CN116632893A - 一种可再生能源供电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可再生能源供电装置，包括可再生能源发电模块、辅助电源模块、检测控制模块；可再生能源发电模块用于向用户端进行能源供给并用于向辅助电源模块进行能源供给以实现储能；辅助电源模块包括瞬时响应电源单元和燃料电池单元，辅助电源模块用于对可再生能源发电模块输出的电压进行补偿以实现持续供电；检测控制模块用于检测可再生能源发电模块的输出能力并用于在检测到输出能力异常时控制辅助电源模块和市电接口动作以实现持续供电。本发明提供的可再生能源供电装置，在输出电能不足以进行正常转换时，通过特定的辅助电源模块进行补偿，使之能保持对用户的可靠持续供电，通过瞬时响应电源单元实现电能补偿过程中用户的无感持续用电。

Description

一种可再生能源供电装置

技术领域

本发明涉及电力设备技术领域，尤其是涉及一种可再生能源供电装置。

背景技术

利用可再生能源向用户供电符合政府建设资源节约型社会、实现可持续发展的基本要求，同时也是保护环境、应对气候变化的重要措施。可再生能源是一种清洁、可循环使用的绿色新能源，但在实际向用户供电时，由于风、光等可再生能源受到季节、气候等因素影响较大，导致输出电能不稳定，存在电能输出波动性，有以下缺点：

可再生能源由于受气候气象等原因，其输出电压有可能存在低于太阳能发电系统和风力发电系统中搭载的逆变器的最低电能转换电压要求，即：在太阳能发电系统或风力发电系统的电压为逆变器的最低启动电压以下的情况下，由于电压值过低，不转换为交流电，这会导致风光等此类可再生电能转换效率大幅降低，导致用户侧失电，影响用电满意度。图1示出为可再生能源供电装置电能输出逆变器的变换效率线性图，图1的横轴是可再生能源发电装置输出到逆变器前的输入电压(V)，纵轴是逆变器的电能转换效率(％)，逆变器转换效率在L(％)以上H(％)以下时区段为正常转换效率区间，在输出电压低于正常阈值区间时，可再生能源输出电能无法有效转换效率并供给用户使用。如图1所示，可再生能源发电装置输出电压在逆变器的最佳输出阈值区间及以上时，可以正常进行交直流转换，将可再生能源发电装置产生电能转换为用户所需要使用的交流电。可再生能源发电装置输出电压在逆变器的最佳输出阈值区间以下时，逆变器无法正常启动及工作，无法通过逆变器进行电能转换，这部分可再生能源供电装置输出的电能无法利用供给用户相应的交流电能，此时用户将产生低电压或失电。

面对上述情况，现有技术的做法是接入备用电源或转接入市电对用户供电，这种解决方案存在以下缺点：

一方面需要针对用户负载设置较大容量的备用电源，增加投资成本和建设难度，同时大容量的备用蓄电池储能在使用完毕后，又需要及时进行充电储能，此时完全依靠可再生能源输出进行补充储能备用，又受到可再生能源输出是否可以持续稳定供给的影响；另一方面将用户负载完全切换转接市电接入，又会浪费难得的可再生能源。

由此可见，如何优化可再生能源的供给已成为本领域技术人员所要亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种可再生能源供电装置，一方面在可再生能源电能质量不足，即输出电能不足以进行正常转换，不足以通过逆变器向用户提供可靠持续供电时，通过特定的辅助电源模块对可再生能源发电装置输出的电能质量进行补偿，使之能保持对用户的可靠持续供电，另一方面通过辅助电源模块内的瞬时响应电源单元，实现电能补偿过程中用户的“无感”持续用电。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种可再生能源供电装置，包括可再生能源发电模块、辅助电源模块、检测控制模块、市电接口和用户侧接口；

所述可再生能源发电模块，其分别与所述辅助电源模块、所述用户端接口电连接，且所述可再生能源发电模块用于向用户端进行能源供给，并用于在自身电能输出充裕或用户侧负载不工作时，向所述辅助电源模块进行能源供给以实现储能；所述市电接口设于所述可再生能源发电模块和所述用户侧接口之间；

所述辅助电源模块，其包括瞬时响应电源单元和燃料电池单元，所述瞬时响应电源单元分别与所述可再生能源发电模块和所述燃料电池单元电连接，且所述辅助电源模块用于在所述可再生能源发电模块输出不足或中断时，对所述可再生能源发电模块输出的电压进行补偿以实现持续供电；

所述检测控制模块用于检测所述可再生能源发电模块的输出能力，并用于在检测到所述输出能力异常时控制所述辅助电源模块和所述市电接口动作，以实现持续供电。

作为其中一种优选方案，所述可再生能源发电模块至少包括以下所述中的一种或多种：风力发电机、水力发电机或太阳能电池板。

作为其中一种优选方案，所述瞬时响应电源单元包括蓄电池。

作为其中一种优选方案，所述瞬时响应电源单元用于在所述辅助电源模块中的所述燃料电池单元开始对所述可再生能源发电模块输出的电压进行补偿时，对由于所述燃料电池单元响应期间导致的电能延迟进行毫秒级放电；

所述瞬时响应电源单元还用于在所述燃料电池单元开始对所述可再生能源发电模块输出的电压进行补偿后，接收来自所述燃料电池单元的充电。

作为其中一种优选方案，所述燃料电池单元包括电解装置、储氢罐体、储氧罐体和供电电池；所述供电电池分别与所述储氢罐体和所述储氧罐体连接；

所述电解装置与外界的电解液输送管连接，其用于在所述可再生能源发电模块的供电下进行电解水，并将产生的氢气存储于所述储氢罐体，将产生的氧气存储于所述储氧罐体，以实现所述供电电池的电能存储。

作为其中一种优选方案，所述检测控制模块包括分别设于所述可再生能源发电模块的输出端、所述辅助电源模块的输出端、所述用户侧接口的功率计量计。

作为其中一种优选方案，所述检测控制模块还包括控制单元，所述控制单元包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第一逆变器和第二逆变器；

所述第二逆变器设于所述可再生能源发电模块和所述用户侧接口之间；所述第一逆变器的一端与所述第二逆变器连接，所述第一逆变器的另一端与所述第一开关连接；所述第二开关的一端与所述瞬时响应电源单元中的蓄电池连接，所述第二开关的另一端分别与所述第一开关、所述第三开关连接；所述第四开关的一端与所述第三开关连接，所述第四开关的另一端与所述第二逆变器连接；所述第五开关设于所述燃料电池单元的输入侧，所述第六开关设于所述燃料电池单元的输出侧。

作为其中一种优选方案，所述第三开关和所述第四开关之间还设有防逆流二极管。

作为其中一种优选方案，所述检测控制模块还包括阈值检测单元，所述阈值检测单元用于对所述功率计量计的检测结果进行处理，并根据所述处理结果对应控制所述控制单元动作以实现持续供电。

作为其中一种优选方案，所述检测控制模块用于根据所述可再生能源发电模块的发电量数据、所述瞬时响应电源单元的放电量数据和所述燃料电池单元的放电量数据，计算用户在预设时间段内消耗的电力总量，以实现所述辅助电源模块的定量储能。

相比于现有技术，本发明实施例的有益效果在于以下所述中的至少一点：设计一种可再生能源供电装置，包括可再生能源发电模块、辅助电源模块、检测控制模块、市电接口和用户侧接口；所述可再生能源发电模块，其分别与所述辅助电源模块、所述用户端接口电连接，且所述可再生能源发电模块用于向用户端进行能源供给，并用于在自身电能输出充裕或用户侧负载不工作时，向所述辅助电源模块进行能源供给以实现储能；所述市电接口设于所述可再生能源发电模块和所述用户侧接口之间；所述辅助电源模块，其包括瞬时响应电源单元和燃料电池单元，所述瞬时响应电源单元分别与所述可再生能源发电模块和所述燃料电池单元电连接，且所述辅助电源模块用于在所述可再生能源发电模块输出不足或中断时，对所述可再生能源发电模块输出的电压进行补偿以实现持续供电；所述检测控制模块用于检测所述可再生能源发电模块的输出能力，并用于在检测到所述输出能力异常时控制所述辅助电源模块和所述市电接口动作，以实现对用户的持续供电。本发明提供的可再生能源供电装置，一方面在可再生能源电能质量不足，即输出电能不足以进行正常转换，不足以通过逆变器向用户提供可靠持续供电时，通过特定的辅助电源模块对可再生能源发电装置输出的电能质量进行补偿，使之能保持对用户的可靠持续供电，另一方面通过辅助电源模块内的瞬时响应电源单元，实现电能补偿过程中用户的“无感”持续用电。

附图说明

图1是可再生能源供电装置电能输出逆变器的变换效率线性图；

图2是本发明其中一种实施例中的可再生能源供电装置的部分结构示意图(主要显示燃料电池单元等的结构示意图)；

图3是本发明其中一种实施例中的可再生能源供电装置的部分结构示意图(主要显示瞬时响应电源单元等的结构示意图)；

附图标记：

其中，1、可再生能源发电模块；21、瞬时响应电源单元；22、燃料电池单元；221、电解装置；222、储氢罐体；223、储氧罐体；224、供电电池；11、沉头孔；3、检测控制模块；4、市电接口；5、用户侧接口；K1、第一开关；K2、第二开关；K3、第三开关；K4、第四开关；K5、第五开关；K6、第六开关；N1、第一逆变器；N2、第二逆变器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明中说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本发明一实施例提供了一种可再生能源供电装置，具体的，请参见图2～图3，图2示出为本发明其中一种实施例中的可再生能源供电装置的部分结构示意图(主要显示燃料电池单元等的结构示意图)，图3示出为本发明其中一种实施例中的可再生能源供电装置的部分结构示意图(主要显示瞬时响应电源单元等的结构示意图)，其包括可再生能源发电模块1、辅助电源模块、检测控制模块3、市电接口4和用户侧接口5；

所述可再生能源发电模块1，其分别与所述辅助电源模块、所述用户侧接口5电连接，且所述可再生能源发电模块1用于向用户侧进行能源供给，并用于在自身电能输出充裕或用户侧负载不工作时，向所述辅助电源模块进行能源供给以实现储能；所述市电接口4设于所述可再生能源发电模块1和所述用户侧接口5之间；

所述辅助电源模块，其包括瞬时响应电源单元21和燃料电池单元22，所述瞬时响应电源单元21分别与所述可再生能源发电模块1和所述燃料电池单元22电连接，且所述辅助电源模块用于在所述可再生能源发电模块1输出不足或中断时，对所述可再生能源发电模块1输出的电压进行补偿以实现持续供电；

所述检测控制模块3用于检测所述可再生能源发电模块1的输出能力，并用于在检测到所述输出能力异常时控制所述辅助电源模块和所述市电接口4动作，以实现持续供电。

需要说明的是，本发明实施例的目的在于提供一种能够提升风光类可再生能源电能转换效率的带辅助电源的可再生能源供电装置，在对低质量风光类可再生能源充分利用的同时，又可以对用户在额定时间消耗的电能进行精确储能，在可再生能源供电装置输出电能在正常阈值区间以上，以及用户负载停止使用区间内，利用可再生能源输出电能精确存储预定时间段内消耗电量对应的燃料(氢)。

本发明提供的可再生能源供电装置，各部件之间由对应的供电线路组成，附图中的虚线代表信号连接，在此不再额外赘述。

市电指国家公用输配电网网络，优选地由配电网络、功率计量计(附图中显示为功率计量装置)、旁路投切开关组成。旁路投切开关在可再生能源供电装置整体失电时，自动进行旁路开关的投切使市电无瞬断导通投入。

可再生能源发电模块1由相对应的发电设备和相应的逆变装置和开关断路器组成，是本发明中用户侧的主要用电来源。优选地，在上述实施例中，所述可再生能源发电模块1至少包括以下所述中的一种或多种：风力发电机、水力发电机或太阳能电池板。可再生能源发电模块1为使用风、光等自然能源的可再生能源发电模块，是利用太阳能的太阳能发电装置、以及利用风力的风力发电装置中的、由单机或多个发电装置构成，可以由同一种类的发电装置构成，也可以由不同种类的发电装置组合构成。即，该发电模块的全部可以由太阳能发电装置构成，也可以由风力发电装置和太阳能发电装置等组合构成。

辅助电源模块由瞬时响应电源单元21和燃料电池单元22组成，优选地，瞬时响应电源单元21由蓄电池或电容器等储能装置、逆变装置、开关组成，可以以毫秒单位响应控制指令，对装置进行电能的短时施放。

燃料电池单元22包含电解装置221(也称水电解装置)、储氢罐体222、储氧罐体223和供电电池224，供电电池224分别与所述储氢罐体222和所述储氧罐体223连接。水电解装置221使用从可再生能源发电模块1供给的电能，电解水生成氢气氧气等燃料气体，并将氧气存储在储氧罐体223内，氢气存储在储氢罐体222内，即进行储能。同时在检测控制模块控制下，使用存储的氢气进行发电。

上述电解装置221使用从可再生能源发电模块1供给的电力通过电解液的电解来生成氢和氧。具体地，将用于电解的电解液经由电解液输送管供应到电解装置221，通过水或电解液的电解来生成氢和氧。电解装置221生成的氢经由氢气输送管被输送并存储在储氢罐体222中，电解装置生成的氧气经由氧气管线被输送并存储在储氧罐体223中。供电电池224连接到供应氢气的氢气输送管和供应氧气的氧气输送管，并且使用从这些管线供应的氢气和氧气来进行发电，产生的电力会根据系统的检测控制模块3发出的指令输送给供电线路。

氢气输送管具有直接连接到电解装置和供电池的路径，以及经由储氢罐体连接到电解装置和供电电池的路径。同样氧气输送管具有直接连接到电解装置和供电电池的路径，以及经由储氧罐体连接到电解装置和供电电池的路径。即在电解装置不进行电解液电解的情况下，供电电池使用储存在储氢罐体中的氢气和储存在储氧罐体中的氧气来发电；在电解装置执行电解液电解的情况下，供电电池也可以利用电解装置生成的氢和氧以及储存在氢罐中的氢和储存在储氧罐体中的氧的混合燃料气体来发电，即电解和发电可以同时进行。当然供电电池还可以从空气中获得氧气，在此情况下，可以省略氧气输送管和储氧罐体，在此不作额外限定。

由于燃料电池单元22的结构和发电特点，其电能输出响应时间一般在数分钟左右不等。因此，在本发明实施例中设置了所述瞬时响应电源单元22用于在所述辅助电源模块中的所述燃料电池单元开始对所述可再生能源发电模块1输出的电压进行补偿时，对由于所述燃料电池单元22响应期间导致的电能延迟进行毫秒级放电；所述瞬时响应电源单元21还用于在所述燃料电池单元22开始对所述可再生能源发电模块1输出的电压进行补偿后，接收来自所述燃料电池单元22的充电。

需要说明的是，燃料电池单元中水电解装置等部件均设有开关断路器，以分别控制启动水电解装置并进行氢氧化学反应实现电能输出，后文会统一描述开关及相关器件，在此不再赘述。

进一步地，所述检测控制模块还包括控制单元，所述控制单元包括第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5、第六开关K6、第一逆变器N1和第二逆变器N2；

所述第二逆变器N2设于所述可再生能源发电模块1和所述用户侧接口5之间；所述第一逆变器N1的一端与所述第二逆变器N2连接，所述第一逆变器N1的另一端与所述第一开关K1连接；所述第二开关K2的一端与所述瞬时响应电源单元21中的蓄电池连接，所述第二开关K2的另一端分别与所述第一开关K1、所述第三开关K3连接；所述第四开关K4的一端与所述第三开关K3连接，所述第四开关K4的另一端与所述第二逆变器N2连接；所述第五开关K5设于所述燃料电池单元22的输入侧，所述第六开关K6设于所述燃料电池单元的输出侧。

在所述可再生能源发电模块1电能输出不足时(且用户负载正常工作时)，第一开关K1和第二开关K2设定为导通状态；在所述可再生能源发电模块1故障时(且用户负载正常工作时)，第一开关K1、第二开关K2、第六开关K6均为导通状态；在所述可再生能源发电模块1向用户负载供电电能充裕(可再生能源发电模块输出电压在正常阈值区间之内或以上且用户负载正常工作时)或用户负载不工作时，第一开关K1和第五开关K5为导通状态；在所述可再生能源发电模块1电能输出不足时(且用户负载正常工作时)、可再生能源发电模块1故障时(且用户负载正常工作时)时，辅助电源模块投入运行过程中，在燃料电池单元22输出稳定后，还会继续保持对瞬时响应电源单元21中蓄电池的充电，直到蓄电池充电完成后再行脱离燃料电池单元22对其的充电。

进一步地，所述检测控制模块3包括分别设于所述可再生能源发电模块1的输出端(可再生能源逆变器之前)、所述辅助电源模块的输出端、所述用户侧接口5的功率计量计，用于进行现场监测。所述检测控制模块3还包括阈值检测单元，所述阈值检测单元用于对所述功率计量计的检测结果进行处理，并根据所述处理结果对应控制所述控制单元动作以实现持续供电。

通过所述检测控制模块3将实时监测取得的信息，通过有线或无线的形式，传输至阈值检测单元，阈值检测单元控制对应的受控部件(各开关断路器)动作，实现了在可再生能源发电模块发电电能质量不足或中断时，切换为辅助电源模块向可再生能源发电模块输出的低于最小启动阈值区间的电压进行补偿，或对用户进行“无感”供电；在可再生能源发电模块电能输出充裕或用户负载不工作时，即可再生能源发电模块的输出电压值在阈值区间以上时或用户未用电时，切换为向辅助电源模块中电解装置供电并进行燃料储能的工作模式。

检测控制模块3对燃料电池单元22和瞬时响应电源单元21以及市电进行控制，以实现在可再生能源发电模块1供电质量不足或异常失电时，向用户保持持续供电，同时在可再生能源发电模块1供电质量超出正常阈值或用户负载不工作时，基于设置在用户侧的功率计量计数据，计算在预定时间内用户的电力消耗量；或基于设置在辅助电源模块的功率计量计数据，计算在预定时间内用户的电力消耗量，来实施对燃料电池单元中电解装置进行控制，使之电解生成与上述电力消耗量对应的氢，并存储在储氢罐体中。

瞬时响应电源单元21被配置为使得充放电控制响应的时间比燃料电池单元21的响应的时间短。即，该瞬时响应电源单元21由蓄电池和电容器等构成，其容量足以满足燃料电池单元响应延迟期间用户需要的电能容量。

瞬时响应电源单元21根据检测控制模块的指令，在可再生能源发电模块1输出电压低于逆变器的正常阈值区间以下，造成可再生能源发电模块1输出电能不足时，由燃料电池单元22对可再生能源发电模块1输出电压进行补偿供电过程中，对由于燃料电池单元22响应期间的电能延迟期间进行毫秒级的对供电线路进行放电。在可再生能源发电模块1异常或故障完全无法输出电能时，由燃料电池单元22对用户进行供电过程中对由于燃料电池单元22响应期间的电能延迟期间进行毫秒级的对供电线路进行放电。在燃料电池单元22正常响应持续向用户供电的过程后，瞬时响应电源单元21接受来自燃料电池单元22对瞬时响应电源单元21的充电。

瞬时响应电源单元21中的蓄电池容量与瞬时响应电源单元21的输出时间有关。一般来说，瞬时响应电源单元中蓄电池容量＝输出功率*输出时间。该瞬时响应电源单元中蓄电池容量是：燃料电池单元响应延迟产生的时间*瞬时响应电源单元的输出值。由于产生该响应延迟的期间是以燃料电池单元响应时间(分钟)为单位，因此与以往备用储能装置以小时或日为单位时间进行储能并在应急状态下向用户供电的备用电源相比，进一步降低瞬时响应电源单元中蓄电池的容量，因此进一步降低辅助电源模块成本。

在实际运行中，可再生能源发电模块1的发电电力不足的情况下，即可再生能源发电模块1输出电压低于逆变器的正常阈值区间以下，造成可再生能源发电模块输出电能不足时，以毫秒为单位的响应，瞬时响应电源单元开始供给电力。接着，供电电池由氢和氧生成电，对可再生能源发电模块1输出的在正常阈值区间以下的电能进行补偿后，再向用户供电，此时向用户输出经可再生能源发电模块1和燃料电池单元22输出的混合电能。

可再生发电模块1发生异常或故障，即可再生能源发电模块1完全无法输出电能时，以毫秒为单位的响应，瞬时响应电源单元21开始供给电力。接着，供电电池由氢和氧生成电，向用户直接输出电能。此时向用户输出由燃料电池单元22放电的单一电能。

上述两种状态下，用户用电由可再生发电模块1切换为可再生能源发电模块1和燃料电池单元22输出的混合电能、以及切换为燃料电池单元22单一放电的过程中，由于燃料电池单元22完全输出电能响应时间一般为数分钟，所以在此期间，为保证用户的持续可靠用电，由瞬时响应电源单元21及时(以毫秒为单位的响应)对用户进行不间断供电。

由于燃料电池单元22中的发电电力的控制响应的响应延迟通常在以分钟为单位的时间以上。不管采用哪种方式使用燃料电池单元对用户进行供电，在燃料电池发电进行响应过程中产生响应延迟的期间，由该瞬时响应电源单元21向用户供给电力。确保用户的持续稳定和不间断供电。

在可再生能源发电模块1输出电压在正常阈值区间以上，或用户负载不使用电能时，即可再生能源发电模块1发电电力相对于用户的消耗电力过剩的情况下，燃料电池单元中电解装置221启动制备燃料氢气和氧气等燃料来存储电力。即，电解装置221通过消耗过剩的电力，将电解液电解生成氢和氧，并进行储存。

下面详细描述检测控制模块3的作用：检测控制模块3实时检测可再生能源发电模块1输出电压是否在正常阈值区间，并接收来自用户侧的功率计量计的计量数据。在可再生能源发电模块输出电压处于正常阈值区间、用户负载正常工作时；只进行数据监测不对辅助电源模块执行控制。在可再生能源发电模块输出电压处于正常阈值区间以下、用户负载不工作时；只进行数据监测不对辅助电源模块执行控制。在可再生能源发电模块输出电压处于正常阈值区间以下，用户负载正常工作时，即可再生能源发电模块无法正常工作时，控制辅助电源模块工作，同时启动瞬时响应电源单元和燃料电池单元，对可再生能源发电装置输出电压进行补偿，使可再生能源发电模块正常进行电能输出。在可再生能源发电模块异常或故障完全无法输出电能，用户负载正常工作时，控制辅助电源模块工作，同时启动瞬时响应电源单元和燃料电池单元，实施对用户供电。在可再生能源发电模块输出电压处于正常阈值区间及以上，或用户负载不工作时，控制辅助电源模块工作，启动电解装置，根据接收到的功率计量数据对电解燃料进行精确储能。

在此说明可再生能源发电模块1输出电压处于正常阈值区间以上、或者在用户侧用电功率为零(用电低谷时段)时，检测控制模块3进行相关控制实现精确储能的实施例：

首先，用户侧功率计量计将测量到的用户侧功耗的测量数据输出到检测控制模块。接着，该检测控制模块根据该测量数据，计算在预先确定的期间该用户消耗的电力量。即，该检测控制模块根据测量数据，作为该预先确定的期间，例如在一天的期间，预先计算在该用户中消耗的电能量。另外，检测控制模块计算所使用的测量数据的测量期间也可以是该预定时间的数倍左右。在该情况下，该检测控制模块根据在该计测期间计测到的计测数据的平均值，计算电量。另外，检测控制模块也可以根据在该测量期间测量出的测量数据的最大值等计算出该电量。

接着，检测控制模块控制电解装置，例如以一天以上的期间，存储与用户日常消耗的电力量对应的氢。接着，该电解装置使用此时的剩余电力，将通过电解水而生成的氢存储在氢罐中。由此即使在使用了可再生能源发电模块因环境和气象变化等原因停止的情况下，该燃料电池单元中贮存在储氢罐体中的氢也能够向用户供给作为预定时间的例如一天以上的电力。

如上所述，本实施例中的检测控制模块，在计算用户预定时间消耗的电力量的同时，对燃料电池单元中的电解装置发出指令，使其制备出与预计消耗电量对应的氢气并存储在储氢罐体中。因此，能够精确存储与用户消耗的电力对应的量的氢。此外，即使在可再生能源发电模块发电停止的情况下(异常故障或气象气候不支持)，供电电池通过使用储存在储氢罐体的氢来发电，在该预定的期间内，该供电电池也能够向用户供给电力。

进一步地，阈值检测单元检测到可再生能源发电模块输出电压处于正常阈值区间、同时用户侧功率计量装置显示用户负载正常工作时；检测控制模块只进行数据监测不对辅助电源模块执行控制，即：K1、K2、K3、K4、K5、K6开关断路器均在断开位置，辅助电源模块不启动。阈值检测单元检测到可再生能源发电模块输出电压处于正常阈值区间以下、用户侧功率计量计显示用户负载不工作时；只进行数据监测不对辅助电源模块执行控制，即：K1、K2、K3、K4、K5、K6开关断路器均在断开位置，辅助电源模块不启动。

阈值检测单元检测到可再生能源发电模块输出电压处于正常阈值区间以下，用户侧功率计量计显示用户负载正常工作时，即可再生能源发电模块无法输出电能时，控制辅助电源模块工作，即同时启动瞬时响应电源单元和燃料电池单元，对可再生能源发电装置输出电压进行补偿，使可再生能源发电模块正常进行电能输出。实施方式如下：K1、K2、K3、K4、K6开关在合上位置，此时瞬时响应电源单元中的储能装置蓄电池，以毫秒为单位响应，通过K2→K1→N1→用户侧的路径向用户输出电能，同时燃料电池单元中的供电电池放电装置通过K6→K4的路径向可再生能源发电装置进行电能补偿，由于燃料电池放电装置响应时间在数分钟左右，此时用户的持续稳定电能供应由瞬时响应电源单元中储能装置蓄电池进行供给。

在燃料电池单元输出稳定后，首先控制K1在断开位置，此时燃料电池单元既向可再生能源发电模块的输出电压进行补偿，又同时通过切换电路对瞬时响应电源单元中储能装置蓄电池进行充电(K6→防止逆流二极管→K3→K2→蓄电池)，以补充在燃料电池响应时间内，瞬时响应电源单元中储能装置蓄电池输出用户的电能。

在瞬时响应电源单元中储能装置蓄电池充电完成后，断开K2、K3，由燃料电池单元→K6→K4继续向可再生能源发电模块的输出电压进行补偿。直至可再生能源发电模块的输出电压进入正常阈值区间后，断开K4、K6开关。

阈值检测单元检测到可再生能源发电模块异常或故障完全无法输出电能，用户侧功率计量计显示用户负载正常工作时，控制辅助电源模块工作，同时启动瞬时响应电源单元和燃料电池单元，实施对用户供电。实施方式如下：

K1、K2、K3、K6开关在合上位置，此时瞬时响应电源单元中储能装置蓄电池，以毫秒为单位响应，通过K2→K1→N1→用户的路径向用户输出电能；由于燃料电池放电装置响应时间在数分钟左右，此时用户的持续稳定电能供应由瞬时响应电源单元中储能装置蓄电池进行供给。

在燃料电池输出稳定后，燃料电池单元即向用户持续供电，同时又通过开关K6→防止逆流二极管→K3→K2→蓄电池的路径，向瞬时响应电源单元中储能装置蓄电池进行充电，以补充在燃料电池响应时间内，瞬时响应电源单元中储能装置蓄电池输出用户的电能，具体路径如下：

燃料电池单元通过如下路径向用户供电：K6→防止逆流二极管→K3→K1→N1→用户；燃料电池单元通过如下路径向瞬时响应电源单元中储能装置蓄电池进行充电：K6→防止逆流二极管→K3→K2→蓄电池；在瞬时响应电源单元中储能装置蓄电池充电完成后，断开K2开关，由燃料电池单元→K6→防止逆流二极管→K3→K1→N1→用户的路径继续向用户侧保持持续供电，直至可再生能源发电模块异常及故障修复，即输出电压进入正常阈值区间后，断开K3、K6开关。

检测控制模块中的阈值检测单元用于对所述可再生能源发电装置输出电压是否在阈值区间以及用户侧功率计量计的检测结果进行检测，并根据所述检测结果对应控制所述控制单元动作以实现对用户的持续供电。具体的，检测到可再生能源发电模块输出电压处于正常阈值区间及以上，或用户侧功率计量计显示用户负载不工作时，控制辅助电源模块工作，启动电解装置，即合上K4、K5开关，根据接收到的功率计量数据对电解燃料进行精确储能，并在储能完毕后，断开K4、K5开关。

下面说明另一实施例，功率计量计设置在可再生能源发电模块上，将检测到的可再生能源发电模块发电量数据向检测控制模块输出。辅助电源模块功率计量计设置在燃料电池单元上，且设置在瞬时响应电源单元上，其分别将计量数据输出到检测控制模块上。然后，检测控制模块根据这些收集到的测量数据，例如以用户一天消耗的电量为目标，控制电解装置制备相对应的氢气并存储在储氢管体中。由此，即使在可再生能源发电模块停止工作的情况下，通过燃料电池使用储存在储氢管体中的氢进行发电，也能够向用户供给一天(或预定的足够时长)的电力。

如上所述，根据本实施例提供的可再生能源供电装置，测量可再生能源发电模块的发电量数据、燃料电池单元的放电量数据、瞬时响应电源单元的放电量数据，根据这些收集到的测量数据，计算用户在预定时间消耗的电力量。因此，即使不直接测量用户的消耗电力(即即便不使用用户侧的功率计量装置)，也能够计算该用户消耗的电力量，并针对性的进行燃料氢的储存。

下面说明再一实施例，在本实施例中，与上述实施例不同，氢气输送管也与用户侧的家用燃料电池连接。由此，也能够将由燃料电池单元生成的氢直接供给用户家用燃料电池。家用燃料电池设置在作为用户的各家庭中，并通过氢气输送管与储氢罐体连接。储氢罐体可以是固定式，也可以是使用移动用氢气瓶或燃料电池汽车。由此，即使在可再生能源供电模块、公用输配电网络等供电系统故障而停止供配电的情况下，也可以将储氢罐体中储存的预定时间的氢作为用户家用燃料电池的能量源使用。例如，该预定的期间为一天以上，向该家用燃料电池24供给一天以上的氢。由此，即使在该供电系统的配电停止的情况下，也能够在一天以上的时间内供给用户消耗的电力。

如上所述，根据本实施例提供的可再生能源供电装置，将与在预定的期间用户消耗的电力对应的氢供给用户家用燃料电池。由此，即使在供电系统停止的情况下，也能够在预定的期间内向用户供给该用户消耗的电力。

需要说明的是，本发明中对作为燃料电池单元备份而设置的瞬时响应电源单元说明，但并不特别限定于一个，也可以构成为多个瞬时响应电源单元。断路器K3和逆流防止二极管直接连接，切断从瞬时响应电源单元向燃料电池单元的电能输出，逆流防止二极管设置目的是为了防止瞬时响应电源单元中蓄电池中电能向燃料电池单元输出，防止瞬时响应电源单元反充供电电池。可再生能源供电模块的输出电能的正常转换阈值区间可以设定为(85％-95％之间)，但也可根据逆变器工作要求不限于此。

本发明实施例提供的可再生能源供电装置，有益效果在于以下所述中的至少一点：

通过一种带辅助电源的可再生能源供电装置，在可再生能源供电模块电能质量不足或异常故障中断时，通过辅助电源模块或市电的无瞬断投切，保证了使用可再生能源用户的持续用电需求。

在可再生能源发电模块电能输出充裕时(电能质量充裕或用户不用电时)，切换为向辅助电源模块充电储能，可以有效对可再生能源进行储能备用。

通过对可再生能源发电模块输出的在阈值电压区间以下的低质量电能，即不足以使逆变器得以运转的阈值电压区间以下的可再生能源有效利用，提升了可再生能源的充分利用效率。

由瞬时响应电源单元和燃料电池单元组成的辅助电源模块，相比使用单纯蓄电池储能装置为备用应急电源的方案，其容量根据燃料的储能容器和储能形式可灵活变动，适应更多样的应用场景，同时相比纯燃料储能响应速度慢容易在用户侧造成短时停电的缺点，本发明中的混合储能方式，可以在可再生能源发电模块异常时，保持用户无瞬断的持续用电。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种可再生能源供电装置，其特征在于，包括可再生能源发电模块、辅助电源模块、检测控制模块、市电接口和用户侧接口；

所述可再生能源发电模块，其分别与所述辅助电源模块、所述用户端接口电连接，且所述可再生能源发电模块用于向用户端进行能源供给，并用于在自身电能输出充裕或用户侧负载不工作时，向所述辅助电源模块进行能源供给以实现储能；所述市电接口设于所述可再生能源发电模块和所述用户侧接口之间；

所述辅助电源模块，其包括瞬时响应电源单元和燃料电池单元，所述瞬时响应电源单元分别与所述可再生能源发电模块和所述燃料电池单元电连接，且所述辅助电源模块用于在所述可再生能源发电模块输出不足或中断时，对所述可再生能源发电模块输出的电压进行补偿以实现持续供电；

所述检测控制模块用于检测所述可再生能源发电模块的输出能力，并用于在检测到所述输出能力异常时控制所述辅助电源模块和所述市电接口动作，以实现持续供电。

2.如权利要求1所述的可再生能源供电装置，其特征在于，所述可再生能源发电模块至少包括以下所述中的一种或多种：风力发电机、水力发电机或太阳能电池板。

3.如权利要求1所述的可再生能源供电装置，其特征在于，所述瞬时响应电源单元包括蓄电池。

4.如权利要求1所述的可再生能源供电装置，其特征在于，所述瞬时响应电源单元用于在所述辅助电源模块中的所述燃料电池单元开始对所述可再生能源发电模块输出的电压进行补偿时，对由于所述燃料电池单元响应期间导致的电能延迟进行毫秒级放电；

所述瞬时响应电源单元还用于在所述燃料电池单元开始对所述可再生能源发电模块输出的电压进行补偿后，接收来自所述燃料电池单元的充电。

5.如权利要求1所述的可再生能源供电装置，其特征在于，所述燃料电池单元包括电解装置、储氢罐体、储氧罐体和供电电池；所述供电电池分别与所述储氢罐体和所述储氧罐体连接；

所述电解装置与外界的电解液输送管连接，其用于在所述可再生能源发电模块的供电下进行电解水，并将产生的氢气存储于所述储氢罐体，将产生的氧气存储于所述储氧罐体，以实现所述供电电池的电能存储。

6.如权利要求1所述的可再生能源供电装置，其特征在于，所述检测控制模块包括分别设于所述可再生能源发电模块的输出端、所述辅助电源模块的输出端、所述用户侧接口的功率计量计。

7.如权利要求6所述的可再生能源供电装置，其特征在于，所述检测控制模块还包括控制单元，所述控制单元包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第一逆变器和第二逆变器；

所述第二逆变器设于所述可再生能源发电模块和所述用户侧接口之间；所述第一逆变器的一端与所述第二逆变器连接，所述第一逆变器的另一端与所述第一开关连接；所述第二开关的一端与所述瞬时响应电源单元中的蓄电池连接，所述第二开关的另一端分别与所述第一开关、所述第三开关连接；所述第四开关的一端与所述第三开关连接，所述第四开关的另一端与所述第二逆变器连接；所述第五开关设于所述燃料电池单元的输入侧，所述第六开关设于所述燃料电池单元的输出侧。

8.如权利要求7所述的可再生能源供电装置，其特征在于，所述第三开关和所述第四开关之间还设有防逆流二极管。

9.如权利要求7所述的可再生能源供电装置，其特征在于，所述检测控制模块还包括阈值检测单元，所述阈值检测单元用于对所述功率计量计的检测结果进行处理，并根据所述处理结果对应控制所述控制单元动作以实现持续供电。

10.如权利要求1所述的可再生能源供电装置，其特征在于，所述检测控制模块用于根据所述可再生能源发电模块的发电量数据、所述瞬时响应电源单元的放电量数据和所述燃料电池单元的放电量数据，计算用户在预设时间段内消耗的电力总量，以实现所述辅助电源模块的定量储能。