CN211790758U

CN211790758U - 一种氢能燃料电池直流微网系统

Info

Publication number: CN211790758U
Application number: CN202020330699.9U
Authority: CN
Inventors: 肖彪; 朱伟睿; 张威; 刘智亮
Original assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Current assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Priority date: 2020-03-17
Filing date: 2020-03-17
Publication date: 2020-10-27
Anticipated expiration: 2030-03-17

Abstract

本实用新型涉及微电网技术领域，具体涉及一种氢能燃料电池直流微网系统，包括电网，中高压直流线路，与中高压直流线路连接的第一直流分路，与第一直流分路连接的低压直流模块，与所述第一直流分路连接的分布式发电系统，所述分布式发电系统包括氢能燃料电池发电模块和储能模块；能源信息控制系统。本实用新型设置了能源信息控制系统，各个组成部分均与能源信息控制系统通信连接，能源信息控制系统通过能源数据模块采集各组成部分的运行数据，并根据采集的运行数据，使用算法计算整个系统的供需功率平衡，同时设置了两条高压直流母线，增强了微网系统的抗干扰能力，保证在电力故障或电压闪变、电压跌落的发生时，供电系统不会崩溃。

Description

一种氢能燃料电池直流微网系统

技术领域

本实用新型涉及微电网技术领域，具体涉及一种氢能燃料电池直流微网系统。

背景技术

微电网（Micro-Grid）也译为微网，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。长期以来，直流微网相关技术的研发一直受到各界的广泛关注。瑞典、日本、法国和美国等国家的通信公司已于20 世纪90 年代开始了300～400V 数据中心直流配电的研究和介绍。另外，军舰、航空和自动化系统的直流区域配电，尤其是电力牵引直流供电技术已然成熟，这为直流微网的推广应用提供了良好的契机。如今，在住宅直流供电方面，欧盟、日本和美国纷纷开始了相关方面的研究和示范工程。我国在直流微网的研究方面还处于起步阶段，随着政府对新能源开发的日益重视和越来越多的直流家电技术得到推广和应用，直流微网将具有广阔的发展空间。

然而，直流微网的发展仍有许多技术问题需要解决，如直流微网系统的工作容量有限，抗扰动能力弱。直流微网工作时，可能出现分布式单元输出功率的突变、大面积负荷的瞬时接入或脱落、并网切换到孤网或孤网到并网等瞬态变化过程，这些瞬态事件的发生会引起直流母线电压的瞬态上升或下降，称其为电压闪变和电压跌落。电压闪变和电压跌落的发生，不仅会给电子设备的正常运行带来不利，还很可能使控制系统发生误动作，最终导致整个直流微网系统的崩溃。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种氢能燃料电池直流微网系统。

本实用新型采用如下方案实现：

一种氢能燃料电池直流微网系统，包括电网，氢能燃料电池直流微网系统还包括：中高压直流线路，所述中高压直流线路与电网连接；第一直流分路，所述第一直流分路与中高压直流线路连接，第一直流分路还连接有至少一个中高压负载；低压直流模块，所述低压直流模块与第一直流分路连接；与所述第一直流分路连接的分布式发电系统，所述分布式发电系统包括氢能燃料电池发电模块和储能模块；能源信息控制系统，所述能源信息控制系统与第一直流分路、分布式发电系统、低压直流模块中高压负载通信连接；所述中高压直流线路包括第一中高压直流母线和第二中高压直流母线，且所述第一中高压直流母线和第二中高压直流母线之间连接有直流断路器。

进一步的，所述低压直流模块包括与第一直流分路连接的低压直流母线，与低压直流母线连接的第二直流分路，与第二直流分路连接的至少一个低压负载，所述第二直流分路、低压负载均与能源信息控制系统通信连接。

进一步的，所述第一直流分路和第二中高压直流母线均通过AC/DC变换器与电网连接，且所述AC/DC变换器与能源信息控制系统通信连接。

进一步的，所述氢能燃料发电模块、储能模块、中高压负载、低压负载、AC/DC变换器均设置有用于采集能源信息的能源信息数据模块。

进一步的，所述第一直流分路通过DC/DC变换器与低压直流母线连接，且所述DC/DC变换器设置有用于采集能源信息的能源信息数据模块。

进一步的，所述低压负载的负载额定功率≤500W，所述中高压负载的负载功率＞500W。

进一步的，所述能源信息监控系统还连接有远程监控端。

进一步的，所述氢能燃料电池发电模块还连接有一氢气供气单元。

进一步的，所述分布式发电模块还包括光伏发电系统。

对比现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1.本实用新型设置了能源信息控制系统，各个组成部分均与能源信息控制系统通信连接，能源信息控制系统通过能源数据模块采集各组成部分的运行数据，并根据采集的运行数据，使用算法计算整个系统的供需功率平衡，增强了微网系统的抗干扰能力，保证在电力故障或电压闪变、电压跌落的发生时，供电系统不会崩溃。

2.高压直流线路设置了两条高压直流母线，且两条高压直流母线通过直流断路器连接，当任意一条中高压母线出现故障时，直流断路器可快速断开，仅使用未故障的一条，进一步避免直流微网系统崩溃。

3.本实用新型使用氢能燃料电池发电、光伏发电，保证直流微网系统长时间、稳定、高效和绿色运行。

4. 配置中高压、低压两种电压等级的直流母线，系统搭配直流电器作为常用家用电器，减少系统能源变换，提高电能质量。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种氢能燃料电池直流微网系统的示意图。

图2为本实用新型的控制流程图。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本实用新型，下面将结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步详细描述。

参照图1和图2，本实用新型提供的一种氢能燃料电池直流微网系统，包括电网，氢能燃料电池直流微网系统还包括：中高压直流线路，所述中高压直流线路与电网连接；第一直流分路，所述第一直流分路与中高压直流线路连接，第一直流分路还连接有至少一个中高压负载；低压直流模块，所述低压直流模块与第一直流分路连接；与所述第一直流分路连接的分布式发电系统，所述分布式发电系统包括氢能燃料电池发电模块和储能模块，还包括光伏发电系统；能源信息控制系统，所述能源信息控制系统与第一直流分路、分布式发电系统、低压直流模块中高压负载通信连接。具体实施时，发电系统不限于氢能燃料电池发电模块，还可采用风电、水电等其他发电模块。

所述中高压直流线路包括第一中高压直流母线和第二中高压直流母线，且所述第一中高压直流母线和第二中高压直流母线之间连接有直流断路器。两条中高压直流母线通过直流断路器连接构成冗余设计，系统正常工作时两条中高压直流母线均使用（直流断路器闭合），当任意一条中高压直流母线出现故障时，直流断路器断开，仅使用未故障的一条，避免系统全面崩溃。

所述低压直流模块包括与第一直流分路连接的低压直流母线，与低压直流母线连接的第二直流分路，与第二直流分路连接的至少一个低压负载，所述第二直流分路、低压负载均与能源信息控制系统通信连接。能源信息控制系统可以控制第一直流分路、第二直流分路不同分路的通断。

所述第一直流分路和第二中高压直流母线均通过AC/DC变换器与电网连接，且所述AC/DC变换器与能源信息控制系统通信连接。所述氢能燃料发电模块、储能模块、中高压负载、低压负载、AC/DC变换器均设置有用于采集能源信息的能源信息数据模块。所述第一直流分路通过DC/DC变换器与低压直流母线连接，且所述DC/DC变换器设置有用于采集能源信息的能源信息数据模块。能源信息数据模块可采集各设备运行数据，如：设备信息、控制数据、状态数据、能源数据（电压、电流、有功功率、无功功率），直流母线电压响应机制的四个控制区（分为运行区、隔离区、控制区、保护区）仅为自动算法的一部分，系统运行在最优状态，首先还需要通过能源数据模块采集设备信息，区分设备是负载还是能源供给设备；采集状态数据可以判定各设备运行状态（对于负载是：开启、关闭、待机，对于储能模块是：充电、放电、不冲不放，对于燃料电池模块是：发电、不发电），其次能源数据模块采集各设备电压、电流、有功功率、无功功率信息，通过算法实时计算出负载耗电量来实时调整电网、氢能燃料电池发电模块、光伏发电模块、储能模块运行状态（调整发电量），使系统能源达到供需均衡，实现最优运行。能源信息数据模块连接在各个组成部分上，默认与各个组成部分为一个整体，因此图中并未将其表示出。

所述低压负载的负载额定功率≤500W，所述中高压负载的负载功率＞500W。例如，中高压负载可以为电饭煲、热水壶、空气能热水器、空调外机、充电桩等，低压负载可以为空调内机、空气净化器、冰箱、电风扇等。

所述能源信息监控系统还连接有远程监控端。远程监控端可采用电子计算机或者手机等智能便携终端，便于工作人员实时监控系统的运行状态。

所述氢能燃料电池发电模块还连接有一氢气供气单元。氢能燃料电池发电模块可提供清洁高效、持续稳定的能源供给，在电网出现断电瘫痪时，氢能燃料电池可通过氢气供气单元持续供给并发电，维持系统长时间、稳定、高效和绿色运行。

本实施例中，与能源信息控制系统通信连接的各个组成部分均可通过通信总线与能源信息控制系统连接。

本实用新型中能源信息控制系统利用能源信息数据模块实时采集中高压直流线路的电压值U，以及储能模块、中高压负载、低压负载的运行数据，将直流微网系统负载工作模式划分为运行区、隔离区、控制区、保护区，将采集的电压值U和中高压直流线路电压额定值U_N进行比较判断，确定直流微网系统所处模式区，结合运行数据调节系统的运行。

所述确定直流微网系统所处模式区包括以下步骤：

当93%U_N≤U≤105%U_N，则处于运行区，中高压负载、低压负载可任意开启运行；

当90%U_N≤U＜93%U_N，则处于隔离区，中高压负载、低压负载均保持当前运行状态，且只可停止负载，不可开启新的负载；

当80%U_N≤U＜90%U_N，则处于控制区，中高压负载、低压负载均降额运行；

当80%U_N＞U或U＜105%U_N，则处于保护区，所有负载保护停机。

所述控制区分为多级降额模式，包括：

一级降额，87.5%U_N≤U＜90%U_N，中高压负载降额，运行于低功耗模式；

二级降额：85%U_N≤U＜87.5%U_N，中高压负载停机，其余负载降额运行；

三级降额：82.5%U_N≤U＜85%U_N，中高压负载全部停机，只允许低压负载正常运行；

四级降额：80%U_N≤U＜82.5%U_N，中高压负载全部停机，只允许低压负载降额运行。

所述运行数据包括设备信息、控制数据、状态数据、能源数据；所述能源数据包括电压、电流、有功功率、无功功率。

四个控制区仅为自动算法的一部分，系统运行在最优状态，还需要结合能源数据模块采集设备信息，区分设备是负载还是能源供给设备；采集状态数据可以判定各设备运行状态（对于负载是：开启、关闭、待机，对于储能模块是：充电、放电、不冲不放，对于燃料电池模块是：发电、不发电），其次能源数据模块采集各设备电压、电流、有功功率、无功功率信息，通过算法实时计算出负载耗电量来实时调整电网、氢能燃料电池发电模块、光伏发电模块、储能模块运行状态（调整发电量），使系统能源达到供需均衡，实现最优运行。

本实用新型的直流母线电压响应机制控制（也即前述的控制方法）可以很好的调节负载运行模式，使直流微网系统达到恒限功率运行状态，避免系统因供应侧故障导致母线电压跌落或电压闪边。同时，该方式控制实现微网自动分配功率，达到供需平衡，达到经济效益最优，在一定程度上提高微网系统的可靠性。

本实用新型设置了能源信息控制系统，各个组成部分均与能源信息控制系统通信连接，能源信息控制系统通过能源数据模块采集各组成部分的运行数据，并根据采集的运行数据，使用算法计算整个系统的供需功率平衡，增强了微网系统的抗干扰能力，保证在电力故障或电压闪变、电压跌落的发生时，供电系统不会崩溃。高压直流线路设置了两条高压直流母线，且两条高压直流母线通过直流断路器连接，当任意一条中高压母线出现故障时，直流断路器可快速断开，仅使用未故障的一条，进一步避免直流微网系统崩溃。本实用新型使用氢能燃料电池发电、光伏发电，保证直流微网系统长时间、稳定、高效和绿色运行。配置中高压、低压两种电压等级的直流母线，系统搭配直流电器作为常用家用电器，减少系统能源变换，提高电能质量。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语 “连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

虽然对本实用新型的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化，是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的范围内。

Claims

1.一种氢能燃料电池直流微网系统，包括电网，其特征在于，氢能燃料电池直流微网系统还包括：

中高压直流线路，所述中高压直流线路与电网连接；

第一直流分路，所述第一直流分路与中高压直流线路连接，第一直流分路还连接有至少一个中高压负载；

低压直流模块，所述低压直流模块与第一直流分路连接；

与所述第一直流分路连接的分布式发电系统，所述分布式发电系统包括氢能燃料电池发电模块和储能模块；

能源信息控制系统，所述能源信息控制系统与第一直流分路、分布式发电系统、低压直流模块中高压负载通信连接；

所述中高压直流线路包括第一中高压直流母线和第二中高压直流母线，且所述第一中高压直流母线和第二中高压直流母线之间连接有直流断路器。

2.根据权利要求1所述的氢能燃料电池直流微网系统，其特征在于，所述低压直流模块包括与第一直流分路连接的低压直流母线，与低压直流母线连接的第二直流分路，与第二直流分路连接的至少一个低压负载，所述第二直流分路、低压负载均与能源信息控制系统通信连接。

3.根据权利要求2所述的氢能燃料电池直流微网系统，其特征在于，所述第一直流分路和第二中高压直流母线均通过AC/DC变换器与电网连接，且所述AC/DC变换器与能源信息控制系统通信连接。

4.根据权利要求3所述的氢能燃料电池直流微网系统，其特征在于，所述氢能燃料发电模块、储能模块、中高压负载、低压负载、AC/DC变换器均设置有用于采集能源信息的能源信息数据模块。

5.根据权利要求2所述的氢能燃料电池直流微网系统，其特征在于，所述第一直流分路通过DC/DC变换器与低压直流母线连接，且所述DC/DC变换器设置有用于采集能源信息的能源信息数据模块。

6.根据权利要求2所述的氢能燃料电池直流微网系统，其特征在于，所述低压负载的负载额定功率≤500W，所述中高压负载的负载功率＞500W。

7.根据权利要求1所述的氢能燃料电池直流微网系统，其特征在于，所述能源信息监控系统还连接有远程监控端。

8.根据权利要求1所述的氢能燃料电池直流微网系统，其特征在于，所述氢能燃料电池发电模块还连接有一氢气供气单元。

9.根据权利要求1所述的氢能燃料电池直流微网系统，其特征在于，所述分布式发电模块还包括光伏发电系统。