CN117013589A - 基于直流母线的多能源微电网供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供了一种基于直流母线的多能源微电网供电系统，涉及电网技术领域，该供电系统包括储能及能量管理单元、光伏发电单元、燃料电池单元、隐身电站单元和输出变流单元，其中光伏发电单元、燃料电池单元、隐身电站单元均与储能及能量管理单元通信连接，且隐身电站单元、储能及能量管理单元、光伏发电单元和燃料电池单元均电力连接至直流母线，以实现直流母线并机，输出变流单元电力连接至直流母线，以实现交流并机，并输出供电电源。本发明通过对各分布式能源在组网之前，经过变流，形成与储能一致的直流电压进行组网，从而实现了直流母线并机，最后通过输出变流单元实现交流变换，输出供电电源，利用直流并线，交流输出，从而解决了微电网的可靠性和稳定性问题。
Description
技术领域
本发明涉及电网技术领域，具体而言，涉及一种基于直流母线的多能源微电网供电系统。
背景技术
在国家节能环保的政策指引下，随着新能源和电力变换技术的发展，作为应用可再生新能源的微电网供电电源需求也越来越多，但是目前新能源作为供电电源的能源种类比较单一，工作模式也单一，能量管控和组网型的微电网系统较少，难于满足在多级负荷用电需求下对多能源微电网供电系统具有实现负载功率自适应匹配、富裕电能自适应储存、负载优先级的自适应判断、分级供电的智能化运行、分布式电能资源的最优化调度和电力系统的自适应并接等一系列智能化控制，完成区域内能源的精确管理与调度的需求。为了满足以上需求，目前大多数仍采用基于交流母线的多能源微电网供电系统，对风能、光伏、储能及柴油发电机组等各种分布式能源进行组网供电。
然而，经发明人调研发现，目前采用的基于交流母线的多能源微电网供电系统，因为在组网的过程中需满足并联组网的电压、频率同步和同相的要求，且一般多能源微电网其储能容量较小，难于适应在负载容量变化大时电压保持稳定的要求，经常存在微电网工作时各种能源的脱网，以至于微电网系统没法正常工作，影响微电网的可靠性和稳定性。
发明内容
本发明的目的包括，例如，提供了一种基于直流母线的多能源微电网供电系统，其能够基于直流母线进行供电，解决微电网的可靠性和稳定性问题。
本发明的实施例可以这样实现：
第一方面，本发明提供一种基于直流母线的多能源微电网供电系统，包括储能及能量管理单元、光伏发电单元、燃料电池单元、隐身电站单元和输出变流单元，所述光伏发电单元、所述燃料电池单元、所述隐身电站单元均与所述储能及能量管理单元通信连接，且所述隐身电站单元、所述储能及能量管理单元、所述光伏发电单元和所述燃料电池单元均电力连接至直流母线，且所述隐身电站单元、所述光伏发电单元和所述燃料电池单元所述均用于形成直流电压，以实现直流母线并机，所述输出变流单元电力连接至所述直流母线，以实现交流并机，并输出供电电源。
在可选的实施方式中，所述隐身电站单元包括隐身电站模块和AC/DC变流模块，所述隐身电站模块、所述AC/DC变流模块和所述直流母线依次电力连接，所述隐身电站模块还用于电力连接交流负荷。
在可选的实施方式中，所述光伏发电单元包括光伏发电模块、第一DC/AC变流模块和第一DC/DC变流模块，所述光伏发电模块、所述第一DC/DC变流模块与所述直流母线依次电力连接，且所述光伏发电模块与所述第一DC/AC变流模块电力连接，所述第一DC/AC变流模块还用于电力连接交流负荷和单相市电接口。
在可选的实施方式中，所述燃料电池单元包括燃料电池模块、第二DC/AC变流模块和第二DC/DC变流模块，所述燃料电池模块、所述第二DC/DC变流模块与所述直流母线依次电力连接，且所述燃料电池模块与所述第二DC/AC变流模块电力连接，所述第二DC/AC变流模块还用于电力连接交流负荷和单相市电接口。
在可选的实施方式中，所述输出变流单元包括单相交流双向储能变流器和三相交流双向储能变流器，所述单相交流双向储能变流器电力连接至所述直流母线，并用于至少电力连接至一级负荷、二级负荷和三级负荷，所述三相交流双向储能变流器电力连接至所述直流母线，并用于电连接连接至三相交流负荷。
在可选的实施方式中，所述单相交流双向储能变流器用于输出230V交流电，且所述单相交流双向储能变流器还用于电力连接至单相市电接口；所述三相交流双向储能变流器用于输出400V交流电，且所述三相交流双向储能变流器用于电力连接至三相市电接口。
在可选的实施方式中，所述储能及能量管理单元用于在市电接入的情况下控制所述多能源微电网供电系统进入并网运行模式；所述储能及能量管理单元还用于在市电断开的情况下控制所述多能源微电网供电系统进入离网运行模式。
在可选的实施方式中，在并网运行模式下，所述储能及能量管理单元用于在检测到负荷接入的条件下，控制光伏发电单元、燃料电池单元和隐身电站单元依次按照各自最大功率点输出功率。
在可选的实施方式中，在所述光伏发电单元、所述燃料电池单元及所述隐身电站单元同时按照最大功率输出，还不能满足负荷消耗功率的条件下，在所述隐身电站单元的油箱容量还剩有1小时满负荷供电能力时，切除所述三级负荷，保留所述二级负荷和所述一级负荷，不足的电力由所述储能及能量管理单元提供，检测所述储能及能量管理单元的SOC，在SOC＜40％的条件下，切除二所述级负荷，只保留所述一级负荷。
在可选的实施方式中，所述光伏发电单元、所述燃料电池单元及所述隐身电站单元相互独立地电力连接至所述直流母线，以使所述光伏发电单元、所述燃料电池单元及所述隐身电站单元能够在不并机的情况下单独供电。
本发明实施例的有益效果包括，例如：
本发明实施例提供了一种基于直流母线的多能源微电网供电系统，其中光伏发电单元、燃料电池单元、隐身电站单元均与储能及能量管理单元通信连接，且隐身电站单元、储能及能量管理单元、光伏发电单元和燃料电池单元均电力连接至直流母线，以实现直流母线并机，输出变流单元电力连接至直流母线，以实现交流并机，并输出供电电源。本发明通过对各分布式能源在组网之前，经过变流，形成与储能一致的直流电压进行组网，从而实现了直流母线并机，最后通过输出变流单元实现交流变换，输出供电电源，利用直流并线，交流输出，从而解决了微电网的可靠性和稳定性问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明实施例提供的基于直流母线的多能源微电网供电系统的示意图。
图标：100-基于直流母线的多能源微电网供电系统；110-储能及能量管理单元；120-光伏发电模块；121-第一DC/AC变流模块；123-第一DC/DC变流模块；130-燃料电池模块；131-第二DC/AC变流模块；133-第二DC/DC变流模块；140-隐身电站模块；141-AC/DC变流模块；150-直流母线；160-单相交流双向储能变流器；170-三相交流双向储能变流器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
具体实施例
参见图1，本实施例提供一种基于直流母线的多能源微电网供电系统100，其能够实现直流并线，交流输出，提高微电网的可靠性和稳定性。
本实施例提供的基于直流母线的多能源微电网供电系统100，包括储能及能量管理单元110、光伏发电单元、燃料电池单元、隐身电站单元和输出变流单元，光伏发电单元、燃料电池单元、隐身电站单元均与储能及能量管理单元110通信连接，且隐身电站单元、储能及能量管理单元110、光伏发电单元和燃料电池单元均电力连接至直流母线150，且隐身电站单元、光伏发电单元和燃料电池单元均用于形成直流电压，以实现直流母线150并机，输出变流单元电力连接至直流母线150，以实现交流并机，并输出供电电源。
在本实施例中，隐身电站单元、燃料电池单元以及光伏发电单元均通过变流后形成直流电压，从而实现与直流母线150之间的电力连接，而输出变流单元则将直流电压变流成交流电压，从而能够输出供电电源，实现交流负荷。本实施例通过对各分布式能源在组网之前，经过变流，形成与储能一致的直流电压进行组网，从而实现了直流母线150并机，最后通过输出变流单元实现交流变换，输出供电电源，利用直流并线，交流输出，从而解决了微电网的可靠性和稳定性问题。
需要说明的是，本实施例中隐身电站单元、燃料电池单元以及光伏发电单元均可以是多个，本实施例中仅仅以分别为一个为例进行说明，在本实施例中，直流母线150还可以连接有多个预留接口，从而能够自主地连接其余的单元模块。
在本实施例中，隐身电站单元包括隐身电站模块140和AC/DC变流模块141，隐身电站模块140、AC/DC变流模块141和直流母线150依次电力连接，隐身电站模块140还用于电力连接交流负荷。具体而言，隐身电站模块140可以通过水冷柴油机和发电机实现发电，并通过消音、降温技术来实现降噪和冷却，进而实现了静默隐身，减少了对操作人员的声损害，提高了微电网以及装备的隐蔽能力，有利于微电网的使用和推广。隐身电站模块140用于输出工频交流电，并通过AC/DC变流模块141实现变流，从而输出直流电，实现与微电网的其它单元模块进行并机组网供电。同时，隐身电站模块140还可以通过切换开关与交流负荷电力连接，从而实现直接供电。
需要说明的是，在本实施例中隐身电站模块140还可以连接有一储能电池，将多余的发电量储存起来，或者利用储能电池进行电量补充，该储能电池可以与AC/DC模块连接，从而实现直流电压储能。
在本实施例中，光伏发电单元包括光伏发电模块120、第一DC/AC变流模块121和第一DC/DC变流模块123，光伏发电模块120、第一DC/DC变流模块123与直流母线150依次电力连接，且光伏发电模块120与第一DC/AC变流模块121电力连接，第一DC/AC变流模块121还用于电力连接交流负荷和单相市电接口。具体地，光伏发电模块120与常规的光伏发电装置相同，均是将光能转换为电能的装置，其基本结构和发电原理在此不做详细介绍。同时，光伏发电模块120还可以通过切换开关与交流负荷电力连接，从而实现供电。
在本实施例中，燃料电池单元包括燃料电池模块130、第二DC/AC变流模块131和第二DC/DC变流模块133，燃料电池模块130、第二DC/DC变流模块133与直流母线150依次电力连接，且燃料电池模块130与第二DC/AC变流模块131电力连接，第二DC/AC变流模块131还用于电力连接交流负荷和单相市电接口。具体地，燃料电池模块130与常规的燃料电池发电装置一致，均是将化学能转换成电能的装置，其基本结构和原理在此不做详细介绍。同时，燃料电池模块130还可以通过切换开关与交流负荷电力连接，从而实现供电。
在本实施例中，第一DC/AC变流模块121和第二DC/AC变流模块131可以分别与单相市电接口连接，从而能够实现市电接入，并且更加市电接入情况控制整个系统进入离网运行模式或并网运行模式。
在本实施例中，输出变流单元包括单相交流双向储能变流器160和三相交流双向储能变流器170，单相交流双向储能变流器160电力连接至直流母线150，并用于至少电力连接至一级负荷、二级负荷和三级负荷，三相交流双向储能变流器170电力连接至直流母线150，并用于电连接连接至三相交流负荷。具体地，单相交流双向储能变流器160还可以电力连接若干负荷，并连接至级联并机接口，以实现不同供电环境。
在本实施例中，单相交流双向储能变流器160用于输出230V交流电，且单相交流双向储能变流器160还用于电力连接至单相市电接口；三相交流双向储能变流器170用于输出400V交流电，且三相交流双向储能变流器170用于电力连接至三相市电接口。当然，此处对于变流后的交流电压仅仅是举例说明，并不起到具体限定作用。
在本实施例中，储能及能量管理单元110用于在市电接入的情况下控制多能源微电网供电系统进入并网运行模式；储能及能量管理单元110还用于在市电断开的情况下控制多能源微电网供电系统进入离网运行模式。具体地，储能及能量管理单元110包括储能模块和能量管理模块，储能模块用于电力连接至直流母线150，储能模块包括电池组、电池管理系统和双向变流器，电池组、双向变流器和直流母线150依次电力连接，可以实现能量的双向流动，既可以通过其他模块对电池组进行充电，也可以直接将电能输出至直流母线150上。能量管理模块用于监控各个发电模块。能量管理模块包括配电系统和运行监控系统，其中，配电系统作为电力传输枢纽用于控制各个发电模块的电能输出，具体的，配电系统用于实现区域内各发电模块就地集中接入功能，负责各发电模块电能输出及区域内用电负荷的电能输送。运行监控系统作为电力调度枢纽，负责各发电模块及负荷的供用电调度工作。运行监控系统包括控制模块和监控模块，控制模块用于对各个发电模块进行通讯控制和能量管理，具体的，控制模块采用嵌入式ARM系统，运行稳定，包括以太网、RS485、DI/DO、CAN等多种接口，满足对各个设备通讯控制及能量管理需求。监控模块用于人机交互，将系统运行信息进行友好展示。
在本实施例中，在并网运行模式下，储能及能量管理单元110用于在检测到负荷接入的条件下，控制光伏发电单元、燃料电池单元和隐身电站单元依次按照各自最大功率点输出功率。
进一步地，在光伏发电单元、燃料电池单元及隐身电站单元同时按照最大功率输出，还不能满足负荷消耗功率的条件下，在隐身电站单元的油箱容量还剩有1小时满负荷供电能力时，切除三级负荷，保留二级负荷和一级负荷，不足的电力由储能及能量管理单元110提供，检测储能及能量管理单元110的SOC，在SOC＜40％的条件下，切除二级负荷，只保留一级负荷。
在本实施例中，光伏发电单元、燃料电池单元及隐身电站单元相互独立地电力连接至直流母线150，以使光伏发电单元、燃料电池单元及隐身电站单元能够在不并机的情况下单独供电。具体地，各个发电模块均连接至交流负荷，通过储能及能量管理单元110对发电模块进行并网、离网和独立供电的工作模式的切换，实现各个单元独立供电。
综上所述，本实施例提供了一种基于直流母线的多能源微电网供电系统100，其中光伏发电单元、燃料电池单元、隐身电站单元均与储能及能量管理单元110通信连接，且隐身电站单元、储能及能量管理单元110、光伏发电单元和燃料电池单元均电力连接至直流母线150，以实现直流母线150并机，输出变流单元电力连接至直流母线150，以实现交流并机，并输出供电电源。本发明通过对各分布式能源在组网之前，经过变流，形成与储能一致的直流电压进行组网，从而实现了直流母线150并机，最后通过单相230V交流双向储能变流器(PCS)和三相400V交流双向储能变流器进行交流并机，输出供电电源。利用直流并线，交流输出，从而解决了微电网的可靠性和稳定性问题。此外，储能及能量管理单元110用于在检测到市电接入/脱开时，控制基于直流母线的多能源微电网供电系统100进入并网/离网运行模式，同时微电网供电系统中各模块单元还可以在不并机的情况下独立供电，从而提升了微电网的供电可靠性和多样性，适用性高。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于直流母线的多能源微电网供电系统，其特征在于，包括储能及能量管理单元、光伏发电单元、燃料电池单元、隐身电站单元和输出变流单元，所述光伏发电单元、所述燃料电池单元、所述隐身电站单元均与所述储能及能量管理单元通信连接，且所述隐身电站单元、所述储能及能量管理单元、所述光伏发电单元和所述燃料电池单元均电力连接至直流母线，且所述隐身电站单元、所述光伏发电单元和所述燃料电池单元均用于形成直流电压，以实现直流母线并机，所述输出变流单元电力连接至所述直流母线，以实现交流并机，并输出供电电源。
2.根据权利要求1所述的基于直流母线的多能源微电网供电系统，其特征在于，所述隐身电站单元包括隐身电站模块和AC/DC变流模块，所述隐身电站模块、所述AC/DC变流模块和所述直流母线依次电力连接，所述隐身电站模块还用于电力连接交流负荷。
3.根据权利要求1所述的基于直流母线的多能源微电网供电系统，其特征在于，所述光伏发电单元包括光伏发电模块、第一DC/AC变流模块和第一DC/DC变流模块，所述光伏发电模块、所述第一DC/DC变流模块与所述直流母线依次电力连接，且所述光伏发电模块与所述第一DC/AC变流模块电力连接，所述第一DC/AC变流模块还用于电力连接交流负荷和单相市电接口。
4.根据权利要求1所述的基于直流母线的多能源微电网供电系统，其特征在于，所述燃料电池单元包括燃料电池模块、第二DC/AC变流模块和第二DC/DC变流模块，所述燃料电池模块、所述第二DC/DC变流模块与所述直流母线依次电力连接，且所述燃料电池模块与所述第二DC/AC变流模块电力连接，所述第二DC/AC变流模块还用于电力连接交流负荷和单相市电接口。
5.根据权利要求3或4所述的基于直流母线的多能源微电网供电系统，其特征在于，所述输出变流单元包括单相交流双向储能变流器和三相交流双向储能变流器，所述单相交流双向储能变流器电力连接至所述直流母线，并用于至少电力连接至一级负荷、二级负荷和三级负荷，所述三相交流双向储能变流器电力连接至所述直流母线，并用于电连接连接至三相交流负荷。
6.根据权利要求5所述的基于直流母线的多能源微电网供电系统，其特征在于，所述单相交流双向储能变流器用于输出230V交流电，且所述单相交流双向储能变流器还用于电力连接至单相市电接口；所述三相交流双向储能变流器用于输出400V交流电，且所述三相交流双向储能变流器用于电力连接至三相市电接口。
7.根据权利要求6所述的基于直流母线的多能源微电网供电系统，其特征在于，所述储能及能量管理单元用于在市电接入的情况下控制所述多能源微电网供电系统进入并网运行模式；所述储能及能量管理单元还用于在市电断开的情况下控制所述多能源微电网供电系统进入离网运行模式。
8.根据权利要求7所述的基于直流母线的多能源微电网供电系统，其特征在于，在并网运行模式下，所述储能及能量管理单元用于在检测到负荷接入的条件下，控制光伏发电单元、燃料电池单元和隐身电站单元依次按照各自最大功率点输出功率。
9.根据权利要求8所述的基于直流母线的多能源微电网供电系统，其特征在于，在所述光伏发电单元、所述燃料电池单元及所述隐身电站单元同时按照最大功率输出，还不能满足负荷消耗功率的条件下，在所述隐身电站单元的油箱容量还剩有1小时满负荷供电能力时，切除所述三级负荷，保留所述二级负荷和所述一级负荷，不足的电力由所述储能及能量管理单元提供，检测所述储能及能量管理单元的SOC，在SOC＜40％的条件下，切除二所述级负荷，只保留所述一级负荷。
10.根据权利要求1所述的基于直流母线的多能源微电网供电系统，其特征在于，所述光伏发电单元、所述燃料电池单元及所述隐身电站单元相互独立地电力连接至所述直流母线，以使所述光伏发电单元、所述燃料电池单元及所述隐身电站单元能够在不并机的情况下单独供电。
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| CN202210453061.8A CN117013589A (zh) | 2022-04-27 | 2022-04-27 | 基于直流母线的多能源微电网供电系统 |
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Cited By (1)
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2022
- 2022-04-27 CN CN202210453061.8A patent/CN117013589A/zh active Pending
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN117559568A (zh) * | 2024-01-12 | 2024-02-13 | 广东海洋大学 | 基于风力发电和波浪能发电的级联微电网功率分配方法 |
| CN117559568B (zh) * | 2024-01-12 | 2024-04-09 | 广东海洋大学 | 基于风力发电和波浪能发电的级联微电网功率分配方法 |
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