CN116111633A - 基于燃料电池系统的微电网中的电力管理 - Google Patents

Abstract

本申请涉及基于燃料电池系统的微电网中的电力管理。可将由燃料电池堆产生的过量DC电流提供到电流源逆变器，并且可由所述电流源逆变器将AC电流输出到电网侧总线。所述电网侧总线上的AC电流可用于支持对微电网侧总线的负载需求或可被提供到电网。各种传输总线和电力调节和控制装置，例如整流器、电流源逆变器、电动机、发电机、电接触器、中继器和/或转接开关，可被配置成使用所述电网侧总线上的所述AC电流以将AC电流提供到所述微电网侧总线以支持对微电网侧总线的所述负载需求。

Description

基于燃料电池系统的微电网中的电力管理

技术领域

本公开涉及直流(DC)电源，例如更有效地使用燃料电池系统容量的基于燃料电池系统的微电网。

背景技术

为微电网系统供电的共同方法是主/从电压源逆变器关系，其中每个电压源逆变器遵循单个主电压源逆变器的命令以维持输出电压，这意味着它们全部输出相同量的电压。

发明内容

根据实施例，一种微电网包括：多个直流(DC)电源；多个电压源逆变器，其中所述多个电压源逆变器中的每一者的DC端电连接到所述多个DC电源中的相应DC电源；微电网侧总线，其中所述多个电压源逆变器中的每一者的交流(AC)端电连接到所述微电网侧总线，并且所述微电网侧总线被配置成电连接到负载；多个电流源逆变器，其中所述多个电流源逆变器中的每一者的DC端电连接到所述多个DC电源中的相应DC电源；电网侧总线，其中所述多个电流源逆变器中的每一者的AC端电连接到所述电网侧总线；转接开关，其被配置成控制所述电网侧总线到公用电力电网或到所述微电网侧总线的选择性电连接；以及传输总线，其电连接在所述微电网侧总线与所述电网侧总线之间。

根据另一实施例，一种操作微电网的方法包括：将电能从多个DC电源中的每一者提供到多个电压源逆变器中的相应一者并且提供到多个电流源逆变器中的相应一者；通过所述多个电压源逆变器将电压输出到所述微电网侧总线，使得所述多个电压源逆变器中的每一者将大致相等量的电压输出到所述微电网侧总线，其中所述多个电压源逆变器中的每一者的电压的最大输出基于所述多个DC电源中的一者的最低产生容量；基于由所述多个DC电源产生的电流的量超过所述最低产生容量而通过所述多个电流源逆变器将第一电流输出到电网侧总线；以及使用输出到所述电网侧总线的所述第一电流将第二电流提供到所述微电网侧总线。

附图说明

图1为根据适合于实施各种实施例的各种实施例的燃料电池系统的透视图。

图2为根据适合于实施各种实施例的各种实施例的热箱的示意性侧视横截面图。

图3为适合于实施各种实施例的基于燃料电池系统的微电网的组件框图。

图4A-4C为根据各种实施例的图3中说明的用于基于燃料电池系统的微电网的电力管理的方法的过程流程图。

图5为适合于实施各种实施例的基于燃料电池系统的微电网的组件框图。

图6A-6C为根据各种实施例的图5中说明的用于基于燃料电池系统的微电网的电力管理的方法的过程流程图。

图7为适合于实施各种实施例的基于燃料电池系统的微电网的组件框图。

图8A-8C为根据各种实施例的图7中说明的用于基于燃料电池系统的微电网的电力管理的方法的过程流程图。

具体实施方式

将参考附图详细描述各个实施例。适当的时候，贯穿附图，将使用相同的附图标记来指代相同或相似的部分。参考特定实例和实施方案是出于说明性目的，且并非意图限制权利要求书的范围。

如本文所使用，术语“DC电源”和“DC电力供应器”可互换地使用以指代能够从任何源产生电力的发电机，所述源例如燃料电池、燃烧发电机、光伏电池、集中太阳能系统、风力涡轮机、地热涡轮机、水电涡轮机、燃气涡轮机、核反应堆、交流发电机、感应发电机等。本文中关于燃料电池描述的实例并不限制对此类类型的DC电源的权利要求和描述的范围。在一些实施例中，DC电源可为与AC/DC整流器组合的AC发电机。

如本文所使用，术语“存储系统”和“能量存储系统”可互换地使用以指代可转换成电力的任何形式的能量存储装置，例如电力存储装置、机械存储装置、机电存储装置、电化学存储装置、热存储装置等。实例可包含电池、电容器、超级电容器、飞轮、液体储集器、气体储集器等。在一些实施例中，能量存储系统可包含被配置成响应于来自控制器和/或电能总线的信号而控制能量存储系统的电能输出的组件(例如，电连接装置和/或电能调节装置)的任何组合。

如本文所使用，术语“电能”和“电能输出”是指电压、电流或电力的量。本文中关于电压描述的实例并不限制对此类类型的电能和电能输出的权利要求和描述的范围。

本发明的发明人意识到，现有技术主/从控制方案的缺点在于不同或可变直流(DC)功率容量的电压源逆变器难以完全利用。由于每个电压源逆变器遵循相同的单个命令，因此具有最弱DC容量的DC电源往往会限制并联连接的多个逆变器的极限容量。这浪费了由DC电源产生的过量电能，所述过量电能超过由微电网中的最弱DC电源产生的电能。

各种实施例包含用于基于DC电源的微电网中的电力管理的电路、电气组件和方法，所述微电网将电压源逆变器和电流源逆变器用于多个DC电源。电流源逆变器可输出由除微电网中的最弱DC电源以外的DC电源产生的过量电能。因此，过多电能不会被浪费并且被提供到电网和/或负载。

在一个实施例中，微电网中的DC电源可包括燃料电池DC电源。基于燃料电池系统的微电网可包含多个直流(DC)到交流(AC)电压源逆变器、多个DC到AC电流源逆变器和至少一个电能控制装置，所述DC到AC电压源逆变器并联地将燃料电池系统的多个燃料电池堆(或燃料电池堆的多个列和/或各自含有多个列的多个功率模块)电连接到微电网总线，所述多个DC到AC电流源逆变器并联地将所述燃料电池堆电连接到电网总线，所述至少一个电能控制装置被配置成控制所述电网总线与所述微电网总线之间的电连接。用于基于燃料电池系统的微电网中的电力管理的方法可包含控制电流源逆变器以将由燃料电池堆产生的剩余电能输出到电网总线，并且控制至少一个电能控制装置以电连接电网总线和微电网总线并且从电网总线和微电网总线提供电能以支持负载。

对于微电网应用，逆变器用于形成电压而无需与公用电力电网有任何连接。为了实现此目的，微电网系统监测输出电压并且实时调整其电压源逆变器的功率以确保电压波形保持恒定。实现此目标的一个常见方法为使单点传感器监测输出电压，并且将控制信号提供到一组电压源逆变器。此方法采用主/从电压源逆变器关系，其中每个电压源逆变器遵循单个主电压源逆变器的命令以维持输出电压，这意味着它们全部输出相同量的电压。这种方法的优点在于其简单性。对电压源逆变器的命令实时地从电压信号直接导出，并且在调谐任何数目的电压源逆变器的情况下可用于遵循允许按比例调整容量的命令。

这种方法的缺点在于难以利用来自每个DC电源的全部DC电能容量，所述DC电源可用于使用中的每个电压源逆变器。因为主控器必须供应给到所有逆变器的单个命令，所以将此命令视为满功率的百分比是有用的。对于具有可变容量DC电源支持的微电网系统，可用的DC功率不是固定的，并且也不总是预期额定值的100％。这意味着在许多DC电源并联附接到单独电压源逆变器的情况下，那些DC电源中的一个将在任何时间点都将是最弱的。由于每个电压源逆变器遵循相同的单个命令，最弱的DC电源限制了并联的多个电压源逆变器的极限容量。随着主控从电压源逆变器命令越来越多的功率，最弱的系统将首先达到其极限，这将导致微电网系统的响应失效。因此，整组逆变器的容量受到其最弱的单独电压源逆变器的DC电源容量的人为限制。在具有N个逆变器的情况下，来自单个DC源的X kW损失将导致微电网系统的N*X kW能力损失。

本文所描述的实施例解决了微电网系统的上述缺点。在基于燃料电池系统的微电网中，燃料电池可以提供固定量的连续DC电能。电压源逆变器可以在单个电压控制命令之后向基于燃料电池系统的微电网提供电能，并且电流源逆变器可以在电网可用时在正常(即，稳态非紧急)模式期间将剩余电能输出到电网。电压源逆变器可以供应负载所需的电能，并且电流源逆变器可以输出超过支持负载所需电能的任何电能。

电流源逆变器可以直接测量其端子上的来自外部源(通常为公用电力电网)的电压，并且与电压波形同步地推动来自DC电源的电流。这些电流源逆变器(有时称为并网逆变器或电网并联逆变器)可以任意产生高达任何电连接的DC电源可提供的输出电流。可以允许电流源逆变器感测来自相应DC电源的DC电能输入，以确定何时达到所述容量。

实施例提供了准许电流源逆变器将由DC电源(例如燃料电池堆)产生的过量电能输出到公用电力电网和/或将电能从微电网系统的电网侧总线提供到微电网系统的负载连接的微电网侧总线的电路。电能可以任意地从电网侧总线移动到微电网侧总线，并且因此可使由DC电源(例如燃料电池堆)产生的所有DC电能得到高达100％的利用变为可能。

图1示出一个电力发电机的实例，所述电力发电机包括模块化燃料电池系统，所述模块化燃料电池系统在美国专利号8,440,362中进行了更全面的描述，通过引用将所述美国专利并入本文以用于对模块化燃料细胞系统的描述。模块化系统可含有上述以及美国专利号9,190,693中描述的模块和组件，通过引用将所述美国专利并入本文以用于对模块化燃料电池系统的描述。燃料电池系统外壳10的模块化设计提供了灵活的系统安装和操作。

模块化燃料电池系统外壳10包含多个功率模块壳体12(包含燃料电池功率模块组件)、一或多个燃料输入(即，燃料处理)模块壳体16以及一或多个功率调节(即，电输出)模块壳体18。例如，系统外壳可包含任何所要数目的模块，例如2-30个功率模块，例如6-12个功率模块。图1示出系统外壳10含有共同基底20上的六个功率模块(一行六个模块并排堆叠)、一个燃料处理模块，和一个功率调节模块。每个模块可以包括其自身的机箱或壳体。可替换的是，功率调节模块和燃料处理模块可以组合成位于一个机箱或壳体14中的单个输入/输出模块。为简洁起见，每个壳体12、14、16、18在下文中将被称为“模块”。

虽然示出了一行功率模块12，但系统可包括不止一行模块12。例如，系统可包括背对背堆叠的两行功率模块。

每个功率模块12被配置成容纳一或多个热箱13。每个热箱含有一或多个燃料电池堆或柱(为清楚起见而未图示)，例如具有通过导电互连板分隔的陶瓷氧化物电解质的一或多个固体氧化物燃料电池堆或柱。还可使用其它燃料电池类型，例如PEM、熔融碳酸盐、磷酸等。

模块化燃料电池系统外壳10还含有一或多个输入或燃料处理模块16。此模块16包含机箱，所述机箱含有用于燃料的预处理的组件，例如脱硫剂床。燃料处理模块16可被设计成处理不同类型的燃料。例如，柴油燃料处理模块、天然气燃料处理模块和乙醇燃料处理模块可设置于同一机箱或单独的机箱中。针对特定燃料定制的不同床组成可设置于每个模块中。处理模块16可处理选自以下的以下燃料中的至少一个：从管线提供的天然气、压缩天然气、甲烷、丙烷、液化石油气、汽油、柴油、家庭取暖用油、煤油、JP-5、JP-8、航空燃料、氢气、氨气、乙醇、甲醇、合成气体、生物气体、生物柴油，和其它合适的含烃或含氢燃料。如果需要，则重整器17可位于燃料处理模块16中。替代地，如果需要将重整器17与燃料电池堆热集成，则单独的重整器17可位于相应功率模块12中的每个热箱13中。此外，如果使用内部重整燃料电池，则外部重整器17可完全省略。

模块化燃料电池系统外壳10还含有一或多个功率调节模块18。功率调节模块18包含机箱，所述机箱含有用于将燃料电池堆产生的DC功率转换为AC功率的组件、用于向电网输出AC功率的电连接器、用于管理电瞬变的电路、系统控制器(例如，计算机或专用控制逻辑装置或电路)。功率调节模块18可被设计成将来自燃料电池模块的DC功率转换为不同AC电压和频率。可提供用于208V、60Hz；480V、60Hz；415V、50Hz和其它常见电压和频率的设计。

燃料处理模块16和功率调节模块18可容纳于一个输入/输出机箱14中。如果提供单个输入/输出机箱14，则模块16和18可竖直地定位(例如，功率调节模块18组件在燃料处理模块16脱硫剂罐/床上方)或并排地定位在机箱14中。

如图1中的示例性实施例中所示，针对一行六个功率模块12提供一个输入/输出机箱14，所述功率模块线性地并排布置在输入/输出模块14的一侧上。所述行的模块可例如定位成邻近于系统所供电的建筑物(例如，模块的机箱的背部朝向建筑物壁)。虽然示出了一行功率模块12，但系统可包含不止一行模块12。例如，如上所述，系统可包含背对背堆叠的两行功率模块。

功率模块12和输入/输出模块14中的每一个都包含门30(例如，舱门、访问面板等)，以允许模块的内部组件被访问(例如，用于维护、修理、更换等)。根据一个实施例，模块12和14被布置成线性阵列，所述线性阵列仅在每个机箱的一个面上具有门30，从而允许在端部彼此邻接地安装连续行的系统。以此方式，可以通过额外模块12或14和底座20调整燃料电池外壳10的尺寸和容量，现有模块12和14以及底座20所需的重新布置最少。如果需要，则模块14的门30可以在机箱的侧面而不是正面。

图2示出了包含燃料电池堆或柱40的燃料电池系统热箱13的平面图。热箱13被示出为包含燃料电池堆或柱40。然而，热箱13可包含电池堆或柱40中的两个或更多个。堆或柱40可包含彼此堆叠的电连接的燃料电池45，其中互连件50设置在燃料电池45之间。堆或柱中的第一个和最后一个燃料电池45设置在相应端板60与互连件50之间。端板60电连接到燃料电池堆或柱40的电输出。热箱13可包含其它组件，例如燃料管道、空气管道、密封件、电接点等，并且可以并入到包含周边设备组件的燃料电池系统中。燃料电池45可为固体氧化物燃料电池，其包含例如氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)或氧化钪稳定的锆(SSZ)之类的陶瓷电解质，例如镍YSZ、镍SSZ或掺杂有镍钐的氧化铈(SDC)金属陶瓷之类的阳极电极，以及例如锰酸镧锶(LSM)之类的阴极电极。互连件50和/或端板60可以包含任何合适的不透气和导电材料，例如铬-铁合金，例如含有4至6wt％铁和余量铬的合金。互连件50电连接邻近燃料电池45并且提供用于燃料和空气到达燃料电池45的通道。

燃料电池系统，例如模块化燃料电池系统外壳10，可包含和/或由各种支持设备增强。支持设备可包含各种辅助设备和系统，以支持燃料电池系统的操作。支持设备可以基于燃料电池系统所安装的部位处的限制和/或特征而变化。作为非限制性实例，支持设备可包含燃料支持设备、空气支持设备和/或通风支持设备。一种类型的燃料支持设备可包含被配置成控制燃料电池系统中的供应和/或排出燃料压力的设备，例如用于向燃料电池系统供应燃料、再循环燃料/排放燃料和/或从燃料电池系统排放燃料的燃料鼓风机或泵。另一类型的燃料支持设备可被配置成处理燃料电池系统的燃料，所述燃料支持设备例如燃料预热器、排气洗涤器等。还可以使用其它类型的燃料支持设备。一种类型的空气支持设备可为被配置成向燃料电池系统提供空气和/或从燃料电池系统排出空气的空气供应设备，例如鼓风机或风扇，用于向燃料电池阴极、阳极尾气氧化器(ATO)、空气热交换器、CPOx反应器等提供空气和/或从这些空气供应设备排出空气。还可使用其它类型的空气支持设备。一种类型的通风支持设备可包含被配置成从热箱外部的壳体部分(例如，在模块化燃料电池系统外壳10内但在热箱13自身外部的部分)中通风和/或循环空气的设备，例如通风风扇，用于将外壳10内的空气吹出外壳10以保持可接受的外壳10压力。还可以使用其它类型的通风支持设备。

图3示出适合于实施各种实施例的基于燃料电池系统的微电网300。参考图1-3，基于燃料电池系统的微电网300可包含多个燃料电池304a、304b、电压源逆变器308a、308b、电流源逆变器302a、302b、302c、整流器310、电网侧总线314、微电网侧总线318、传输总线316a、316b、316c、316d以及转接开关312。在一些实例中，基于燃料电池系统的微电网300还可包含存储模块306a、306b、306c。

如本文所使用，燃料电池304a或304b中的每一个可包括图2所示的电池堆或柱40或图1所示的功率模块12。换句话说，下文所使用的燃料电池304a或304b为单个燃料电池电源，并且不限于为含有一个电解质、一个阳极电极和一个阴极电极的单个燃料电池45。此外，尽管下面描述了燃料电池微电网300，但应当理解，燃料电池可以用例如光伏电源之类的其它DC电源代替。

燃料电池304a、304b可以通过电压源逆变器308a、308b电连接到微电网侧总线318。燃料电池304a、304b、电压源逆变器308a、308b和微电网侧总线318可以经由传输总线316a、316b电连接。燃料电池304a、304并且由此电压源逆变器308a、308b可以并联电连接到微电网侧总线318。燃料电池304a、304b可以通过电流源逆变器302a、302b电连接到电网侧总线314。燃料电池304a、304b、电流源逆变器302a、302b和电网侧总线314可以经由传输总线317a、317b电连接。燃料电池304a、304b并且由此电流源逆变器302a、302b可以并联电连接到电网侧总线314。电网侧总线314和微电网侧总线318可以通过整流器310、电流源逆变器302c和传输总线316c选择性地彼此电连接。整流器310可以与电流源逆变器302a、302b并联地电连接到电网侧总线314。电流源逆变器302c可以与电压源逆变器302a、302b并联地电连接到微电网侧总线318。电网侧总线314和微电网侧总线318也可以通过转接开关312和传输总线316d选择性地彼此电连接。

在一些实例中，基于燃料电池系统的微电网300还可包含存储模块306a、306b、306c。例如，存储模块306a、306b、306c可包含可以转换为电能的任何形式的能量存储，例如电存储、机械存储、机电存储、电化学存储、热存储等。实例可包含电池、电容器、超级电容器、飞轮、液体储集器、气体储集器等。在一些实例中，存储模块306a、306b、306c可包含被配置成响应于来自控制器320和/或例如传输总线316a、316、316c之类的电能总线的信号而控制存储模块306a、306b和306c的电能输入和输出的组件，例如电连接装置和/或电能调节装置的任何组合。存储模块306a、306b可以经由传输总线316a、316b电连接到相应燃料电池304a、304b和相应电压源逆变器306a和306b。存储模块306c可以经由传输总线316c与整流器310和电流源逆变器302c并联电连接。存储模块306a、306b、306c还可以通过传输总线316a、316b、316c电连接到微电网侧总线318。

基于燃料电池系统的微电网300可包含通信地连接到燃料电池304a、304b的任何数量和组合的控制器320(例如，中央处理单元(CPU)、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或任何其它软件可编程处理器)、电压源逆变器308a、308b、电流源逆变器302a、302b、302c、整流器310、电网侧总线314、微电网侧总线318、传输总线316a、316b、316c、316d、317a、317b、转接开关312和/或存储模块306a、306b、306c。例如，一或多个控制器320可为基于燃料电池系统的微电网300的组件，其通信地连接到燃料电池304a、304b、电压源逆变器308a、308b、电流源逆变器302a、302b、302c、整流器310、转接开关312和/或存储模块306a、306b、306c并在它们外部。对于另一实例，一或多个控制器320可为基于燃料电池系统的微电网300的组件，其通信地连接到燃料电池304a、304b、电压源逆变器308a、308b、电流源逆变器302a、302b、302c、整流器310、转接开关312和/或存储模块306a、306b、306c并与它们集成。

一或多个控制器320可被配置成向燃料电池304a、304b、电压源逆变器308a、308b、电流源逆变器302a、302b、302c、整流器310、转接开关312和/或存储模块306a、306b、306c提供控制信号和/或直接控制它们的功能。一或多个控制器320可被配置成接收信号，所述信号被配置成向一或多个控制器320指示来自电压源逆变器308a、308b、电流源逆变器302a、302b、302c、整流器310和/或转接开关312的微电网侧总线314、微电网侧总线318和/或传输总线316a、316b、316c、316d上的AC电压。一或多个控制器320可被配置成在电压源逆变器308a、308b、电流源逆变器302a、302b、302c、整流器310、转接开关312、电网侧总线314、微电网侧总线318和/或传输总线316a、316b、316c、316d处直接测量电网侧总线314、微电网侧总线318和/或传输总线316a、316b、316c、316d、317a、317b上的AC电压。

燃料电池304a、304b可被配置成经由传输总线316a、316b向电压源逆变器308a、308b提供DC电能。DC电能可被配置为支持部署基于燃料电池系统的微电网300的负载(即，图3中的“负载”)的负载需求所需的DC电压的量。由燃料电池304a、304b输出到电压源逆变器308a、308b的DC电压的量可以由控制器320控制。

电压源逆变器308a、308b可被配置成从燃料电池304a、304b接收DC电压，以将DC电压转换为AC电能，并且经由传输总线316a、316b将AC电能提供到微电网侧总线318。AC电能可被配置为支持负载需求的至少一部分所需的AC电压的量。由电压源逆变器308a、308b输出到微电网侧总线318的AC电压的量可被控制为对于电压源逆变器308a、308b中的每一个都是相同的AC电压的量。由电压源逆变器308a、308b输出的AC电压的量可以由燃料电池304a、304b中的一个的最低DC电压产生容量限制。换句话说，当燃料电池304a、304b具有用于产生DC电压的不同容量时，最低容量限制了电连接到具有较高容量的燃料电池304a、304b的电压源逆变器308a、308b的AC电压的输出。由电压源逆变器308a、308b输出的AC电压的量可以由控制器320控制。

燃料电池304a、304b可被配置成经由传输总线317a、317b向电流源逆变器302a、302b提供DC电能。DC电能可被配置为由燃料电池304a、304b产生的超过由电压源逆变器308a、308b使用的DC电压的量。例如，当负载需求的相等份额小于燃料电池304a、304b的最低DC电压产生容量时，由电压源逆变器308a、308b使用的DC电压的量可以小于由燃料电池304a、304b产生的所有DC电压。在另一实例中，当负载需求的相等份额大于燃料电池304a、304b中的一个的最低DC电压产生容量时，由电压源逆变器308a、308b使用的DC电压的量可以小于燃料电池304a、304b中的至少一个产生的所有DC电压。由燃料电池304a、304b输出到电流源逆变器302a、302b的DC电压的量可以由控制器320控制。

电流源逆变器302a、302b可被配置成从燃料电池304a、304b接收DC电压，以将DC电压转换为AC电能，并且经由传输总线317a、317b将AC电能提供到电网侧总线314。AC电能可被配置为被配置成遵循伏特-瓦特曲线的AC电流的量。由电流源逆变器302a、302b输出到电网侧总线314的AC电流的量可以基于电网侧总线314的各种电连接来控制。例如，电网侧总线314可以通过转接开关312选择性地电连接到公用电力电网(即，图3中的“电网”)，如本文进一步描述的。电流源逆变器302a、302b可以基于电网侧总线314、电流源逆变器302a、302b和/或转接开关312处的电压输出遵循伏特-瓦特曲线的AC电流。电网侧总线314上的AC电流可以输出到公用电力电网和/或用于支持负载，如下文进一步描述的。在另一实例中，电网侧总线314可以通过转接开关312和传输总线316d选择性地电连接到微电网侧总线318，如下文进一步描述的。电流源逆变器302a、302b可以基于电网侧总线314、电流源逆变器302a、302b、转接开关312、传输总线316d、微电网侧总线318和/或电压源逆变器308a、308b处的电压输出遵循伏特-瓦特曲线的AC电流。由电流源逆变器302a、302b输出的AC电流的量可以由控制器320控制。

转接开关312可被配置成经由传输总线316d选择性地将电网侧总线314电连接到公用电力电网或微电网侧总线318。转接开关312可以例如通过检测公用电力电网的电压和/或电流水平来检测公用电力电网的可用性。响应于公用电力电网在正常操作模式下可用，转接开关312可以选择性地将电网侧总线314电连接到公用电力电网，并且将电网侧总线314与传输总线316d断开。响应于公用电力电网在紧急操作模式下不可用，转接开关312可以经由传输总线316d选择性地将电网侧总线314电连接到微电网侧总线318，并且将电网侧总线314与公用电力电网断开。转接开关312可以由控制器320控制。

整流器310可被配置成在转接开关312选择性地将电网侧总线314电连接到公用电力电网时，响应于需要更多电能来支持负载需求而经由传输总线316c从电网侧总线314汲取AC电流。由电压源逆变器308a、308b输出到微电网侧总线318的AC电压可能不足以支持负载需求。为了增加提供到微电网侧总线318的AC电压的量，整流器310可以从电网侧总线314汲取AC电流(例如，电网电流和/或逆向燃料电池电流)。整流器310可将AC电流转换为DC电流，并且经由传输总线316c将DC电流提供到电流源逆变器302c。电网侧总线314处的任何其余AC电流可被输出到公用电力电网。响应于电压源逆变器308a、308b满足的负载需求，整流器310可被配置成不从电网侧总线314汲取AC电流，并且电网侧总线314处的AC电流可被输出到公用电力电网。整流器310从电网侧总线314汲取的AC电流的量和输出到电流源逆变器302c的DC电流的量可以由控制器320控制。

电流源逆变器302c可被配置成从整流器310接收DC电流以将DC电流转换为AC电能，并且经由传输总线316c将AC电能提供到微电网侧总线318。AC电能可被配置为被配置成遵循伏特-瓦特曲线的AC电流的量。由电流源逆变器302c输出到微电网侧总线318的AC电流的量可以基于负载需求来控制。例如，电流源逆变器302c可以基于微电网侧总线318和/或电压源逆变器308a、308b处的电压和负载需求，输出遵循伏特-瓦特曲线的AC电流。由电流源逆变器302c输出的AC电流可以是足以补充电压源逆变器308a、308b的AC电压的输出的不足以支持负载需求的量。由电流源逆变器302c输出的AC电流的量可以由控制器320控制。

当转接开关312在紧急操作模式期间选择性地电连接总线314、318时，传输总线316d可以电连接电网侧总线314和微电网侧总线318。电流源逆变器302a、302b可被配置成经由传输总线317a、317b向电网侧总线314提供AC电流，并且AC电流可以经由传输总线316d流向微电网侧总线318。由电流源逆变器302a、302b输出到电网侧总线314的AC电流的量可以基于电网侧总线314的各种电连接来控制。电流源逆变器302a、302b可以基于电网侧总线314、电流源逆变器302a、302b、转接开关312、传输总线316d、微电网侧总线318和/或电压源逆变器308a、308b处的电压输出遵循伏特-瓦特曲线的AC电流。当传输总线316d电连接电网侧总线314和微电网侧总线318时，AC电流从电网侧总线314到微电网侧总线318的流动可以至少绕过电流源逆变器302c。由电流源逆变器302a、302b输出的AC电流的量可以由控制器320控制。

在一些实例中，当需要保持基于燃料电池系统的微电网电压稳定时，存储模块306a、306b、306c可以吸收过量的电能或提供额外的电能。例如，当转接开关312选择性地电连接电网侧总线314和微电网侧总线318时，存储模块306a、306b、306c可用于向微电网侧总线318提供额外电能或接收微电网侧总线318处不需要的过量电能。存储模块306a、306b、306c可以在转接开关312从选择性地将基于燃料电池系统的微电网300电连接到公用电力电网到选择性地将基于燃料电池系统的微电网300与公用电力电网以电气方式断开的转换期间使基于燃料电池系统的微电网电压保持稳定。

图4A-4C为根据各种实施例的图3中说明的用于基于燃料电池系统的微电网300的基于燃料电池系统的微电网电力管理的方法的过程流程图。参考图1-4C，方法400可以使用一或多个控制器320来实施，所述一或多个控制器320被配置成从任意数量或组合的燃料电池304a、304b、电压源逆变器308a、308b、电流源逆变器302a、302b、302c、整流器310、电网侧总线314、微电网侧总线318、传输总线316a、316b、316c、316d、317a、317b、转接开关312和/或存储模块306a、306b、306c接收信号。方法400可以使用一或多个控制器320来实，所述一或多个控制器320被配置成将控制信号发送到任意数量和组合的电压源逆变器308a、308b、电流源逆变器302a、302b、302c、整流器310、转接开关312和/或存储模块306a、306b、306c。为了涵盖能够在各个实施例中实现的替代配置，实施方法400的硬件在本文中被称作“控制装置”。任何数量和组合的块402-448可以周期性地、重复地或连续地和/或与块402-448中的任何其它块同时实施。

参考图4A，在块402中，控制装置可以测量微电网侧总线318处的电压。在电网侧总线314通过转接开关312与微电网侧总线318断开时，可以通过从例如电压源逆变器308a、308b、电流源逆变器302c和/或转接开关312中的任何一个接收信号来测量微电网侧总线318处的电压，所述信号被配置成向控制装置指示微电网侧总线318的电压。微电网侧总线318处的电压可以通过由控制装置在电压源逆变器308a、308b、电流源逆变器302c、微电网侧总线318、传输总线316a、316b、316c、316d和/或转接开关312中的任何一个处直接测量微电网侧总线318处的电压来测量。在电网侧总线314通过转接开关312连接到微电网侧总线318时，可以通过从另外例如电网侧总线314和/或电流源逆变器302a、302b中的任何一个接收信号来测量微电网侧总线318处的电压，所述信号被配置成向控制装置指示微电网侧总线318的电压。微电网侧总线318处的电压可以通过由控制装置另外在电网侧总线314和/或电流源逆变器302a、302b中的任一个处直接测量微电网侧总线318处电压来测量。

在块404中，控制装置可以控制电压源逆变器308a、308b。控制装置可以控制由电压源逆变器308a、308b输出到微电网侧总线318的AC电压。例如，控制装置可以向电压源逆变器308a、308b发送信号，或者直接将电压源逆变器308a、308b设定到AC电压输出的设定点。控制装置可以控制电压源逆变器308a、308b以向微电网侧总线318输出相同量的AC电压。控制装置可以基于基于燃料电池系统的微电网300所部署的负载的负载需求来控制电压源逆变器308a、308b，以将AC电压输出到微电网侧总线318。控制装置可以另外控制电压源逆变器308a、308b，以基于燃料电池304a、304b中的最低电能产生容量来限制到微电网侧总线318的输出AC电压。例如，当负载需求的相等份额超过燃料电池304a、304b中的最低电能产生容量时，控制装置可通过电压源逆变器308a、308b将到微电网侧总线318的输出AC电压限制为可由从具有最低的电能产生容量的燃料电池304a、304b接收DC电压的电压源逆变器308a、308b输出的量。

在块406中，控制装置可控制电压源逆变器308a、308b以将受控量的AC电压输出到微电网侧总线318。在块404中，受控量的AC电压可基于对电压源逆变器308a、308b的控制。

在块408中，控制装置可以测量电网侧总线314处的电压。可通过从例如电流源逆变器302a、302b、传输总线317a、317b、整流器310和/或转接开关312中的任一者接收信号来测量电网侧总线314处的电压，所述信号被配置成向控制装置指示电网侧总线314处的电压。可通过由控制装置在电流源逆变器302a、302b、整流器310、电网侧总线314、传输总线317a、317b、316c、316d和/或转接开关312中的任一者处直接测量电网侧总线314处的电压来测量电网侧总线314处的电压。

在块410中，控制装置可控制电流源逆变器302a、302b以将过量电能输出到电网侧总线314。电流源逆变器302a、302b可接收由燃料电池304a、304b产生并且不由电压源逆变器308a、308b使用的DC电流以产生用于微电网侧总线318的AC电压。控制装置可控制由电流源逆变器302a、302b输出到微电网侧总线318的AC电流。例如，控制装置可以向电流源逆变器302a、302b发送信号，或将电流源逆变器302a、302b直接设定成用于AC电流输出的设定点。控制装置可以基于电网侧总线314处的电压和伏特-瓦特曲线来控制电流源逆变器302a、302b以将AC电流输出到电网侧总线314。

在确定块412中，控制装置可以确定公用电力电网是否可用。控制装置可以例如通过检测公用电力电网的电压和/或电流水平来检测公用电力电网的可用性。控制装置可以通过从例如电流源逆变器302a、302b、整流器310和/或转接开关312中的任一者接收被配置成向控制装置指示公用电力电网的电压和/或电流水平的信号来检测公用电力电网的电压和/或电流水平。可以通过由控制装置在电流源逆变器302a、302b、整流器310、电网侧总线314、传输总线317a、317b、316c、316d和/或转接开关312中的任一者处直接测量公用电力电网的电压和/或电流水平来测量公用电力电网的电压和/或电流水平。控制装置可以通过将公用电力电网的电压和/或电流水平与电网可用性阈值进行比较来确定公用电力电网是否可用。响应于确定公用电力电网可用(即，确定块412＝“是”)，控制装置可以在下文参照图4B描述的步骤“A”中继续以正常操作模式操作。响应于确定公用电力电网不可用(即，确定块412＝“否”)，控制装置可以在下文参照图4C描述的步骤“B”中以紧急模式操作。

参考图4B，响应于确定公用电力电网可用(即，确定块412＝“是”)，控制装置可以在确定块420中确定基于燃料电池系统的微电网300是否连接到公用电力电网。控制装置可基于转接开关312的状态、位置等确定基于燃料电池系统的微电网300与公用电力电网的连接状态。当转接开关312选择性地将电网侧总线314电连接到公用电力电网时，基于燃料电池系统的微电网300可以在正常操作模式下连接到公用电力电网。当转接开关312选择性地将电网侧总线314电连接到微电网侧总线318时，基于燃料电池系统的微电网300可以在紧急操作模式下与公用电力电网断开。

响应于确定基于燃料电池系统的微电网300未连接到公用电力电网(即，确定块420＝“否”)，在块422中，控制装置可将电网侧总线314与微电网侧总线318以电气方式断开，并且将电网侧总线314电连接到公用电力电网。控制装置可控制转接开关312以改变状态或位置，以将电网侧总线314与微电网侧总线318以电气方式断开并且将电网侧总线314电连接到公用电力电网。

响应于确定基于燃料电池系统的微电网300连接到公用电力电网(即，确定块420＝“是”)或在块422之后，控制装置可在确定块424中确定微电网侧总线318处的电压是否足以支持负载。例如，控制装置可以如本文参考块402所述或者使用块402的微电网侧总线318处电压的测量值来测量微电网侧总线318处的电压。控制装置可将微电网侧总线318处的电压的测量值与负载需求进行比较。当微电网侧总线318处的电压低于负载需求时，微电网侧总线318处电压可能不足，而当微电网侧总线318处的电压满足或超过负载需求时则足够。

响应于确定微电网侧总线318处的电压不足以支持负载(即，确定块424＝“否”)，在块426中，控制装置可以控制整流器310和电流源逆变器302c。控制装置可以控制整流器310和电流源逆变器302c，以将电能从电网侧总线314提供到微电网侧总线318。来自电网侧总线314的电能可包含由电流源逆变器302a、302b输出到电网侧总线318的AC电流，如本文参考块410所述。控制装置可以控制整流器310和电流源逆变器302c，例如，通过发信号控制整流器310和电流源逆变器302c或者直接在整流器310处和电流源逆变器302c处设定电流输出的设定点。除了微电网侧总线318处的电压之外，电流输出的设定点可以基于满足基于伏特-瓦特曲线的负载需求所需的电流量。

在块428中，控制装置可以控制整流器310从电网侧总线314汲取AC电流。在块426中，控制装置可以控制整流器310以从电网侧总线314汲取一定量的AC电流，并且基于对整流器310的控制输出DC电流。在块430中，控制装置可控制电流源逆变器302c以将受控量的AC电流输出到微电网侧总线318。在块426中，控制装置可基于对电流源逆变器302c的控制来控制电流源逆变器302c以转换DC电流的量并将受控量AC电流输出到微电网侧总线318。

响应于确定微电网侧总线318处的电压足以支持负载(即，确定块424＝“是”)或在块430之后，在块432中，控制装置可以控制电网侧母线314处的过量电能到公用电力电网的输出。在块402中，控制装置可继续测量微电网侧总线318处的电压。

参考图4C，响应于确定公用电力电网不可用(即，确定块412＝“否”)，控制装置可以在确定块440中确定基于燃料电池系统的微电网300是否连接到公用电力电网。控制装置可基于转接开关312的状态、位置等确定基于燃料电池系统的微电网300与公用电力电网的连接状态。当转接开关312选择性地将电网侧总线314电连接到公用电力电网时，基于燃料电池系统的微电网300可以连接到公用电力电网。当转接开关312选择性地将电网侧总线314电连接到微电网侧总线318时，基于燃料电池系统的微电网300可以与公用电力电网断开。

响应于确定基于燃料电池系统的微电网300连接到公用电力电网(即，确定块440＝“是”)，在块442中，控制装置可将电网侧总线314电连接到微电网侧总线318，并且将电网侧总线314与公用电力电网以电气方式断开。控制装置可控制转接开关312以改变状态或位置，以将电网侧总线314电连接到微电网侧总线318并且将电网侧总线314与公用电力电网以电气方式断开。

响应于确定基于燃料电池系统的微电网300未连接到公用电力电网(即，确定块440＝“否”)或在块442之后，控制装置可在确定块444中确定微电网侧总线318处的电压是否足以支持负载。例如，控制装置可以如本文参考块402所述或者使用块402的微电网侧总线318处电压的测量值来测量微电网侧总线318处的电压。控制装置可将微电网侧总线318处的电压的测量值与负载需求进行比较。当微电网侧总线318处的电压低于负载需求时，微电网侧总线318处电压可能不足，而当微电网侧总线318处的电压满足或超过负载需求时则足够。

响应于确定微电网侧总线318处的电压不足以支持负载(即，确定块444＝“否”)，在块446中，控制装置可控制电流源逆变器302a、302b。控制装置可以控制电流源逆变器302a、302b，以经由电网侧总线314和传输总线316d将来自燃料电池304a、304b的电能提供到微电网侧总线318。电能可包含由电流源逆变器302a、302b输出到电网侧总线318的AC电流，如本文参考块410所述。控制装置可例如通过发信号控制电流源逆变器302a、302b或直接将电流源逆变器302a、302b设定为用于电流输出的设定点来控制电流源逆变器302a、302b。除了微电网侧总线318处的电压之外，电流输出的设定点可以基于满足基于伏特-瓦特曲线的负载需求所需的电流量。

在块448中，控制装置可以控制电流源逆变器302a、302b，以经由电网侧总线314将受控量的AC电流输出到微电网侧总线318。在块446中，控制装置可以控制电流源逆变器302a、302b以转换DC电流的量，并且基于对电流源逆变器302a、302b的控制，经由电网侧总线314将受控量的AC电流输出到微电网侧总线318。

响应于确定微电网侧总线318处的电压足以支持负载(即，确定块444＝“是”)或在块448之后，在块402中，控制装置可继续测量微电网侧总线318处的电压。

图5示出适合于实施各种实施例的基于燃料电池系统的微电网500。参考图1-5，基于燃料电池系统的微电网500可包含多个燃料电池304a、304b、电压源逆变器308a、308b、电流源逆变器302a、302b、电网侧总线314、微电网侧总线318、传输总线316a、316b、316d、317a、317b和转接开关312。在一些实例中，基于燃料电池系统的微电网500还可包含存储模块306a、306b、306c。除非另有说明，否则燃料电池304a、304b、电压源逆变器308a、308b、电流源逆变器302a、302b、电网侧总线314、微电网侧总线318、传输总线316a、316b、316d、317a、317b、转接开关312和/或存储模块306a、306b、306c可以被配置、结构化、电连接和/或如本文参考图3-4C所描述地运行。基于燃料电池系统的微电网500还可包含电动机502、发电机504和传输总线316e，以代替图3所示的相应整流器310、电流源逆变器302c和传输总线316c。

当转接开关312在正常操作模式下选择性地将电网侧总线314电连接到公用电力电网时，电动机502可被配置成响应于需要更多电能来支持负载需求而经由传输总线316e从电网侧总线314汲取AC电流。由电压源逆变器308a、308b输出到微电网侧总线318的AC电压可能不足以支持负载需求。为了增加提供到微电网侧总线318的AC电压的量，电动机502可以从电网侧总线314汲取AC电流。电动机502可使用接收到的AC电流来驱动电动机502。电动机502可以以各种速度操作以驱动发电机504。电网侧总线314处的任何其余AC电流可被输出到公用电力电网。响应于电压源逆变器308a、308b满足的负载需求，电动机502可被配置成不从电网侧总线314汲取AC电流，并且电网侧总线314处的AC电流可被输出到公用电力电网。由电动机502从电网侧总线314汲取的AC电流的量以及操作和/或驱动发电机504的速度可以由控制器320控制。

电动机502可以使用从电网侧总线314汲取的AC电流来驱动发电机504，并且发电机504可以产生AC电能并经由传输总线316e将AC电能提供到微电网侧总线318。AC电能可被配置为被配置成遵循伏特-瓦特曲线的AC电流的量。由发电机504输出到微电网侧总线318的AC电流的量可以基于负载需求来控制。例如，发电机504可以基于微电网侧总线318和/或电压源逆变器308a、308b处的电压和负载需求，输出遵循伏特-瓦特曲线的AC电流。由发电机504输出的AC电流可以是足以补充电压源逆变器308a、308b的AC电压的输出的不足以支持负载需求的量。由发电机504输出的AC电流的量可以由控制器320控制。

存储模块306c可以并联电连接到电动机502和发电机504。存储模块306c可以通过传输总线316e电连接到微电网侧总线318。

在此实施例中，可以从发电机504获得大量的短路电流。由于逆变器技术，微电网系统通常比并网系统提供的短路电流少得多。因此，发电机504有利地用于在发生故障时提供大量短路电流，从而快速清除保护装置。

图6A-6C为根据各种实施例的图5中说明的用于基于燃料电池系统的微电网500的基于燃料电池系统的微电网电力管理的方法的过程流程图。参考图1-6C，方法600可以使用一或多个控制器320来实施，所述一或多个控制器320被配置成从任意数量或组合的燃料电池304a、304b、电压源逆变器308a、308b、电流源逆变器302a、302b、电动机502、发电机504、电网侧总线314、微电网侧总线318、传输总线316a、316b、316d、316e、317a、317b、转接开关312和/或存储模块306a、306b、306c接收信号。方法600可以使用一或多个控制器320来实施，所述一或多个控制器320被配置成将控制信号发送到任意数量或组合的电压源逆变器308a、308b、电流源逆变器302a、302b、电动机502、发电机504、转接开关312和/或存储模块306a、306b、306c。为了涵盖能够在各个实施例中实现的替代配置，实施方法600的硬件在本文中被称作“控制装置”。任何数量和组合的块402-448和602-606可以周期性地、重复地或连续地和/或与块402-448和602-606中的任何其它块同时实施。块402-448可以以类似于本文参考图4A-4C针对方法400描述的块402-448的方式描述方法600的部分。

参考图6A，在块402中，控制装置可以测量微电网侧总线318处的电压。在块404中，控制装置可以控制电压源逆变器308a、308b。在块406中，控制装置可控制电压源逆变器308a、308b以将受控量的AC电压输出到微电网侧总线318。在块408中，控制装置可以测量电网侧总线314处的电压。在块410中，控制装置可控制电流源逆变器302a、302b以将过量电能输出到电网侧总线314。在确定块412中，控制装置可以确定公用电力电网是否可用。响应于确定公用电力电网可用(即，确定块412＝“是”)，控制装置可以继续到图6B中的步骤“A”。响应于确定公用电力电网不可用(即，确定块412＝“否”)，控制装置可以继续到图6C中的步骤“B”。

参考图6B，响应于确定公用电力电网可用(即，确定块412＝“是”)，控制装置可以在确定块420中确定基于燃料电池系统的微电网500是否连接到公用电力电网。响应于确定基于燃料电池系统的微电网500未连接到公用电力电网(即，确定块420＝“否”)，在块422中，控制装置可将电网侧总线314与微电网侧总线318以电气方式断开，并且将电网侧总线314电连接到公用电力电网。响应于确定基于燃料电池系统的微电网500连接到公用电力电网(即，确定块420＝“是”)或在块422之后，控制装置可确定微电网侧总线318处的电压是否足以支持确定块424中的负载。

响应于确定微电网侧总线318处的电压不足以支持负载(即,确定块424＝“否”)，在块602中，控制装置可以控制电动机502以驱动发电机504。控制装置可以控制电动机502和发电机504，以将电能从电网侧总线314提供到微电网侧总线318。来自电网侧总线314的电能可包含由电流源逆变器302a、302b输出到电网侧总线318的AC电流，如上文参考块410所述。控制装置可以控制电动机502和发电机504，例如，通过发信号控制电动机504和发电机502，或者直接将电动机502或发电机504设定为操作速度和/或电流输出的设定点。除了微电网侧总线318处的电压之外，操作速度和/或电流输出的设定点可以基于满足基于伏特-瓦特曲线的负载需求所需的电流量。

在块604中，控制装置可以控制电动机502从电网侧总线314汲取AC电流。在块602中,控制装置可以基于对电动机502的控制，控制电动机502以从电网侧总线314汲取一定量的AC电流以按某一速度操作。在块606中，控制装置可控制发电机504以将受控量的AC电流输出到微电网侧总线318。在块602中，控制装置可基于对发电机的控制，控制发电机504以某一速度操作并将受控量的AC电流输出到微电网侧总线318。

响应于确定微电网侧总线318处的电压足以支持负载(即，确定块424＝“是”)或在块430之后，在块432中，控制装置可以控制电网侧母线314处的过量电能到公用电力电网的输出。在块402中，控制装置可继续测量微电网侧总线318处的电压。

参考图6C，响应于确定公用电力电网不可用(即，确定块412＝“否”)，控制装置可以在确定块440中确定基于燃料电池系统的微电网500是否连接到公用电力电网。响应于确定基于燃料电池系统的微电网500连接到公用电力电网(即，确定块440＝“是”)，在块442中，控制装置可将电网侧总线314电连接到微电网侧总线318，并且将电网侧总线314与公用电力电网以电气方式断开。响应于确定基于燃料电池系统的微电网500未连接到公用电力电网(即，确定块440＝“否”)或在块442之后，控制装置可在确定块444中确定微电网侧总线318处的电压是否足以支持负载。响应于确定微电网侧总线318处的电压不足以支持负载(即，确定块444＝“否”)，在块446中，控制装置可控制电流源逆变器302a、302b。在块448中，控制装置可以控制电流源逆变器302a、302b，以经由电网侧总线314将受控量的AC电流输出到微电网侧总线318。响应于确定微电网侧总线318处的电压足以支持负载(即，确定块444＝“是”)或在块448之后，在块402中，控制装置可继续测量微电网侧总线318处的电压。

图7示出适合于实施各种实施例的基于燃料电池系统的微电网700。参考图1-7，基于燃料电池系统的微电网700可包含多个燃料电池304a、304b、电压源逆变器308a、308b、电流源逆变器302a、302b、电网侧总线314、微电网侧总线318、传输总线316a、316b、316d、317a、317b和转接开关312。在一些实例中，基于燃料电池系统的微电网700还可包含存储模块306a、306b、306c。除非另有说明，否则燃料电池304a、304b、电压源逆变器308a、308b、电流源逆变器302a、302b、电网侧总线314、微电网侧总线318、传输总线316a、316b、316d、317a、317b、转接开关312和/或存储模块306a、306b、306c可以被配置、结构化、电连接和/或如本文参考图3-6C所描述地运行。基于燃料电池系统的微电网700还可包含继电器702、电接触器704和传输总线316f，而不是图5所示的电动机502、发电机504和传输总线316e。

电流源逆变器302a、302b可被配置成将遵循伏特-瓦特曲线的AC电流提供到电网侧总线314。由电流源逆变器302a、302b输出到电网侧总线314的AC电流的量可以基于电网侧总线314的各种电连接来控制。例如，电网侧总线314可以通过转接开关312在正常操作模式下选择性地电连接到公用电力电网(即，图7中的“电网”)。电流源逆变器302a、302b可以基于电网侧总线314、微电网侧总线318、电流源逆变器302a、302b、电压源逆变器308a、308b、继电器702、电接触器704、传输总线316f和/或转接开关312处的电压输出遵循伏特-瓦特曲线的AC电流。电网侧总线314上的AC电流可被输出到公用电力电网和/或用于通过流向微电网侧总线318来支持负载。在另一实例中，在紧急操作模式下，电网侧总线314可以通过转接开关312和传输总线316d选择性地电连接到微电网侧总线318。电流源逆变器302a、302b可以基于电网侧总线314、电流源逆变器302a、302b、转接开关312、传输总线316d、微电网侧总线318和/或电压源逆变器308a、308b处的电压输出遵循伏特-瓦特曲线的AC电流。由电流源逆变器302a、302b输出的AC电流的量可以由控制器320控制。

继电器702可被配置成在传输总线316f处检测电网侧总线314与微电网侧总线318之间的电流流动。当电网侧总线314处的AC电流支持负载时，AC电流以“正向流动”从电网侧总线314流向微电网侧总线314。然而，在某些情况下，AC电流可能以“反向流动”从微电网侧总线314流向电网侧总线314。电接触器704可以电气方式被控制以允许或中断传输总线316f上的电流流动。电接触器704可为任何形式的以电气方式被控制的接触器，例如断路器、开关等。

响应于检测到传输总线316f上的反向电流，继电器702可以向电接触器704发出信号以中断传输总线316f上的反向流动。在一些实例中，继电器702可以直接向电接触器704发出信号以中断传输总线316f上的反向流动。在一些实例中，继电器702可以通过向控制器320发信号通知传输总线316f上的反向流动的检测，并且控制器320向电接触器704发信号通知中断传输总线316f上的反向流动，来经由控制器320向电接触器704发出信号以中断传输总线316f上的反向流动。

转接开关312和电接触器704的位置或状态可以互锁。例如，当转接开关312在正常操作模式下选择性地将电网侧总线314电连接到公用电力电网时，电接触器704可以在传输总线316f上维持电网侧总线314与微电网侧总线318之间的电连接，且反之亦然。在另一实例中，当转接开关312在紧急操作模式下选择性地将电网侧总线314电连接到微电网侧总线318时，电接触器704可以在传输总线316f上中断电网侧总线314与微电网侧总线318之间的电连接，且反之亦然。

图8A-8C为根据各种实施例的图7中说明的用于基于燃料电池系统的微电网700的基于燃料电池系统的微电网电力管理的方法的过程流程图。参考图1-8C，方法800可以使用一或多个控制器320来实施，所述一或多个控制器320被配置成从任意数量或组合的燃料电池304a、304b、电压源逆变器308a、308b、电流源逆变器302a、302b、继电器702、电接触器704、电网侧总线314、微电网侧总线318、传输总线316a、316b、316d、316f、317a、317b、转接开关312和/或存储模块306a、306b接收信号。方法800可以使用一或多个控制器320和/或继电器704来实施，所述一或多个控制器320和/或继电器704被配置成将控制信号发送到任意数量和组合的电压源逆变器308a、308b、电流源逆变器302a、302b、电接触器704、转接开关312和/或存储模块306a、306b。为了涵盖能够在各个实施例中实现的替代配置，实施方法800的硬件在本文中被称作“控制装置”。任何数量和组合的块402-448和802-808可以周期性地、重复地或连续地和/或与块402-448和802-808中的任何其它块同时实施。块402-448可以以类似于本文参考图4A-4C针对方法400描述的块402-448的方式描述方法800的部分。

参考图8A，在块802中，控制装置可以测量微电网侧总线318处的电压和/或电流。在电网侧总线314通过电接触器704连接到微电网侧总线318时，可以通过从例如电压源逆变器308a、308b、继电器702、电接触器704和/或转接开关312中的任何一个接收信号来测量微电网侧总线318处的电压和/或电流，所述信号被配置成向控制装置指示微电网侧总线318处的电压和/或电流。微电网侧总线318处的电压和/或电流可以通过由控制装置在电压源逆变器308a、308b、继电器702、电接触器704、微电网侧总线318、传输总线316a、316b、316d、316f和/或转接开关312中的任何一个处直接测量微电网侧总线318处的电压和/或电流来测量。在电网侧总线314通过转接开关312连接到微电网侧总线318时，可以通过从另外例如电网侧总线314和/或电流源逆变器302a、302b中的任何一个接收信号来测量微电网侧总线318处的电压和/或电流，所述信号被配置成向控制装置指示微电网侧总线318处的电压和/或电流。微电网侧总线318处的电压和/或电流可以通过由控制装置另外在电网侧总线314和/或电流源逆变器302a、302b中的任一个处直接测量微电网侧总线318处电压来测量。

在块804中，控制装置可以控制电压源逆变器308a、308b。控制装置可以控制由电压源逆变器308a、308b输出到微电网侧总线318的AC电压。例如，控制装置可以向电压源逆变器308a、308b发送信号，或者直接将电压源逆变器308a、308b设定为AC电压输出的设定点。控制装置可以控制电压源逆变器308a、308b以向微电网侧总线318输出相同量的AC电压。控制装置可以基于基于燃料电池系统的微电网700所部署的负载的负载需求来控制电压源逆变器308a、308b，以将AC电压输出到微电网侧总线318。控制装置可以控制电压源逆变器308a、308b以将AC电压输出到微电网侧总线318，以防止微电网侧总线318上的电流输出到公用电力电网。控制装置可以另外控制电压源逆变器308a、308b，以基于燃料电池304a、304b中的最低电能产生容量来限制到微电网侧总线318的输出AC电压。例如，当负载需求的相等份额超过燃料电池304a、304b中的最低电能产生容量时，控制装置可通过电压源逆变器308a、308b将到微电网侧总线318的输出AC电压限制为可由从具有最低的电能产生容量的燃料电池304a、304b接收DC电压的电压源逆变器308a、308b输出的量。

在块806中，控制装置可控制电压源逆变器308a、308b以将受控量的AC电压输出到微电网侧总线318。在块804中，受控量的AC电压可基于对电压源逆变器308a、308b的控制。

在块408中，控制装置可以测量电网侧总线314处的电压。在块410中，控制装置可控制电流源逆变器302a、302b以将过量电能输出到电网侧总线314。在确定块412中，控制装置可以确定公用电力电网是否可用。响应于确定公用电力电网可用(即，确定块412＝“是”)，控制装置可以继续到图8B中的步骤“A”。响应于确定公用电力电网不可用(即，确定块412＝“否”)，控制装置可以继续到图8C中的步骤“B”。

参考图8B，响应于确定公用电力电网可用(即，确定块412＝“是”)，控制装置可以在确定块420中确定基于燃料电池系统的微电网700是否连接到公用电力电网。响应于确定基于燃料电池系统的微电网700未连接到公用电力电网(即，确定块420＝“否”)，在块808中，控制装置可经由传输总线316f将电网侧总线314与微电网侧总线318以电气方式断开，并且将电网侧总线314电连接到公用电力电网。控制装置可控制转接开关312以改变状态或位置，以将电网侧总线314电连接到公用电力电网并且经由传输总线316d将电网侧总线314与微电网侧总线318以电气方式断开。

响应于确定基于燃料电池系统的微电网700连接到公用电力电网(即，确定块420＝“是”)或在块808之后，控制装置可在确定块810中确定传输总线316f上是否存在反向功率流。在一些实例中，控制装置可以通过从继电器702接收信号来检测传输总线316f上的反向功率流，所述继电器702被配置成向控制装置指示反向流动的存在。如果负载电能(例如，功率)需求小于由电压源逆变器308a、308b提供到微电网侧总线318的总电能(例如，功率)，则可能发生反向功率流。相比之下，如果负载电能(例如，功率)需求大于由电压源逆变器308a、308b提供的总电能(例如，功率)，则在传输总线316f上不会发生反向功率流，因为额外的电能(例如，功率)由负载从电流源逆变器302a、302b和/或从公用电力电网汲取。

响应于确定传输总线316f上没有反向功率流(即，确定块810＝“否”)，在块812中，控制装置可以控制电流源逆变器302a、302b。控制装置可以控制电流源逆变器302a、302b，以经由电网侧总线314和传输总线316f将来自燃料电池304a、304b的电能提供到微电网侧总线318。电能可包含由电流源逆变器302a、302b输出到电网侧总线318的AC电流，如本文参考块410所述。控制装置可例如通过发信号控制电流源逆变器302a、302b或直接将电流源逆变器302a、302b设定为用于电流输出的设定点来控制电流源逆变器302a、302b。除了微电网侧总线318处的电压之外，电流输出的设定点可以基于满足基于伏特-瓦特曲线的负载需求所需的电流量。

在块814中，控制装置可控制电接触器704闭合，以经由传输总线316f将电网侧总线314电连接到微电网侧总线318。换句话说，如果负载功率需求低于电压源逆变器308a、308b的功率输出，则接触器704闭合以经由电网侧总线314、传输总线316f和微电网侧总线318将来自电流源逆变器302a、302b的过量功率提供到负载，以满足负载功率需求。

响应于确定传输总线316f上存在反向流动(即，确定块810＝“是”)，在块816中，控制装置可以控制电接触器704断开以防止传输总线316f上的反向流动。控制装置可以控制电接触器704以改变状态或位置(即，断开)，以经由传输总线316f将电网侧总线314与微电网侧总线318以电气方式断开。换句话说，如果负载功率需求低于电压源逆变器308a、308b的功率输出，则接触器704断开以防止从微电网总线318到公用电力电网的反向功率流。

在块814或块816之后，在块432中，控制装置可以控制将电网侧总线314处的过量电能输出到公用电力电网。在块802中，控制装置可继续测量微电网侧总线318处的电压。

参考图8C，响应于确定公用电力电网不可用(即，确定块412＝“否”)，控制装置可以在确定块440中确定基于燃料电池系统的微电网700是否连接到公用电力电网。响应于确定基于燃料电池系统的微电网700连接到公用电力电网(即，确定块440＝“是”)，在块818中，控制装置可经由传输总线316d将电网侧总线314电连接到微电网侧总线318，并且将电网侧总线314与公用电力电网以电气方式断开。

控制装置可控制转接开关312以改变状态或位置，以经由传输总线316d将电网侧总线314电连接到微电网侧总线318并且将电网侧总线314与公用电力电网以电气方式断开。控制装置可以控制电接触器704以改变状态或位置(即，断开)，以经由传输总线316f将电网侧总线314与微电网侧总线318以电气方式断开。

响应于确定基于燃料电池系统的微电网700未连接到公用电力电网(即，确定块440＝“否”)或在块818之后，控制装置可在确定块444中确定微电网侧总线318处的电压是否足以支持负载。响应于确定微电网侧总线318处的电压不足以支持负载(即，确定块444＝“否”)，在块446中，控制装置可控制电流源逆变器302a、302b。在块448中，控制装置可以控制电流源逆变器302a、302b，以经由电网侧总线314将受控量的AC电流输出到微电网侧总线318。响应于确定微电网侧总线318处的电压足以支持负载(即，确定块444＝“是”)或在块448之后，在块802中，控制装置可继续测量微电网侧总线318处的电压。

提供对所公开的方面的前述描述以使所属领域的技术人员能够制作或使用本发明。所属领域的技术人员将显而易见对这些方面的各种修改，且在不脱离本发明的范围的情况下，本文中所定义的一般原理可应用于其它方面。因此，本发明不希望局限于本文中所示的各方面，而是希望被赋予与本文中所公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。

前述方法描述和图式仅仅作为说明性实例提供，并且其并不意图要求或暗示各个实施例的步骤必须以所呈现的次序执行。如本领域技术人员将了解，前述实施例中的步骤次序可以任何次序进行。此外，例如“随后”、“接着”、“接下来”等词并不希望限制步骤的次序；这些词仅用以引导读者浏览对方法的描述。

一或多个图式已经用于描述示例性实施例。图式的使用并不意味着限制所执行的操作的顺序。已出于说明和描述的目的呈现了示例性实施例的前述描述。这并非旨在是详尽无遗的或限于所公开的精确形式，并且鉴于以上教导可以做出修改和变化，或可以从所公开的实施例的实践中获取所述修改和变化。预期本发明的范围将由在此所附的权利要求书及其等效物限定。

可使用计算装置(例如，计算机)实施包含本文所描述的控制装置以及控制器320的控制元件，所述计算装置包含可编程处理器、存储器以及已经用指令编程以执行特定功能或可在被设计成执行指定功能的处理器中实施的其它组件。处理器可为可通过软件指令(应用程序)配置以执行多种功能(包含本文所描述的各种实施例的功能)的任何可编程微处理器、微计算机或一或多个多处理器芯片。在一些计算装置中，可提供多个处理器。通常，软件应用程序在被存取并加载到处理器中之前可存储于内部存储器中。在一些计算装置中，处理器可包含足以存储应用程序软件指令的内部存储器。

结合本文中所公开的实施例所描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可实施为电子硬件、计算机软件，或两者的组合。为清晰地说明硬件与软件的这种可互换性，上文已大体就其功能性来描述了各种说明性组件、块、模块、电路和步骤。这种功能被实施为硬件还是软件取决于特定应用和强加于整个系统的设计约束。熟练的技术人员可针对每个特定应用以不同方式来实施所描述的功能性，但这样的实施决策不应被解释为会引起脱离本发明的范围。

用于实施结合本文所公开的方面而描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块和电路的硬件可以用控制装置来实施或执行，所述控制装置可为或包含：通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或被设计成执行本文所描述的功能的其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件，或其任何组合。通用处理器可为微处理器，但在替代方案中，处理器可为任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可被实施为计算装置的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一或多个微处理器，或任何其它此配置。或者，可通过专用于给定功能的电路来执行一些框或方法。

提供对所公开的实施例的先前描述以使所属领域的技术人员能够制作或使用所描述的实施例中的任一者。所属领域的技术人员将容易了解对这些实施例的各种修改，且可在不脱离本公开的范围的情况下将本文定义的一般原理应用到其它实施例。因此，权利要求并不希望限于本文中所示的实施例，而是应被赋予与权利要求语言以及本文所公开的原理和新颖特征相一致的最广范围。

Claims (20)

1.一种微电网，其包括：

多个直流DC电源；

多个电压源逆变器，其中所述多个电压源逆变器中的每一者的DC端电连接到所述多个DC电源中的相应DC电源；

微电网侧总线，其中所述多个电压源逆变器中的每一者的交流AC端电连接到所述微电网侧总线，并且所述微电网侧总线被配置成电连接到负载；

多个电流源逆变器，其中所述多个电流源逆变器中的每一者的DC端电连接到所述多个DC电源中的相应DC电源；

电网侧总线，其中所述多个电流源逆变器中的每一者的AC端电连接到所述电网侧总线；

转接开关，其被配置成控制所述电网侧总线到公用电力电网或到所述微电网侧总线的选择性电连接；以及

传输总线，其电连接在所述微电网侧总线与所述电网侧总线之间。

2.根据权利要求1所述的微电网，其中所述多个直流DC电源包括多个燃料电池堆。

3.根据权利要求2所述的微电网，其中：

所述多个电压源逆变器被配置成将大致相等量的AC电压输出到所述微电网侧总线，其中所述多个电压源逆变器中的每一者的AC电压的最大输出基于所述多个燃料电池堆中的任一者的最低产生容量；并且

所述多个电流源逆变器被配置成根据由所述多个燃料电池堆中的任一者产生的DC电流超过所述最低产生容量而将AC电流输出到所述电网侧总线。

4.根据权利要求1所述的微电网，其进一步包括：

整流器，其经由所述传输总线电连接到所述电网侧总线；以及

额外电流源逆变器，其位于所述传输总线上并且在其DC端处电连接到所述整流器，并且在其AC端处电连接到所述微电网侧总线。

5.根据权利要求4所述的微电网，其中所述整流器和所述额外电流源逆变器被配置成在所述转接开关将所述电网侧总线选择性地电连接到所述公用电力电网时使用来自所述电网侧总线的第一AC电流将第二AC电流提供到所述微电网侧总线。

6.根据权利要求1所述的微电网，其进一步包括：

电动机，其经由所述传输总线电连接到所述电网侧总线；以及

发电机，其电连接到所述电动机并且由所述电动机驱动，并且经由所述传输总线电连接到所述微电网侧总线。

7.根据权利要求6所述的微电网，其中所述电动机和所述发电机被配置成在所述转接开关将所述电网侧总线选择性地电连接到所述公用电力电网时使用来自所述电网侧总线的第一AC电流将第二AC电流提供到所述微电网侧总线。

8.根据权利要求1所述的微电网，其进一步包括：

电接触器，其被配置成沿着所述电网侧总线与所述微电网侧总线之间的所述传输总线选择性地以电气方式完成电路，并且被配置成沿着所述电网侧总线与所述微电网侧总线之间的所述传输总线选择性地以电气方式中断所述电路；以及

控制装置，其电连接到所述传输总线并且被配置成检测电流流动并且响应于检测到电流从所述微电网侧总线到所述电网侧总线的流动而用信号表示所述电接触器完成或中断所述电路。

9.根据权利要求8所述的微电网，其中所述转接开关与所述电接触器互锁，使得当所述转接开关响应于所述公用电力电网不可用而选择性地将所述电网侧总线电连接到所述微电网侧总线时，所述电接触器沿着所述电网侧总线与所述微电网侧总线之间的所述传输总线选择性地以电气方式中断所述电路，并且当所述电接触器响应于从所述微电网侧总线到所述电网侧总线的反向电流的流动而沿着所述电网侧总线与所述微电网侧总线之间的所述传输总线选择性地以电气方式中断所述电路时，所述转接开关选择性地将所述电网侧总线电连接到所述微电网侧总线。

10.根据权利要求1所述的微电网，其中：

所述转接开关进一步被配置成响应于所述公用电力电网不可用而选择性地将所述电网侧总线电连接到所述微电网侧总线，并且选择性地以电气方式将所述电网侧总线与所述公用电力电网断开；并且

所述多个电流源逆变器被配置成在所述转接开关选择性地将所述电网侧总线电连接到所述微电网侧总线时经由所述电网侧总线将AC电流输出到所述微电网侧总线。

11.一种操作微电网的方法，其包括：

将电能从多个DC电源中的每一者提供到多个电压源逆变器中的相应一者并且提供到多个电流源逆变器中的相应一者；

通过所述多个电压源逆变器将电压输出到所述微电网侧总线，使得所述多个电压源逆变器中的每一者将大致相等量的电压输出到所述微电网侧总线，其中所述多个电压源逆变器中的每一者的电压的最大输出基于所述多个DC电源中的一者的最低产生容量；

基于由所述多个DC电源产生的电流的量超过所述最低产生容量而通过所述多个电流源逆变器将第一电流输出到电网侧总线；以及

使用输出到所述电网侧总线的所述第一电流将第二电流提供到所述微电网侧总线。

12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：

确定所述电压是否满足负载需求；以及

响应于确定所述电压不满足所述负载需求：

通过整流器从所述电网侧总线汲取所述第一电流；

将第三电流从所述整流器输出到额外电流源逆变器；以及

将所述第二电流从所述额外电流源逆变器输出到所述微电网侧总线。

13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括：

确定公用电力电网是否可用；以及

响应于确定所述公用电力电网可用而选择性地将所述电网侧总线电连接到所述公用电力电网，其中响应于选择性地将所述电网侧总线电连接到所述公用电力电网而发生从所述电网侧总线汲取所述第一电流以及将所述第二电流输出到所述微电网侧总线。

14.根据权利要求11所述的方法，其中使用输出到所述电网侧总线的所述第一电流将所述第二电流提供到所述微电网侧总线包括：

确定所述电压是否满足负载需求；以及

响应于确定所述电压不满足所述负载需求：

从所述电网侧总线汲取所述第一电流以驱动电动机；

使用所述电动机驱动发电机；并且

将所述第二电流从所述发电机输出到所述微电网侧总线。

15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括：

确定公用电力电网是否可用；

响应于确定所述公用电力电网可用而选择性地将所述电网侧总线电连接到所述公用电力电网，其中响应于选择性地将所述电网侧总线电连接到所述公用电力电网而发生从所述电网侧总线汲取所述第一电流以及将所述第二电流输出到所述微电网侧总线。

16.根据权利要求11所述的方法，其中使用输出到所述电网侧总线的所述第一电流将所述第二电流提供到所述微电网侧总线包括：

确定所述电压是否满足负载需求；以及

响应于确定所述电压不满足所述负载需求，闭合接触器以将所述电网侧总线电连接到所述微电网侧总线并且在所述电网侧总线与所述微电网侧总线之间形成电路。

17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括：

检测从所述微电网侧总线到所述电网侧总线的反向电流；以及

响应于检测到所述反向电流流动，断开所述接触器以便以电气方式中断所述电网侧总线与所述微电网侧总线之间的所述电路。

18.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括响应于断开所述接触器而以电气方式将所述电网侧总线与所述公用电力电网断开并且将所述电网侧总线电连接到所述微电网侧总线。

19.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：

确定公用电力电网是否可用；以及

响应于所述公用电力电网不可用：

以电气方式将所述电网侧总线与所述公用电力电网断开；

并且

将所述电网侧总线电连接到所述微电网侧总线。

20.根据权利要求11所述的方法，其中所述多个DC电源包括燃料电池电源。

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