CN205610232U - 混合电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种混合电源系统，包括电网接入模块、控制模块和储能模块，所述电网接入模块、储能模块均与所述控制模块电连接。所述电网接入模块用于接入电网的电能并向外部设备供电。所述储能模块用于储能并向外部设备供电。所述控制模块用于依据所述电网接入模块输出的第一功率及外部设备的用电功率控制是否使能所述储能模块，当所述储能模块被使能时，所述储能模块输出第二功率，所述第一功率和第二功率叠加以驱动外部设备。本混合电源系统通过储能模块与电网接入模块配合的供电方式，安全可靠，灵活性高。

Description

混合电源系统

技术领域

本实用新型涉及航空地面电源系统领域，具体而言，涉及一种混合电源系统。

背景技术

由于机场的廊桥停机位数量有限，随着机场吞吐的快速增长，多数机场不断增加远机位的规划和建设。在机场的建设时，远机位预留的配电通常仅考虑照明、小型电动工具用电，其它用电设备可使用配电容量在10kVA～15kVA，没有考虑飞机等外部设备停靠期间的供电问题，作为主力客运飞机的波音737、空客320等飞机，对配电的要求甚至超过90kVA。因此在不对机场配电进行大规模改造的前提下，使飞机停靠远机位的同时，采用地面电源供电以解决飞机停靠期间采用飞机APU电源问题，实现节能减排、降低航空成本、创建绿色机场的目标。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种混合电源系统，以改善上述的问题。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下所述：

一种混合电源系统，用于对外部设备供电，所述混合电源系统包括电网接入模块、控制模块和储能模块，所述电网接入模块、储能模块均与所述控制模块电连接，其中，

所述电网接入模块用于接入电网的电能并向外部设备供电；

所述储能模块用于储能并向外部设备供电；

所述控制模块用于依据所述电网接入模块输出的第一功率及外部设备的用电功率控制是否使能所述储能模块，当所述储能模块被使能时，所述储能模块输出第二功率，所述第一功率和第二功率叠加以驱动外部设备。

优选地，所述混合电源系统还包括母线，所述电网接入模块、储能模块、控制模块均与所述母线连接，并通过所述母线为外部设备供电，其中，

所述控制模块还用于采集所述母线上的电压值，当第一功率小于外部设备的用电功率时，所述控制模块依据该电压值计算所述储能模块输出的第二功率的大小。

优选地，所述混合电源系统还包括母线及太阳能发电模块，所述太阳能发电模块、控制模块、电网接入模块和储能模块均与所述母线连接，其中，

所述太阳能发电模块用于将太阳能转换为电能并向外部设备供电，以及向所述储能模块充电；

所述控制模块还用于控制所述太阳能发电模块向外部设备供电以及控制所述太阳能发电模块向所述储能模块充电。

优选地，当所述太阳能发电模块正常工作时，所述控制模块控制所述太阳能发电模块优先为外部设备供电；当所述太阳能发电模块输出的第三功率小于外部设备的用电功率时，所述控制模块控制所述电网引入模块引入的电网的电能为外部设备供电；当所述电网引入模块输出的第一功率和所述太阳能发电模块输出的第三功率叠加后仍小于外部设备的用电功率时，所述控制模块控制储能模块输出第二功率，并与第一功率和第三功率叠加。

优选地，所述混合电源系统还包括超级电容器模块，所述超级电容器模块与所述母线电连接，所述超级电容器模块用于向外部设备提供瞬时功率。

优选地，所述混合电源系统还包括直流发电模块，所述直流发电模块与所述母线电连接，所述直流发电模块用于产生直流电，并向外部设备供电。

优选地，所述混合电源系统还包括交流发电模块，所述交流发电模块与所述母线电连接，所述交流发电模块用于产生交流电，并向外部设备供电。

优选地，所述混合电源系统还包括双向整流逆变模块，所述电网接入模块通过所述双向整流逆变模块与母线电连接，所述双向整流逆变模块用于将电网输出的交流电源变换为直流电源并输出至母线。

优选地，所述混合电源系统还包括双向逆变模块，所述母线通过双向逆变模块与外部设备连接，所述双向逆变模块用于将母线上的直流电源变换为交流电源并输出给外部设备。

优选地，所述电网接入模块、控制模块和储能模块集成在一配电箱内。

本实用新型实现的有益效果：本实用新型提供的机场混合电源系统通过将太阳能发电模块、电网接入模块、直流发电模块、交流发电模块产生的电能接入母线上，储能模块和超级电容器模块存储母线上的电能。控制模块按照预先设定的优先等级合理地控制各模块向外部设备供电，在不对机场配电进行大规模改造的前提下，为停靠于远机位的外部设备提供电源，安全可靠，灵活性高。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种混合电源系统的功能模块架构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的第二种混合电源系统的功能模块架构示意图。

图3是本实用新型实施例提供的第三种混合电源系统的功能模块架构示意图。

其中，附图标记汇总如下：控制模块110、电网接入模块120、太阳能发电模块130、储能模块140、双向整流逆变模块150、双向逆变模块160、直流双向电压变换模块170、电网180、母线190、直流发电模块210、交流发电模块220、超级电容器模块230。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

请参照图1，是本实用新型实施例提供的混合电源系统100的功能模块架构示意图。该混合电源系统100用于对停放于机场外部设备供电，比如飞机和空调，本实施例以飞机为例做介绍。本实施例提供的混合电源系统100包括控制模块110、电网接入模块120和储能模块130。控制模块110与电网接入模块120、储能模块130均电连接。

其中，电网接入模块120、储能模块130均与一母线190电连接，通过母线190为外部设备提供电能，同时通过该母线190实现电网接入模块120、储能模块130的电连接，该母线190为直流母线。应该说明的是，本实用新型实施例中，电网接入模块120、储能模块130的数量可以是单个，也可是多个，本实施例对此不做限定。优选地，控制模块110、电网接入模块120、储能模块130、母线190集成在一配电箱内，通过将零散的系统集成为一个有机的整体，安装方便，易于移动，有利于后期维护。同时配电箱能够将控制模块110、电网接入模块120、储能模块130、母线190与外界环境隔离，防止零散系统中各个模块受外界破坏，比如拖拽、打结等引起的线路破坏或者模块之间的短路。

电网接入模块120用于接入电网180的电能并向外部设备输出第一功率，控制模块110根据第一功率和外部设备的用电功率判断是否需要使能储能模块130。在本实施例中，控制模块110检测母线190上的电压值，以此得到第一功率。

当电网接入模块120输出的第一功率的值小于外部设备的用电功率时，控制模块110使能储能模块130，使储能模块130输出第二功率，第一功率与第二功率叠加，以为外部设备供电。优选地，控制模块110依据检测到的电压值计算出需要输出的第二功率的大小。容易理解的，储能模块110输出的第二功率的大小为动态的值，其大小取决于第一功率和外部设备的用电功率。储能模块130可以包括但不限于为锂离子电池、铅酸电池、铅炭电池等蓄电池。

当第一功率大于外部设备的用电功率时，控制模块110控制储能模块130存储电网接入模块120接入的额外的电能。

在本实施例中，母线190上的电源为直流电源，给外部设备的供电中，有时候需要提供交流电源，故而本实施例提供的混合电源系统100还包括双向逆变模块160，母线190通过双向逆变模块160与外部设备连接，双向逆变模块160用于将母线190上的直流电源变换为交流电源并输出给外部设备。由于电网的电源为交流电源，电网接入模块120接入的电源需要进行变换才能输出至母线190上，本实施例提供的混合电源系统100还包括双向整流逆变模块150，电网接入模块120通过双向整流逆变模块150与母线190电连接，双向整流逆变模块150用于将电网180输出的交流电源变换为直流电源并输出至母线190。此外，储能电池130向母线190输送电能以及存储母线190上的电能也有电压要求，本实施例中，储能模块130通过一直流双向电压变换模块170与母线190电连接，直流双向电压变换模块170用于变换储能模块130输出的直流电源的电压，以使变换后的电压能够符合要求的配送至母线190上，以及变换母线190上的直流电源的电压，以使变换后的电压能够符合要求的为储能模块140充电。由于以上所述的电源的变换在现有技术中较为常见，此处不再赘述。

本实施例提供的混合电源系统100通过储能模块130与电网接入模块120配合，为外部设备供电的方式更加灵活可靠，实用性强。

由于外部设备的起降过程要求场地的能见度高，所以机场一般建造在视野开阔，阳光较为充足的地方。为响应绿色环保宗旨，对于太阳能利用率较高的机场，本实施例还提供了一种能够利用太阳能供电的混合电源系统200。

请参照图2，是本实施例提供的混合电源系统200的功能模块架构示意图。该混合电源系统200相较于混合电源系统100的区别在于，混合电源系统200还包括太阳能发电模块140，本实施例对太阳能发电模块140的数量亦不做限定。太阳能发电模块140通过一直流双向电压变换模块170与母线190连接，太阳能发电模块140产生的电能通过直流双向电压变换模块170调整电压后输送至母线190上，为外部设备供电，同时可以为储能模块130充电。

在本实施例提供的混合电源系统200中，当太阳能发电模块140正常工作时，控制模块110控制太阳能发电模块140优先为外部设备供电，太阳能作为清洁能源，将太阳能发电模块140作为第一优先级为外部设备输送第三功率，对环境更友好。

当太阳能发电模块140输送的第三功率大于外部设备的用电功率时，控制模块110控制储能模块130存储太阳能发电模块140输出的额外的电能。太阳能发电模块140的容量根据工程实际设计，一般不超过供电容量，例如90KVA。优选的，太阳能发电功率容量为：【(0.1～0.3)×供电容量×日均供电小时数】÷太阳能日均发电小时数。

当太阳能发电模块140发电能力不足，使得输出的第三功率小于外部设备的用电功率时，控制模块110控制电网引入模块120引入的电网的电能为外部设备供电，此处电网引入模块120输出的第一功率与太阳能发电模块140输出的第三功率叠加后为外部设备供电。当电网引入模块120向外部设备输出第一功率与太阳能发电模块140输出的第三功率叠加后的功率大于外部设备的用电功率时，储能模块130存储电网接入模块120输出的额外的电能。

当太阳能发电模块140停止工作(比如夜间)，仅由电网引入模块120输出的第一功率为外部设备供电，且电网引入模块120向外部设备输出第一功率大于外部设备的用电功率时，储能模块130存储电网接入模块120输出的额外的电能。

当电网引入模块120输出的第一功率和太阳能发电模块140输出的第三功率叠加后仍小于外部设备的用电功率，或者电网引入模块120独自输出的第一功率小于外部设备的用电功率时，控制模块110控制储能模块130输出第二功率，并与第一功率和第三功率叠加后为外部设备供电。上述供电方式灵活，效率高。

请参照图3，是本实用新型实施例提供的另一种混合电源系统300的功能模块架构示意图。该混合电源系统300与混合电源系统200的区别在于：混合电源系统300还包括超级电容器模块230、直流发电模块210和交流发电模块220。其中，直流发电模块210和超级电容器模块230均通过直流双向电压变换模块170与母线190电连接，交流发电模块220通过双向整流逆变模块150与母线190电连接。直流发电模块210用于产生直流电，通过直流双向电压变换模块170将产生的直流电变换后配送至母线190上，以向外部设备供电。交流发电模块220用于产生交流电，通过双向整流逆变模块150将产生的交流电变换为直流电后配送至母线190上，以向外部设备供电。超级电容器模块230可用于存储太阳能发电模块130产生的电能、电网接入模块120引入的电能。通过引入电网电源向外部设备供电，当电网电源出现电压暂降时，机场地面中频电源的输入保护机制，会因欠压等故障检测触发保护停机，进而引起给外部设备供电的非正常中断，甚至可能导致机载用电仪器设备的误动作甚至损坏。超级电容器模块230的充放电速度快，能够产生瞬时大功率能量输出，在电网180电压发生电压暂降时，向外部设备输出瞬时大功率能量，防止电网180电压暂降引起的故障。

下面通过具体的应用场景表格对本实施例提供的混合电源系统200的供电方式做介绍。

一、晴天(光照较好)

在光照较好的情况下：太阳能发电模块140和电网侧输入的电量大于外部设备用电量，因此在此工况下，最大程度的利用太阳能发电，减少从电网取电。在此情况下，储能模块130只用于补充瞬时功率不足，完成一天循环之后，储能模块130的电量仍然为标配300kW.h。

二、晴天(光照一般)

在光照一般的情况下，电网输入和太阳能发电模块140均按照其最大能力输出功率，此时输入功率与外部设备用电功率匹配。在此情况下，储能模块130只用于补充瞬时功率不足，完成一天循环之后，电池电量仍然为标配300kW.h。

三、雨天(光照较差)

在极端恶劣情况下，太阳能发电模块140不能输出能量，外部设备使用电能均来源于电网输入和储能模块130，其中储能模块130提供电能为228kW.h。根据储能模块130配置，在此工况下，可以至少连续工作2天。

四、阴天(光照较差)+线路检修

在此场景下，在电网线路检修过程中，电源供电均由储能模块130提供。单日储能模块130放电电量为342kW.h。

以能量流动的方向而论，本实施例提供的机场混合电源系统300中电网接入模块120、储能模块130既可以是供电单元，也可以是用电单元，能量可以双向流动；太阳能发电模块140是单纯的供电单元，能量流动方向是单向的，流向母线190。

通过将电网接入模块120、太阳能发电模块140、储能模块130接入同一个可调度的母线190，实现所有用电单元和供电单元的无缝接入，通过控制模块110对母线190的管理可以平滑实现同一具有双重属性的平滑切换。

本实施例提供的机场混合电源系统300通过太阳能发电模块140作为第一优先级向外部设备供电，节能环保。同时搭配储能模块130和电网接入模块120智能地向外部设备供电，安全可靠，灵活性高。在不对机场配电进行大规模改造的前提下，为停靠于远机位的外部设备提供电源。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以上对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

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。

此外，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。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。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实用新型中的具体含义。

Claims (10)

1.一种混合电源系统，用于对外部设备供电，其特征在于，所述混合电源系统包括电网接入模块、控制模块和储能模块，所述电网接入模块、储能模块均与所述控制模块电连接，其中，

所述电网接入模块用于接入电网的电能并向外部设备供电；

所述储能模块用于储能并向外部设备供电；

所述控制模块用于依据所述电网接入模块输出的第一功率及外部设备的用电功率控制是否使能所述储能模块，当所述储能模块被使能时，所述储能模块输出第二功率，所述第一功率和第二功率叠加以驱动外部设备。

2.根据权利要求1所述的混合电源系统，其特征在于，还包括母线，所述电网接入模块、储能模块、控制模块均与所述母线连接，并通过所述母线为外部设备供电，其中，

所述控制模块还用于采集所述母线上的电压值，当第一功率小于外部设备的用电功率时，所述控制模块依据该电压值计算所述储能模块输出的第二功率的大小。

3.根据权利要求1所述的混合电源系统，其特征在于，还包括母线及太阳能发电模块，所述太阳能发电模块、控制模块、电网接入模块和储能模块均与所述母线连接，其中，

所述太阳能发电模块用于将太阳能转换为电能并向外部设备供电，以及向所述储能模块充电；

所述控制模块还用于控制所述太阳能发电模块向外部设备供电以及控制所述太阳能发电模块向所述储能模块充电。

4.根据权利要求3所述的混合电源系统，其特征在于，当所述太阳能发电模块正常工作时，所述控制模块控制所述太阳能发电模块优先为外部设备供电；当所述太阳能发电模块输出的第三功率小于外部设备的用电功率时，所述控制模块控制所述电网引入模块引入的电网的电能为外部设备供电；当所述电网引入模块输出的第一功率和所述太阳能发电模块输出的第三功率叠加后仍小于外部设备的用电功率时，所述控制模块控制储能模块输出第二功率，并与第一功率和第三功率叠加。

5.根据权利要求2或3所述的混合电源系统，其特征在于，还包括超级电容器模块，所述超级电容器模块与所述母线电连接，所述超级电容器模块用于向外部设备提供瞬时功率。

6.根据权利要求2或3所述的混合电源系统，其特征在于，还包括直流发电模块，所述直流发电模块与所述母线电连接，所述直流发电模块用于产生直流电，并向外部设备供电。

7.根据权利要求2或3所述的混合电源系统，其特征在于，还包括交流发电模块，所述交流发电模块与所述母线电连接，所述交流发电模块用于产生交流电，并向外部设备供电。

8.根据权利要求2或3所述的混合电源系统，其特征在于，还包括双向整流逆变模块，所述电网接入模块通过所述双向整流逆变模块与母线电连接，所述双向整流逆变模块用于将电网输出的交流电源变换为直流电源并输出至母线。

9.根据权利要求2或3所述的混合电源系统，其特征在于，还包括双向逆变模块，所述母线通过双向逆变模块与外部设备连接，所述双向逆变模块用于将母线上的直流电源变换为交流电源并输出给外部设备。

10.根据权利要求1所述的混合电源系统，其特征在于，所述电网接入模块、控制模块和储能模块集成在一配电箱内。