空间大；此外，小功率热电联供系统需要布置在用户房屋内或者在房屋附近就近布置，用户与氢系统同处一个区域，存在安全隐患。
发明内容
本发明提供一种热电联供电能管理系统及其控制方法，通过燃料电池热电发生子系统与电能处理子系统等功能模块的一体化及模块化集成，实现社区及楼宇级的热电联供，系统占用空间小，安全性高。
第一方面，本发明实施例提供了一种热电联供电能管理系统，包括：壳体，及设置于所述壳体内的热电发生子系统和电能处理子系统；所述热电发生子系统包括燃料电池本体、燃料电池辅件及燃料电池控制器，所述燃料电池控制器用于获取系统用电信息及系统用热信息，并根据所述系统用电信息和/或所述系统用热信息控制所述燃料电池本体及所述燃料电池辅件输出系统电能及热能；所述电能处理子系统包括电力系统控制器和双向电力变换单元，所述双向电力变换单元的直流侧与所述燃料电池本体连接，所述双向电力变换单元的交流侧与外部电网连接，所述电力系统控制器用于根据所述系统电能、电网电能及系统用电信息确定目标配电策略，并根据所述目标配电策略控制所述双向电力变换单元运行，对所述系统电能及电网电能进行双向转换处理。
可选地，所述目标配电策略包括下述至少一项：采用所述系统电能对外部电网、外部用电负载、内部交流负载及内部直流负载供电；采用所述系统电能和外部电网共同对外部用电负载供电；采用所述系统电能和外部电网共同对外部用电负载和内部交流负载供电；采用外部电网对外部用电负载和内部交流负载供电，并采用所述系统电能及外部电网共同对内部直流负载供电。
可选地，所述电能处理子系统还包括：直流-直流双向变换单元和储能单元；所述直流-直流双向变换单元的高压侧与所述双向电力变换单元的直流侧连接，所述直流-直流双向变换单元的低压侧与所述储能单元连接；所述直流-直流双向变换单元用于根据所述目标配电策略将系统电能及电网电能传输至所述储能单元存储，或者，将所述储能单元存储的电能提供给用电负载。
可选地，所述燃料电池辅件包括：燃料气体供应模块，所述燃料气体供应模块包括燃料气体输入单元及燃料气体循环单元，所述燃料气体输入单元用于对所述燃料电池本体输入燃料气体并监测燃料气体供应运行参数，所述燃料气体循环单元用于对所述燃料电池本体输出的残余燃料气体进行循环处理。
可选地，所述燃料电池辅件还包括：空气供应模块，所述空气供应模块包括空气输入单元及空气循环单元，所述空气输入单元用于对所述燃料电池本体输入空气并监测空气供应运行参数，所述空气循环单元用于对所述燃料电池本体输出的残余空气进行循环处理。
可选地，所述系统用电信息包括下述至少一项：外部直流负载功率、外部交流负载功率、系统内交流负载功率及系统内直流负载功率；所述系统用热信息包括下述至少一项：用户供暖热需求信息、用户生活用水热需求信息及系统热采样信息。
可选地，所述热电联供电能管理系统还包括：系统控制模块，及设置于所述壳体表面的系统热电接口，所述系统热电接口实现系统内外的热能、电能及水气的交互传输；所述系统控制模块与所述燃料电池控制器及所述电力系统控制器通信连接，所述系统控制模块用于控制器之间的协调控制。
第二方面，本发明实施例还提供了一种热电联供电能管理系统的控制方法，包括：
获取系统用电信息及系统用热信息，并根据所述系统用电信息和/或所述系统用热信息控制燃料电池本体及燃料电池辅件输出系统电能；
根据所述系统电能、电网电能及所述系统用电信息确定目标配电策略，并根据所述目标配电策略控制双向电力变换单元运行，对所述系统电能及所述电网电能进行双向转换处理。
可选地，在控制所述燃料电池本体及所述燃料电池辅件输出系统电能之前，包括以下步骤：
获取系统外部电网的电网供电参数；
判断所述电网供电参数是否存在异常；
根据判断结果确定所述燃料电池本体的目标运行模式，所述目标运行模式包括根据所述系统用热信息控制燃料电池本体及燃料电池辅件输出系统电能，或者，根据所述系统用电信息控制燃料电池本体及燃料电池辅件输出系统电能。
可选地，根据所述系统电能、电网电能及所述系统用电信息确定目标配电策略，包括：根据所述系统用电信息确定用电负载功率；对所述系统电能与所述用电负载功率进行比对，并根据比对结果确定所述目标配电策略。
本发明提供的热电联供电能管理系统的控制方法，用于热电联供电能管理系统，该系统设置壳体，及设置于壳体内的热电发生子系统和电能处理子系统，热电发生子系统设置燃料电池本体、燃料电池辅件及燃料电池控制器，通过燃料电池控制器获取系统用电信息及系统用热信息，并根据系统用电信息和/或系统用热信息控制燃料电池本体及燃料电池辅件输出系统电能及热能，电能处理子系统设置电力系统控制器和双向电力变换单元，双向电力变换单元的直流侧与燃料电池本体连接，双向电力变换单元的交流侧与外部电网连接，通过电力系统控制器根据系统电能、电网电能及系统用电信息确定目标配电策略，并根据目标配电策略控制双向电力变换单元运行，对系统电能及电网电能进行双向转换处理，解决了现有的热电联供系统占地面积大、安全性低的问题，系统模块化和集成度高，占用空间小，提高了系统安装、维护、移动和布置的便捷性和热电联供系统的易拓展性，实现社区及楼宇级的热电联供，燃料电池独立于用户居住空间设置，有利于提高系统安全性和经济性。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种热电联供电能管理系统的结构示意图；
图2为本发明实施例二提供的一种燃料电池热电联供系统的结构示意图；
图3为本发明实施例三提供的一种热电联供电能管理系统的结构示意图；
图4为本发明实施例四提供的一种热电联供电能管理系统的结构示意图；
图5为本发明实施例五提供的一种热电联供电能管理系统的控制方法的流程图；
图6为本发明实施例五提供的另一种热电联供电能管理系统的控制方法的流程图；
图7为本发明实施例五提供的又一种热电联供电能管理系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例一提供的一种热电联供电能管理系统的结构示意图，本实施例可适用于面向楼宇或者社区使用的大功率热电联供的应用场景。
如图1所示，该热电联供电能管理系统00包括：壳体100，及设置于壳体100内的热电发生子系统200和电能处理子系统300，其中，壳体100可为设有绝缘材料的实体边界，该壳体100具有防水防尘功能。
结合参考图1所示，热电发生子系统200包括燃料电池控制器210、燃料电池本体220及燃料电池辅件230，其中，燃料电池辅件230包括为燃料电池本体220运行提供燃料气体、空气及电能转换支持的多个组件，燃料电池控制器210用于获取系统用电信息及系统用热信息，并根据系统用电信息和/或系统用热信息控制燃料电池本体220及燃料电池辅件230输出系统电能及热能；电能处理子系统300包括电力系统控制器310和双向电力变换单元320，其中，双向电力变换单元320可工作于整流状态或者逆变状态，双向电力变换单元320的直流侧与燃料电池本体210连接，双向电力变换单元320的交流侧与外部电网连接，电力系统控制器310用于根据系统电能、电网电能及系统用电信息确定目标配电策略，并根据目标配电策略控制双向电力变换单元320运行，对系统电能及电网电能进行双向转换处理。
本实施例中，系统电能可为燃料电池本体220输出的直流供电，系统热能可为燃料电池本体220及燃料电池辅件230运行产生的热能。
本实施例中，热电发生子系统200和电能处理子系统300互相进行信息交互，在各控制器的调度下协调运行，利用燃料电池电堆输出的系统电能及外部电网电能给系统内及系统外的用电负载供电，并利用系统运行产生的多种热量满足用户的用热需求。
一实施例中，在控制燃料电池本体及燃料电池辅件输出系统电能之前，电力系统控制器还用于判断系统外部电网供电是否存在异常，并根据判断结果确定燃料电池本体的目标运行模式，目标运行模式包括根据系统用热信息控制燃料电池本体及燃料电池辅件输出系统电能，或者，根据系统用电信息控制燃料电池本体及燃料电池辅件输出系统电能。
本实施例中，在根据系统用热信息控制燃料电池本体及燃料电池辅件输出系统电能之时，可根据系统用热信息计算热电联供系统需要输出的目标热能，并输出与目标热能匹配的系统电能；在根据系统用电信息控制燃料电池本体及燃料电池辅件输出系统电能之时，可根据系统用电信息计算热电联供系统需要输出的目标电能。
可选地，系统用热信息包括下述至少一项：用户供暖热需求信息、用户生活用水热需求信息及系统热采样信息。其中，用户供暖热需求信息包括用户供暖温度设置参数，用户生活用水热需求信息包括用户用水温度和用户用水类型等参数，热采样信息包括供热管路实际采样温度参数、生活用水管路实际采样温度参数及系统内热水液位和热水温度等参数。
可选地，系统用电信息包括下述至少一项：外部直流负载功率、外部交流负载功率、系统内交流负载功率及系统内直流负载功率。电力系统控制器310根据系统电能、电网电能及系统用电信息确定目标配电策略之时，可对燃料电池输出的系统电能的大小与不同负载功率的大小进行比较，根据比较结果确定目标配电策略。
具体而言，在热电联供电能管理系统00启动之后，燃料电池控制器210实时获取系统用电信息及系统用热信息，对系统用电信息和系统用热信息进行综合分析，若采样时刻系统的用电量较大，或者系统处于用电高峰时间段，或者外部电网断电，则燃料电池控制器210根据系统用电信息控制燃料电池本体220及燃料电池辅件230启动运行，在燃料电池辅件230的辅助作用下，燃料电池本体220将化学能转换为电能和热能，此时，燃料电池本体220的输出功率以满足电能需求为主，将电能传输至电力系统控制器310进行分配，将供电产生的热能传输至热能处理子系统400进行分配；若采样时刻系统的用热量较大或者系统处于用热高峰时间段，且外部电网供电正常，则燃料电池控制器210根据系统用热信息控制燃料电池本体220及燃料电池辅件230启动运行，在燃料电池辅件230的辅助作用下，燃料电池本体220将化学能转换为电能和热能，此时，燃料电池本体220的输出功率以满足热能需求为主，将热能传输至热能处理子系统400进行分配，并将供热产生的电能传输至电力系统控制器310进行分配。
在燃料电池输出系统电能之后，电力系统控制器310对燃料电池输出的系统电能的大小与不同负载功率的大小进行比较，根据比较结果确定目标配电策略，并根据目标配电策略控制双向电力变换单元320运行于逆变状态或者整流状态，在双向电力变换单元320运行于整流状态之时，双向电力变换单元320对外部电网提供的交流电进行整流处理，输出直流电，对系统内的直流用电负载供电；在双向电力变换单元320运行于逆变状态之时，双向电力变换单元320对燃料电池输出的直流电进行逆变处理，输出交流电对系统内及系统外的交流用电负载供电，实现系统内的系统电能及电网电能的双向转换处理。通过燃料电池热电发生子系统与电能处理子系统等功能模块的一体化及模块化集成，实现社区及楼宇级的热电联供，解决了现有的热电联供系统占地面积大、安全性低的问题，系统模块化和集成度高，占用空间小，提高了系统安装、维护、移动和布置的便捷性和热电联供系统的易拓展性，燃料电池独立于用户居住空间设置，有利于提高系统安全性和经济性。
一实施例中，目标配电策略包括下述至少一项：采用系统电能对外部电网、外部用电负载、内部交流负载及内部直流负载供电；采用系统电能和外部电网共同对外部用电负载供电；采用系统电能和外部电网共同对外部用电负载和内部交流负载供电；采用外部电网对外部用电负载和内部交流负载供电，并采用系统电能及外部电网共同对内部直流负载供电。
本实施例中，电力系统控制器310根据系统用电信息确定用电负载功率；对系统电能与用电负载功率进行比对，并根据比对结果确定目标配电策略。
具体而言，在接收到系统电能之后，电力系统控制器310实时监测外部交流电网的电网状态、燃料电池本体220输出的系统电能及系统内外不同类型用电负载的负载功率，并对系统电能与不同负载功率进行比较，若系统电能大于或者等于系统内外所有用电负载功率之和，则控制双向电力变换单元320工作于逆变状态，采用系统电能对外部交流电网、内部直流负载、内部交流负载及外部用电负载供电；若系统电能小于所有用电负载功率之和，且系统电能大于或者等于内部直流负载功率与内部交流负载功率之和，则控制双向电力变换单元320工作于逆变状态，采用系统电能和电网电能共同对外部用电负载供电，同时采用系统电能对内部直流负载、内部交流负载供电；若系统电能小于内部直流负载功率与内部交流负载功率之和，且系统电能大于或者等于内部直流负载功率，则控制双向电力变换单元320工作于逆变状态，采用系统电能和电网电能共同对外部用电负载和内部交流负载供电，同时采用系统电能对内部直流负载供电；若系统电能小于内部直流负载功率，则控制双向电力变换单元320工作于整流状态，采用电网电能对外部用电负载和内部交流负载供电，并对电网电能进行整流处理后，对内部直流负载进行补充供电。
可选地，图2为本发明实施例二提供的一种燃料电池热电联供系统的结构示意图。
如图2所示，热电联供电能管理系统00还包括：系统控制模块500，及设置于壳体100表面的系统热电接口，系统热电接口实现系统内外的热能、电能及水气的交互传输；系统控制模块500与燃料电池控制器210及电力系统控制器310通信连接，系统控制模块500用于燃料电池控制器210及电力系统控制器310之间的协调控制。
结合参考图2所示，热电联供电能管理系统00还包括：热能处理子系统400，热能处理子系统400设有热力系统控制器410、热交换单元420和热水存储单元430，热力系统控制器410用于根据系统热能及系统用热信息控制热交换单元420运行，热交换单元420将系统热能转换为循环水热能，并将加热后的循环水输出至热水存储单元430，为用户提供供暖用水及生活热水
继续参考图2所示，系统热电接口包括但不限于：燃料气体入口101a、空气入口101b、燃料气体出口101c、废气出口101d、补水接口101e、排水接口101f、供热回水接口101g、供热出水接口101h、生活用水接口101i和电能输出接口101j。其中，燃料气体入口101a用于对热电发生子系统200提供燃料气体，例如为氢气或者甲醇；空气入口101b用于对热电发生子系统200提供空气；燃料气体出口101c用于排出热电发生子系统200中过量的燃料气体；废气出口101d用于排出热电发生子系统200产生的废气；补水接口101e用于对热水存储单元进行补水；排水接口101f用于排出热水存储单元内的过量热水；供热回水接口101g用于将供热管路流出的水输送至热水存储单元；供热出水接口用于将热水从热水存储单元输送至供热管路；生活用水接口101i用于将热水从热水存储单元430输送至生活用水管路；电能输出接口101j用于通过电缆将交流电能传输给外部交流负载。
具体而言，热电发生子系统200设置四个与系统外部进行气体交换的接口，电能处理子系统300设置一个与外部电网进行电能交换的接口，热能处理子系统400设置两个接口与用户供热管路连接，热能处理子系统400设置一个管路与用户生活用水管路连接，热能处理子系统400还设置两个接口进行系统维护，通过水、气、电接口实现模块化集成，提高了系统安装、维护、移动和布置的便捷性和热电联供系统的易拓展性。
一实施例中，系统热能包括下述至少一项：燃料电池电堆发热量、燃料电池辅件发热量及燃料电池尾排热量。其中，燃料电池辅件发热量为燃料电池附件运行产生的热量，典型地，燃料电池辅件发热量包括下述至少一项：空压机发热量、中冷器发热量和直流-直流变换器发热量。
本实施例中，热能处理子系统400根据系统用热信息对燃料电池热电联供系统00产生的系统热能进行适应性转换处理，满足对应的供暖温度需求及生活用水热需求。
可选地，图3为本发明实施例三提供的一种热电联供电能管理系统的结构示意图。
如图3所示，该电能处理子系统300还包括：直流-直流双向变换单元340和储能单元350其中，储能单元350可为电化学储能单元。直流-直流双向变换单元340的高压侧与双向电力变换单元320的直流侧连接，直流-直流双向变换单元340的低压侧与储能单元350连接；直流-直流双向变换单元340用于根据目标配电策略将系统电能及电网电能传输至储能单元350存储，或者，将储能单元350存储的电能提供给用电负载。
如图3所示，该电能处理子系统300还包括：直流-直流升压变换单元330,直流-直流升压变换单元330的低压侧与燃料电池本体220连接，直流-直流升压变换单元330的低压侧与直流-直流双向变换单元340的高压侧连接。
具体而言，燃料电池热电联供系统可用于对内部交流负载、内部直流负载和外部交流负载供电，其中，内部直流负载与直流-直流双向变换单元340的高压侧电连接，典型地，内部直流负载包括空压机和高压水泵；内部交流负载可与双向电力变换单元320的交流侧电连接，燃料电池本体220输出的直流电经逆变处理后为内部交流负载供电；当燃料电池本体220输出的电能超过所有负载功率之和时，电力系统控制器310控制直流-直流双向变换单元340启动运行，将过剩的电能降压处理后存储至储能单元350，作为备用电源。当燃料电池本体220输出的电能小于所有负载功率之和时，电力系统控制器310控制直流-直流双向变换单元340启动运行，将储能单元350存储的电能升压处理后提供给用电负载，有利于提高系统运行可靠性，避免电力资源浪费。
可选地，图4为本发明实施例四提供的一种热电联供电能管理系统的结构示意图，示例性地示出了一种燃料电池热电发生子系统的具体实施方式。
如图4所示，燃料电池辅件230包括：燃料气体供应模块231，燃料气体供应模块231包括燃料气体输入单元及燃料气体循环单元，燃料气体输入单元用于对燃料电池本体220输入燃料气体并监测燃料气体供应运行参数，燃料气体循环单元用于对燃料电池本体220输出的残余燃料气体进行循环处理。
如图4所示，燃料气体输入单元包括：依次连接的进气管路、减压阀2312、第一压力传感器P1、第二电子开关K2、质量流量计2313、比例阀2314、机械三通结构件2315、第三电子开关K3及第二压力传感器P2，机械三通结构件2315与燃料气体出口101c之间设有排氢阀2311，比例阀2314与机械三通结构件2315之间设有安全阀2316，安全阀2316用于在燃料气体压力超过预设压力阈值时排出过量燃料气体；燃料气体循环单元包括：依次连接的第三压力传感器P3、气液分离器2317和燃料气体循环泵2318，燃料气体循环泵2318的输出端与机械三通结构件2315连接，将残余燃料气体输送至机械三通结构件2315，气液分离器2317排出的循环水通过排水阀2319输送至尾排罐F1。
一实施例中，燃料气体循环泵的输出端还与排气阀连接，将过量燃料气体排放至壳体100外。
如图4所示，燃料电池辅件230还包括：空气供应模块232，空气供应模块232包括空气输入单元及空气循环单元，空气输入单元用于对燃料电池本体220输入空气并监测空气供应运行参数，空气循环单元用于对燃料电池本体220输出的残余空气进行循环处理.
如图4所示，空气输入单元包括：依次连接的空气过滤器2321、空压机2322、中冷器2323、加湿进气管路A1及进气检测组件J1，进气检测组件J1包括温度传感器、湿度传感器和压力传感器，其中，空压机2322和中冷器2323运行产生的热量可用于系统供热；空气循环单元包括：依次连接的出气检测组件J2、加湿出气管路A2及背压阀K4，背压阀K4用于将气液混合体输送至尾排罐F1，出气检测组件J2包括温度传感器和压力传感器。
由此，本发明通过设置模块化的燃料气体及空气供应系统，调节燃料气体及空气的供应量，有利于优化燃料电池热电联供系统的运行状态，提高系统运行效率。
本发明实施例五还提供了一种热电联供电能管理系统的控制方法，用于上述任一实施例提供的热电联供电能管理系统。
图5为本发明实施例五提供的一种热电联供电能管理系统的控制方法的流程图。
如图5所示，该控制方法具体包括以下步骤：
步骤S1：获取系统用电信息及系统用热信息。
可选地，系统用热信息包括下述至少一项：用户供暖热需求信息、用户生活用水热需求信息及系统热采样信息。系统用电信息包括下述至少一项：外部直流负载功率、外部交流负载功率、系统内交流负载功率及系统内直流负载功率。
步骤S2：根据系统用电信息和/或系统用热信息控制燃料电池本体及燃料电池辅件输出系统电能。
步骤S3：根据系统电能、电网电能及系统用电信息确定目标配电策略，并根据目标配电策略控制双向电力变换单元运行，对系统电能及电网电能进行双向转换处理。
一实施例中，目标配电策略包括下述至少一项：采用系统电能对外部电网、外部用电负载、内部交流负载及内部直流负载供电；采用系统电能和外部电网共同对外部用电负载供电；采用系统电能和外部电网共同对外部用电负载和内部交流负载供电；采用外部电网对外部用电负载和内部交流负载供电，并采用系统电能及外部电网共同对内部直流负载供电。
可选地，图6为本发明实施例五提供的另一种热电联供电能管理系统的控制方法的流程图，在图5的基础上，示例性地示出了一种燃料电池本体的控制方法的具体实施方式。
如图6所示，在控制燃料电池本体及燃料电池辅件输出系统电能之前，包括以下步骤：
步骤S1：获取系统用电信息及系统用热信息。
步骤S201：获取系统外部电网的电网供电参数。
步骤S202：判断电网供电参数是否存在异常。
若电网供电参数存在异常，则执行步骤S203；若电网供电参数不存在异常，则执行步骤S204。
步骤S203：根据系统用电信息控制燃料电池本体及燃料电池辅件输出系统电能。
步骤S204：根据系统用热信息控制燃料电池本体及燃料电池辅件输出系统电能。
步骤S3：根据系统电能、电网电能及系统用电信息确定目标配电策略，并根据目标配电策略控制双向电力变换单元运行，对系统电能及电网电能进行双向转换处理。
具体而言，若电网供电参数存在异常，则热电联供电能管理系统的主要功能为对系统内外的用电负载供电，此时，热电联供电能管理系统工作于“以电定热”模式，即言，根据系统用电信息控制燃料电池本体及燃料电池辅件输出系统电能，在根据系统用电信息控制燃料电池本体及燃料电池辅件输出系统电能之时，可根据系统用电信息计算热电联供系统需要输出的目标电能；热电联供电能管理系统的主要功能为满足用户的供暖及生活用热水需求，此时，热电联供电能管理系统工作于“以热定电”模式，即言，根据系统用热信息控制燃料电池本体及燃料电池辅件输出系统电能，在根据系统用热信息控制燃料电池本体及燃料电池辅件输出系统电能之时，可根据系统用热信息计算热电联供系统需要输出的目标热能，并输出与目标热能匹配的系统电能。
可选地，图7为本发明实施例五提供的又一种热电联供电能管理系统的控制方法的流程图。如图7所示，该控制方法具体包括以下步骤：
步骤S1：获取系统用电信息及系统用热信息。
步骤S2：根据系统用电信息和/或系统用热信息控制燃料电池本体及燃料电池辅件输出系统电能。
步骤S301：根据系统用电信息确定用电负载功率。
步骤S302：对系统电能与用电负载功率进行比对，并根据比对结果确定目标配电策略。
步骤S303：根据目标配电策略控制双向电力变换单元运行，对系统电能及电网电能进行双向转换处理。
示例性地，定义燃料电池本体220输出的系统电能为Pfc，内部直流负载的负载功率为PD-bop，内部交流负载的负载功率为P内A-bop，外部交流负载的负载功率为P外A-bop，外部交流电网的输电功率为P电网，其中，燃料电池输出的系统电能Pfc的供电优先级为PD-bop＞P内A-bop＞P外A-bop＞P电网。
若系统电能Pfc满足：Pfc≥PD-bop+P内A-bop+P外A-bop，则控制双向电力变换单元工作于逆变状态，采用系统电能对外部交流电网、内部直流负载、内部交流负载及外部用电负载供电。
若系统电能Pfc满足：PD-bop+P内A-bop≤Pfc＜PD-bop+P内A-bop+P外A-bop，则控制双向电力变换单元工作于逆变状态，采用系统电能和电网电能共同对外部用电负载供电，同时采用系统电能对内部直流负载、内部交流负载供电。
若系统电能Pfc满足：PD-bop≤Pfc＜PD-bop+P内A-bop，则控制双向电力变换单元工作于逆变状态，采用系统电能和电网电能共同对外部用电负载和内部交流负载供电，同时采用系统电能对内部直流负载供电。
若系统电能Pfc满足：0≤Pfc＜PD-bop，则控制双向电力变换单元工作于整流状态，采用电网电能对外部用电负载和内部交流负载供电，并对电网电能进行整流处理后，对内部直流负载进行补充供电。
综上所述，本发明提供的热电联供电能管理系统的控制方法，用于热电联供电能管理系统，该系统设置壳体，及设置于壳体内的热电发生子系统和电能处理子系统，热电发生子系统设置燃料电池本体、燃料电池辅件及燃料电池控制器，通过燃料电池控制器获取系统用电信息及系统用热信息，并根据系统用电信息和/或系统用热信息控制燃料电池本体及燃料电池辅件输出系统电能及热能，电能处理子系统设置电力系统控制器和双向电力变换单元，双向电力变换单元的直流侧与燃料电池本体连接，双向电力变换单元的交流侧与外部电网连接，通过电力系统控制器根据系统电能、电网电能及系统用电信息确定目标配电策略，并根据目标配电策略控制双向电力变换单元运行，对系统电能及电网电能进行双向转换处理，解决了现有的热电联供系统占地面积大、安全性低的问题，系统模块化和集成度高，占用空间小，提高了系统安装、维护、移动和布置的便捷性和热电联供系统的易拓展性，实现社区及楼宇级的热电联供，燃料电池独立于用户居住空间设置，有利于提高系统安全性和经济性。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种热电联供电能管理系统，其特征在于，包括：壳体，及设置于所述壳体内的热电发生子系统和电能处理子系统；
所述热电发生子系统包括燃料电池本体、燃料电池辅件及燃料电池控制器，所述燃料电池控制器用于获取系统用电信息及系统用热信息，并根据所述系统用电信息和/或所述系统用热信息控制所述燃料电池本体及所述燃料电池辅件输出系统电能及热能；
所述电能处理子系统包括电力系统控制器和双向电力变换单元，所述双向电力变换单元的直流侧与所述燃料电池本体连接，所述双向电力变换单元的交流侧与外部电网连接，所述电力系统控制器用于根据所述系统电能、电网电能及系统用电信息确定目标配电策略，并根据所述目标配电策略控制所述双向电力变换单元运行，对所述系统电能及电网电能进行双向转换处理；
其中，在控制燃料电池本体及燃料电池辅件输出系统电能之前，电力系统控制器还用于判断系统外部电网供电是否存在异常，并根据判断结果确定燃料电池本体的目标运行模式；
系统热能包括：燃料电池电堆发热量、燃料电池辅件发热量及燃料电池尾排热量；其中，燃料电池辅件发热量为燃料电池附件运行产生的热量。
2.根据权利要求1所述的热电联供电能管理系统，其特征在于，所述目标配电策略包括下述至少一项：采用所述系统电能对外部电网、外部用电负载、内部交流负载及内部直流负载供电；采用所述系统电能和外部电网共同对外部用电负载供电；采用所述系统电能和外部电网共同对外部用电负载和内部交流负载供电；采用外部电网对外部用电负载和内部交流负载供电，并采用所述系统电能及外部电网共同对内部直流负载供电。
3.根据权利要求1所述的热电联供电能管理系统，其特征在于，所述电能处理子系统还包括：直流-直流双向变换单元和储能单元；
所述直流-直流双向变换单元的高压侧与所述双向电力变换单元的直流侧连接，所述直流-直流双向变换单元的低压侧与所述储能单元连接；
所述直流-直流双向变换单元用于根据所述目标配电策略将系统电能及电网电能传输至所述储能单元存储，或者，将所述储能单元存储的电能提供给用电负载。
4.根据权利要求1所述的热电联供电能管理系统，其特征在于，所述燃料电池辅件包括：燃料气体供应模块，所述燃料气体供应模块包括燃料气体输入单元及燃料气体循环单元，所述燃料气体输入单元用于对所述燃料电池本体输入燃料气体并监测燃料气体供应运行参数，所述燃料气体循环单元用于对所述燃料电池本体输出的残余燃料气体进行循环处理。
5.根据权利要求1所述的热电联供电能管理系统，其特征在于，所述燃料电池辅件还包括：空气供应模块，所述空气供应模块包括空气输入单元及空气循环单元，所述空气输入单元用于对所述燃料电池本体输入空气并监测空气供应运行参数，所述空气循环单元用于对所述燃料电池本体输出的残余空气进行循环处理。
6.根据权利要求1-5任一所述的热电联供电能管理系统，其特征在于，所述系统用电信息包括下述至少一项：外部直流负载功率、外部交流负载功率、系统内交流负载功率及系统内直流负载功率；
所述系统用热信息包括下述至少一项：用户供暖热需求信息、用户生活用水热需求信息及系统热采样信息。
7.根据权利要求1-5任一所述的热电联供电能管理系统，其特征在于，还包括：系统控制模块，及设置于所述壳体表面的系统热电接口，所述系统热电接口实现系统内外的热能、电能及水气的交互传输；
所述系统控制模块与所述燃料电池控制器及所述电力系统控制器通信连接，所述系统控制模块用于控制器之间的协调控制。
8.一种热电联供电能管理系统的控制方法，其特征在于，用于权利要求1-7任一项所述的热电联供电能管理系统，所述方法包括：
获取系统用电信息及系统用热信息，并根据所述系统用电信息和/或所述系统用热信息控制燃料电池本体及燃料电池辅件输出系统电能；
根据所述系统电能、电网电能及所述系统用电信息确定目标配电策略，并根据所述目标配电策略控制双向电力变换单元运行，对所述系统电能及所述电网电能进行双向转换处理。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，在控制所述燃料电池本体及所述燃料电池辅件输出系统电能之前，包括以下步骤：
获取系统外部电网的电网供电参数；
判断所述电网供电参数是否存在异常；
根据判断结果确定所述燃料电池本体的目标运行模式，所述目标运行模式包括根据所述系统用热信息控制燃料电池本体及燃料电池辅件输出系统电能，或者，根据所述系统用电信息控制燃料电池本体及燃料电池辅件输出系统电能。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，根据所述系统电能、电网电能及所述系统用电信息确定目标配电策略，包括：
根据所述系统用电信息确定用电负载功率；
对所述系统电能与所述用电负载功率进行比对，并根据比对结果确定所述目标配电策略。
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