CN216872858U - 直流微电网的控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及的直流微电网的控制系统，所述控制系统包括：风光氢储监测控制系统、风电系统及其对应的第一变电单元、光电系统及其对应的第二变电单元、储能系统及其对应的第三变电单元、电解水制氢系统及其对应的第四变电单元、氢燃料电池系统及其对应的第五变电单元和氢气储存罐。本实用新型提供的技术方案，设置有电解水制氢系统，通过利用低成本电力生产氢能可以有效吸纳原有弃风弃光所产生的电能，提高可再生能源消纳水平，同时实现了电能与化学能之间的有效耦合，在电力不足的情况下可通过氢燃料电池系统发电回馈电网，实现能源的有效存储和高效利用。

Description

直流微电网的控制系统

技术领域

本实用新型涉及微电网技术领域，具体涉及直流微电网的控制系统。

背景技术

随着全球气候变暖和化石能源匮乏等问题的日益凸显，开发利用绿色可再生的能源供电是保证人类社会可持续发展的一个重要方向。绿色可再生能源包括太阳能、风能、氢能、核能、化学电源、生物质能及地热能、海洋能新能源等，太阳能和风能是开发利用最多的可再生能源，但由于在时空上风光两种能源无法控制，其出力将会表现出波动性、间歇性和随机性。

目前为解决太阳能和风能两种能源无法控制和其出力表现出的波动性、间歇性和随机性这一问题，采用电池存储能量平滑波动及远距离输电等技术，但是能源存储成本较高，同时也不能实现能源的有效存储和高效利用。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种直流微电网的控制系统，以至少解决相关技术中的不能够低成本有效存储和高效利用能源的问题。

本实用新型提供了一种直流微电网的控制系统，其改进之处在于，所述系统包括：风光氢储监测控制系统、风电系统及其对应的第一变电单元、光电系统及其对应的第二变电单元、储能系统及其对应的第三变电单元、电解水制氢系统及其对应的第四变电单元、氢燃料电池系统及其对应的第五变电单元和氢气储存罐；

所述风光氢储监测控制系统用于对风电系统、光电系统、储能系统、电解水制氢系统和氢燃料电池系统的电流和电压进行实时监测，对第一变电单元、第二变电单元、第三变电单元、第四变电单元和第五变电单元进行控制；

所述风电系统、光电系统、储能系统、电解水制氢系统和氢燃料电池系统的一端分别与其对应的变电单元的一端连接，且各变电单元的另一端接入风光氢储直流微电网系统的母线中，各所述系统的另一端与风光氢储监测控制系统连接；

所述氢气储存罐的两端分别接入电解水制氢系统和氢燃料电池系统。

优选的，所述风电系统、光电系统、储能系统、电解水制氢系统和氢燃料电池系统的一端分别与其对应的变电单元的一端连接，包括：

所述风电系统与其对应的第一变电单元单向连接；

所述光电系统与其对应的第二变电单元单向连接；

所述储能系统与其对应的第三变电单元双向连接；

所述电解水制氢系统与其对应的第四变电单元单向连接；

所述氢燃料电池系统其对应的第五变电单元单向连接。

优选的，所述第一变电单元的电路为AC/DC转换电路；

所述第二变电单元的电路为DC/DC转换电路；

所述第三变电单元的电路为双向Buck-Boost直流变换电路；

所述第四变电单元的电路为DC/DC转换电路；

所述第五变电单元的电路为DC/DC转换电路。

进一步的，所述第一变电单元的AC/DC转换电路的前端设置有变压器或第一变电单元的AC/DC转换电路的后端设置有DC/DC转换电路。

优选的，所述氢气储存罐采用高压气态存储的方式存储风电系统和光电系统电量富足的情况下电解水制氢系统制得的氢气。

与最接近的现有技术相比，本实用新型具有的有益效果：

本实用新型提供的直流微电网的控制系统，所述系统包括：风光氢储监测控制系统、风电系统及其对应的第一变电单元、光电系统及其对应的第二变电单元、储能系统及其对应的第三变电单元、电解水制氢系统及其对应的第四变电单元、氢燃料电池系统及其对应的第五变电单元和氢气储存罐；所述风电系统、光电系统、储能系统、电解水制氢系统和氢燃料电池系统的一端分别与其对应的变电单元的一端连接，且各变电单元的另一端接入风光氢储直流微电网系统的母线中，各所述系统的另一端与风光氢储监测控制系统连接；所述氢气储存罐的两端分别接入电解水制氢系统和氢燃料电池系统。本实用新型提供的技术方案，设置有电解水制氢系统，通过利用低成本电力生产氢能可以有效吸纳原有弃风弃光所产生的电能，提高可再生能源消纳水平，同时实现了电能与化学能之间的有效耦合，在电力不足的情况下可通过氢燃料电池系统发电回馈电网，实现能源的有效存储和高效利用。

本申请附加的方面以及优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

图1是根据本申请一个实施例提供的直流微电网的控制系统的结构图；

图2是根据本申请一个实施例提供的控制直流微电网母线电压方法的流程图；

附图标记说明：

风光氢储监测控制系统1、风电系统2、第一变电单元3、光电系统4、第二变电单元5、储能系统6、第三变电单元7、电解水制氢系统8、第四变电单元9、氢燃料电池系统10、第五变电单元11和氢气储存罐12。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

本实用新型提供的本实用新型提供的直流微电网的控制系统，设置有电解水制氢系统，通过利用低成本电力生产氢能可以有效吸纳原有弃风弃光所产生的电能，提高可再生能源消纳水平，同时实现了电能与化学能之间的有效耦合，在电力不足的情况下可通过氢燃料电池系统发电回馈电网，实现能源的有效存储和高效利用。

实施例1

如图1为本公开实施例提供的直流微电网的控制系统的结构图，如图1所示，所述系统包括：

风光氢储监测控制系统1、风电系统2及其对应的第一变电单元3、光电系统4及其对应的第二变电单元5、储能系统6及其对应的第三变电单元7、电解水制氢系统8及其对应的第四变电单元9、氢燃料电池系统10及其对应的第五变电单元11和氢气储存罐12；

所述风电系统2、光电系统4、储能系统6、电解水制氢系统8和氢燃料电池系统10的一端分别与其对应的变电单元的一端连接，且各变电单元的另一端接入风光氢储直流微电网系统的母线中，各所述系统的另一端与风光氢储监测控制系统1连接；

所述氢气储存罐12的两端分别接入电解水制氢系统8和氢燃料电池系统10。

在本公开实施例中，所述风电系统2、光电系统4、储能系统6、电解水制氢系统8和氢燃料电池系统10的一端分别与其对应的变电单元的一端连接，包括：

所述风电系统2与其对应的第一变电单元3单向连接；

所述光电系统4与其对应的第二变电单元5单向连接；

所述储能系统6与其对应的第三变电单元7双向连接；

所述电解水制氢系统8与其对应的第四变电单元9单向连接；

所述氢燃料电池系统10其对应的第五变电单元11单向连接。

具体的，所述第一变电单元3的电路为AC/DC转换电路；

所述第二变电单元5的电路为DC/DC转换电路；

所述第三变电单元7的电路为双向Buck-Boost直流变换电路；

所述第四变电单元9的电路为DC/DC转换电路；

所述第五变电单11元的电路为DC/DC转换电路。

进一步的，所述第一变电单元3的AC/DC转换电路的前端设置有变压器或第一变电单元3的AC/DC转换电路的后端设置有DC/DC转换电路。

在本公开实施例中，所述氢气储存罐采用高压气态存储的方式存储风电系统和光电系统电量富足的情况下电解水制氢系统制得的氢气。

需要说明的是：本系统中风电系统2，光电系统4，储能系统6，电解水制氢系统8，氢燃料电池系统10可设置一个或多个，且每个单独的系统都配有相应的变电单元。

本实用新型提供的实施例中，可以利用上述方案对直流微电网的母线电压进行控制保证所述母线电压的稳定，如图2所示，调整过程包括：

步骤1：利用风光氢储监测控制系统监测风电系统的电流及电压、光电系统的电流及电压和风光氢储直流微电网系统的母线电压，并基于所述风电系统的电流及电压、光电系统的电流及电压确定风电系统与光电系统的发电量之和；

步骤2：基于所述风电系统与光电系统的发电量之和与风光氢储直流微电网的母线电压的情况选择需要控制的风光氢储直流微电网中的系统；

在本公开实施例中，若当前时刻风电系统与光电系统的发电量之和小于前一时刻风电系统与光电系统的发电量之和且两者之间的差值的绝对值大于等于预先设置的发电量急剧下降阈值，同时所述风光氢储直流微电网的母线电压小于第一预设电压值，则选择控制风光氢储直流微电网的储能系统放电和氢燃料电池系统发电；

其中，当风光氢储直流微电网的储能系统储备的电量不能够支撑风光氢储直流微电网的母线电压稳定时，再选择控制氢燃料电池系统发电；

若当前时刻风电系统与光电系统的发电量之和小于前一时刻风电系统与光电系统的发电量之和且两者之间的差值的绝对值小于等于预先设置的发电量缓慢下降阈值，同时所述风光氢储直流微电网的母线电压大于等于第一预设电压值且小于第二预设电压值，则选择控制风光氢储直流微电网的储能系统放电和电解水制氢系统最小功率运行，其中所述最小功率等于所述电解水制氢系统运行的最小额定功率；

若当前时刻风电系统与光电系统的发电量之和大于前一时刻风电系统与光电系统的发电量之和且两者之间的差值的绝对值小于等于预先设置的发电量缓慢上升阈值，同时所述风光氢储直流微电网的母线电压大于第三预设电压值且小于等于第四预设电压值，则选择控制风光氢储直流微电网的电解水制氢系统的功率增大，其中，将所述电解水制氢系统的功率调至可以抑制母线电压上升的功率运行；

若当前时刻风电系统与光电系统的发电量之和大于前一时刻风电系统与光电系统的发电量之和且两者之间的差值的绝对值大于预先设置的发电量急剧上升阈值，同时所述风光氢储直流微电网的母线电压大于第四预设电压值，则选择控制风光氢储直流微电网的电解水制氢系统的满功率运行和储能系统充电，其中所述满功率等于所述电解水制氢系统运行的最大额定功率。

步骤3：利用风光氢储监测控制系统对所述选择的系统对应的变电单元进行控制。

综上所述，本申请提出的一种直流微电网的控制系统，通过利用低成本电力生产氢能可以有效吸纳原有弃风弃光所产生的电能，提高可再生能源消纳水平，同时实现了电能与化学能之间的有效耦合，在电力不足的情况下可通过氢燃料电池系统发电回馈电网，实现能源的有效存储和高效利用。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种直流微电网的控制系统，其特征在于，所述系统包括：风光氢储监测控制系统、风电系统及其对应的第一变电单元、光电系统及其对应的第二变电单元、储能系统及其对应的第三变电单元、电解水制氢系统及其对应的第四变电单元、氢燃料电池系统及其对应的第五变电单元和氢气储存罐；

所述风电系统、光电系统、储能系统、电解水制氢系统和氢燃料电池系统的一端分别与其对应的变电单元的一端连接，且各变电单元的另一端接入风光氢储直流微电网系统的母线中，各所述系统的另一端与风光氢储监测控制系统连接；

所述氢气储存罐的两端分别接入电解水制氢系统和氢燃料电池系统。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述风电系统、光电系统、储能系统、电解水制氢系统和氢燃料电池系统的一端分别与其对应的变电单元的一端连接，包括：

所述风电系统与其对应的第一变电单元单向连接；

所述光电系统与其对应的第二变电单元单向连接；

所述储能系统与其对应的第三变电单元双向连接；

所述电解水制氢系统与其对应的第四变电单元单向连接；

所述氢燃料电池系统其对应的第五变电单元单向连接。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一变电单元的电路为AC/DC转换电路；

所述第二变电单元的电路为DC/DC转换电路；

所述第三变电单元的电路为双向Buck-Boost直流变换电路；

所述第四变电单元的电路为DC/DC转换电路；

所述第五变电单元的电路为DC/DC转换电路。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一变电单元的AC/DC转换电路的前端设置有变压器或第一变电单元的AC/DC转换电路的后端设置有DC/DC转换电路。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述氢气储存罐采用高压气态存储的方式存储风电系统和光电系统电量富足的情况下电解水制氢系统制得的氢气。

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