CN208028583U - 直流供热系统的面向用户的多模态综合能量供给系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及新能源技术领域，尤其涉及一种直流供热系统的面向用户的多模态综合能量供给系统。其可以实现不同分布式电源运行模式的灵活切换。包括220V入户交流电、光伏发电系统、风力发电系统、储能系统、220V直流母线、日常负荷及直流供热系统；交流电与AC/DC整流器相连，该AC/DC整流器与联络开关K1相连、通过联络开关K1连接至220V直流母线；光伏发电系统通过联络开关K2连接至220V直流母线；风力发电系统通过联络开关K3连接至220V直流母线；日常负荷与DC/AC逆变器相连，该DC/AC逆变器通过联络开关K4连接至220V直流母线；直流供热系统与变频器相连，该变频器与DC/DC换流器相连，该DC/DC换流器通过联络开关K5连接至220V直流母线；储能系统通过联络开关K6连接至220V直流母线。

Description

直流供热系统的面向用户的多模态综合能量供给系统

技术领域

本实用新型涉及新能源技术领域，尤其涉及一种直流供热系统的面向用户的多模态综合能量供给系统。

背景技术

分布式发电作为一种可再生能源的一种重要利用形式，世界范围内得到了快速发展。分布式电源以其在供电可靠性、灵活性以及降低环境污染等方面的巨大优势，受到了人们的广泛关注。可再生能源中，太阳能、风能得到了飞速的发展。

太阳能、风能有效地减少了二氧化碳的排放，是环境友好型的能源，现有的风力供电、太阳能供电或者风光互补供电系统中，电能储存在储能装置中，当需要使用的时候用储能装置中的电能供给负载，在此供电过程中存在多个变流环节，能源利用率低。在现实生活中的供热问题，特别是在边远山区或者孤岛，供热用电问题，消耗了很大一部分能源。传统的电加热水器对能源的利用率很低，这样就增加了风光发电系统需求的容量，从而增加了系统成本。

发明内容

本实用新型就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种直流供热系统的面向用户的多模态综合能量供给系统，其可以实现不同分布式电源运行模式的灵活切换。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，包括220V入户交流电、光伏发电系统、风力发电系统、储能系统、220V直流母线、日常负荷及直流供热系统。

所述220V入户交流电与一AC/DC整流器相连，该AC/DC整流器与联络开关K1相连、通过联络开关K1连接至220V直流母线。

所述光伏发电系统通过联络开关K2连接至220V直流母线。

所述风力发电系统通过联络开关K3连接至220V直流母线。

所述日常负荷与DC/AC逆变器相连，该DC/AC逆变器与联络开关K4相连、通过联络开关K4连接至220V直流母线。

所述直流供热系统与变频器相连，该变频器与一DC/DC换流器相连，该DC/DC换流器通过联络开关K5连接至220V直流母线。

所述储能系统通过联络开关K6连接至220V直流母线。

作为本实用新型的一种优选方案，所述光伏发电系统包括光伏电池、一防雷汇流箱、光伏控制器；所述光伏电池与一防雷汇流箱相连，所述防雷汇流箱与光伏控制器相连，该光伏控制器与另一DC/DC换流器的输入端相连；该DC/DC换流器的输出端与联络开关K2相连。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述风力发电系统包括风力发电机、另一防雷汇流箱、风电控制器及另一AC/DC整流器；所述风力发电机与另一防雷汇流箱相连，所述防雷汇流箱与风电控制器相连，所述风电控制器与另一AC/DC整流器的输入相连，该AC/DC整流器的输出与联络开关K3相连。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述储能系统包括超级电容、蓄电池、储能变流器；所述储能变流器的输入分别与超级电容及蓄电池相连，所述储能变流器的输出与第三DC/DC换流器相连；该DC/DC换流器与联络开关K6连接。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述直流供热系统包括水箱，该水箱设置有冷水进水口及热水出水口，所述水箱内设置有冷凝器；还包括用于存放制冷剂的储液罐、与储液罐相连的膨胀阀、蒸发器及压缩机；所述储液罐的进口通过管道与冷凝器相连，该储液罐的出口通过管道与蒸发器的入口相连，储液罐与蒸发器相连的管道上设置有膨胀阀；该蒸发器的出口与压缩机入口相连，该压缩机（直流热泵）的出口与冷凝器相连，该压缩机的供电端与所述变频器相连。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述联络开关K1、K2、K3、K4、K5及K6分别与一输出继电器相连，该输出继电器与一PLC相连；该联络开关K1、K2、K3、K4、K5、K6均连接有各自的联络开关状态检测器，所述PLC与联络开关状态检测器相连。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述联络开关状态检测器采用开关状态监测模块。

与现有技术相比本实用新型有益效果。

本实用新型的供给系统工作模态的灵活性；该供给系统有5种工作模态，各种分布式电源、负荷、储能装置的工作模式由联络开关控制，通过控制K1-K6的开断状态，可以实现不同分布式电源运行模式的灵活切换。

本实用新型多种能量之间的转化，该系统可以实现风能、光能、热能和电能之间的单向转化，同时可以实现电能和储能之间的双向转化。通过各种能量之间的合理调配，实现能量的充足供给，并且更高效地使用能量。

本实用新型分布式电源和储能元件的多元性，有效利用可再生能源和确保分布式电源的多样性，减少电力供应对环境的影响，采用交替电池和超级电容作为储能元件，既经济，又降低对环境污染，使用寿命相对较长，充电速度较快。

本实用新型母线为220V直流母线，有6个端口，连接日常负荷的端口可直接将直流220V逆变成交流220V，直接供日常负荷使用，不需要再进行变压，大大降低变压中电能的损耗。

本实用新型直流供热系统除了具备制取热水的功能外，冷水水源直接进入入水口，利用传热介质为载体，通过蒸发器的强制换热，从大气中吸取热量，同时逆流循环吸收经过压缩机压缩后的高温高压的制冷剂释放出来的热量，起到加热冷水的目的。

本实用新型供电供热系统工作模式的灵活性，该系统有5种模态，各种分布式电源、负荷、储能装置的工作模态由联络开关控制，通过控制K1-K6的开断状态，可以实现不同分布式电源运行模式的灵活切换。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。本实用新型保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1是本实用新型供给系统示意图。

图2是本实用新型直流供热系统示意图。

图中，1为进水口、2为出水口、3为水箱、4为冷凝器、5为储液罐、6为膨胀阀、8为蒸发器、9为压缩机。

具体实施方式

如图1-2所示，本实用新型包括220V入户交流电、光伏发电系统、风力发电系统、储能系统、220V直流母线、日常负荷及直流供热系统。

所述220V入户交流电与一AC/DC整流器相连，该AC/DC整流器与联络开关K1相连、通过联络开关K1连接至220V直流母线。

所述光伏发电系统通过联络开关K2连接至220V直流母线。

所述风力发电系统通过联络开关K3连接至220V直流母线。

所述日常负荷与DC/AC逆变器相连，该DC/AC逆变器与联络开关K4相连、通过联络开关K4连接至220V直流母线。

所述直流供热系统与变频器相连，该变频器与DC/DC换流器相连，该DC/DC换流器通过联络开关K5连接至220V直流母线。

所述储能系统通过联络开关K6连接至220V直流母线。

优选地，所述光伏发电系统包括光伏电池、一防雷汇流箱、光伏控制器及DC/DC换流器；所述光伏电池与一防雷汇流箱相连，所述防雷汇流箱与光伏控制器相连，该光伏控制器与DC/DC换流器的输入端相连；所述DC/DC换流器的输出端与联络开关K2相连。

优选地，所述风力发电系统包括风力发电机、另一防雷汇流箱、风电控制器及另一AC/DC整流器；所述风力发电机与另一防雷汇流箱相连，所述防雷汇流箱与风电控制器相连，所述风电控制器与另一AC/DC整流器的输入相连，该AC/DC整流器的输出与联络开关K3相连。

优选地，所述储能系统包括超级电容、蓄电池、储能变流器（PCS）及DC/DC换流器；所述储能变流器的输入分别与超级电容及蓄电池相连，所述储能变流器的输出与DC/DC换流器相连；该DC/DC换流器与联络开关K6连接。

优选地，所述直流供热系统包括水箱3，该水箱3设置有冷水进水口1及热水出水口2，所述水箱3内设置有冷凝器4；还包括用于存放制冷剂的储液罐5、与储液罐5相连的膨胀阀6、蒸发器8及压缩机9；所述储液罐5的进口通过管道与冷凝器4相连，该储液罐5的出口通过管道与蒸发器8的入口相连，储液罐5与蒸发器8相连的管道上设置有膨胀阀6；该蒸发器8的出口与压缩机9入口相连，该压缩机9（直流热泵）的出口与冷凝器4相连，该压缩机9的供电端与所述变频器相连。

优选地，所述联络开关K1、K2、K3、K4、K5及K6分别与一输出继电器相连，该输出继电器与一PLC相连；该联络开关K1、K2、K3、K4、K5、K6均连接有各自的联络开关状态检测器，所述PLC与联络开关状态检测器相连。

优选地，所述联络开关状态检测器采用开关状态监测模块。联络开关检测器监控各开关运行状态；PLC通过联络开关检测器的检测结果判断联络开关工作状态，且PLC通过控制输出继电器来控制联络开关的分和动作。实现电源的投切，其与传统设备相比，结构简单、功耗小、成本低。

具体地，所述母线为220V直流母线，有6个端口，连接日常负荷的端口可直接将直流220V逆变成交流220V，直接供日常负荷使用，不需要再进行变压。

所述直流母线，当直流母线联网时，通过主从控制，即大电网控制母线上的电压；当直流母线孤网时，通过主从控制，大容量的储能装置来控制直流母线上电压和频率。所述储能系统，包括PCS装置柜、电池柜和超级电容，电池柜和超级电容分别接到PCS装置柜，储能单元中的设备，经联络开关连接到直流母线上，实现电池与电网间的能量双向交换，可工作在蓄电池充电模式和蓄电池能量回馈模式。在独立运行时，储能环节可支持供电系统自主稳定运行，平抑系统扰动、维持发电/负荷动态平衡、保持电压/频率稳定；在孤网运行和并网运行相互切换时，储能设备作为主电源，保证重要负荷电压稳定，同时实现平滑切换。

如图2所示，所述直流供热系统该系统的工作原理是：图2内四个方框形箭头表示介质循环方向。通过膨胀阀6节流降压，将储液罐5中的制冷剂释放到传热介质中，然后传热介质在蒸发器8中蒸发吸热，带有制冷剂的传热介质再流向压缩机9，压缩机9排出的高温高压蒸汽状的制冷剂流向水箱3里的冷凝器，冷凝器冷凝放热，将热量传给通过水箱3的自来水。冷水通过进冷水管进入，吸收上述过程冷凝器释放的热量，然后从出热水管流出。该系统的优点在于：该系统除了具备制取热水的功能外，还能通过制冷系统制冷。整个制冷系统是用电来驱动的，但是供热系统是通过热交换来供热的，同时该系统是直流供电的，减少了中间的变流环节，增加了电能的利用效率，在节能环保角度是效果显著的。

所述入户220V交流电经联络开关K1接到直流母线M1上，光伏发电系统经联络开关K2接到母线M1上，所述风力发电系统经联络开关K3接到母线M1上，储能系统经联络开关K6接到母线M1上，日常负荷经联络开关K4接到M1上，供热系统经联络开关K5接到母线M1上。

通过各联络开关的状态，能够实现风能、光能、热能和电能之间的单向转化，同时可以实现电能和储能之间的双向转化，进行合理调配，实现能量的充足供给。

该系统包括以下几种模态：大电网供给模态、光电并网供给模态、风电并网供给模态、风电光电并网供给模态，储能供给模态。其模态与联络开关的状态密切相关，具体如下。

（1）大电网供给模态。

当联络开关K1、K4、K5闭合，K2和K3断开，系统处于大电网供给模态，该情况下新能源和储能装置都没有接入，仅由大电网带日常负荷和供热系统，能量由大电网流向负荷端。

（2）光电并网供给模态。

当联络开关K1、K2、K4、K5、K6闭合，K3断开，系统处于光电并网供给模态，该情况下光伏发电接入，由光伏发电带日常负荷和供热装置，同时光伏发电发出多余的电能可以储存到储能系统，能量由大电网和光伏系统流向负荷端和储能装置。

（3）风电并网供给模态。

当联络开关K1、K3、K4、K5、K6闭合，K2断开，系统处于风电并网供给模态，该情况下风力发电接入，由风力发电系统带日常负荷和供热系统，同时风力发电发出多余的电能可以储存到储能系统，能量由大电网和风力发电系统流向负荷端和储能装置。

（4）风电光电并网供给模态。

当联络开关K1、K2、K3、K4、K5、K6闭合，系统处于风电光电并网供给模态，该情况下光伏、风力同时发电接入，由风力发电和光伏发电一起带日常负荷和供热系统，同时风力发电和光伏发电发出多余的电能可以储存到储能系统，能量由大电网、光伏系统和风力发电系统流向负荷端和储能装置。

（5）储能供给模态。

当联络开关K4、K5、K6闭合，K1、K2和K3断开，系统处于储能供给模态，该情况下储能装置接入，由储能装置带日常负荷和供热系统，能量由储能系统流向负荷端。

可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.直流供热系统的面向用户的多模态综合能量供给系统，其特征在于，包括220V入户交流电、光伏发电系统、风力发电系统、储能系统、220V直流母线、日常负荷及直流供热系统；

所述220V入户交流电与一AC/DC整流器相连，该AC/DC整流器与联络开关K1相连、通过联络开关K1连接至220V直流母线；

所述光伏发电系统通过联络开关K2连接至220V直流母线；

所述风力发电系统通过联络开关K3连接至220V直流母线；

所述日常负荷与DC/AC逆变器相连，该DC/AC逆变器与联络开关K4相连、通过联络开关K4连接至220V直流母线；

所述直流供热系统与变频器相连，该变频器与一DC/DC换流器相连，该DC/DC换流器通过联络开关K5连接至220V直流母线；

所述储能系统通过联络开关K6连接至220V直流母线。

2.根据权利要求1所述的直流供热系统的面向用户的多模态综合能量供给系统，其特征在于：所述光伏发电系统包括光伏电池、一防雷汇流箱、光伏控制器；所述光伏电池与一防雷汇流箱相连，所述防雷汇流箱与光伏控制器相连，该光伏控制器与另一DC/DC换流器的输入端相连；该DC/DC换流器的输出端与联络开关K2相连。

3.根据权利要求2所述的直流供热系统的面向用户的多模态综合能量供给系统，其特征在于：所述风力发电系统包括风力发电机、另一防雷汇流箱、风电控制器及另一AC/DC整流器；所述风力发电机与另一防雷汇流箱相连，所述防雷汇流箱与风电控制器相连，所述风电控制器与另一AC/DC整流器的输入相连，该AC/DC整流器的输出与联络开关K3相连。

4.根据权利要求2所述的直流供热系统的面向用户的多模态综合能量供给系统，其特征在于：所述储能系统包括超级电容、蓄电池、储能变流器；所述储能变流器的输入分别与超级电容及蓄电池相连，所述储能变流器的输出与第三DC/DC换流器相连；该DC/DC换流器与联络开关K6连接。

5.根据权利要求1所述的直流供热系统的面向用户的多模态综合能量供给系统，其特征在于：所述直流供热系统包括水箱，该水箱设置有冷水进水口及热水出水口，所述水箱内设置有冷凝器；还包括用于存放制冷剂的储液罐、与储液罐相连的膨胀阀、蒸发器及压缩机；所述储液罐的进口通过管道与冷凝器相连，该储液罐的出口通过管道与蒸发器的入口相连，储液罐与蒸发器相连的管道上设置有膨胀阀；该蒸发器的出口与压缩机入口相连，该压缩机的出口与冷凝器相连，该压缩机的供电端与所述变频器相连。

6.根据权利要求1所述的直流供热系统的面向用户的多模态综合能量供给系统，其特征在于：所述联络开关K1、K2、K3、K4、K5及K6分别与一输出继电器相连，该输出继电器与一PLC相连；所述联络开关K1、K2、K3、K4、K5、K6均连接有各自的联络开关状态检测器，所述PLC与联络开关状态检测器相连。

7.根据权利要求6所述的直流供热系统的面向用户的多模态综合能量供给系统，其特征在于：所述联络开关状态检测器采用开关状态监测模块。