CN104682533A - 一种适用于可持续建筑的双母线直流极微型电网*** - Google Patents

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Abstract

结合我国建筑特点，提出一种适用于可持续建筑的包含热电联产的双母线直流极微型电网***。极微电网采用380V和48V双母线结构将新能源发电、储能、热电联产、负荷以及控制***结合在一起，形成一个智能微电网，可以工作在孤岛和并网两种工作模式。高电压(380V)用来驱动家用大功率电器，低电压(48V)连接小型电子设备。储能***采用超级电容和电动汽车电池混合储能结构，通过热电联产***、热水箱和电加热器将房屋热能***与电能***相结合，实现能量的综合管理。通过合理设计和协调控制，所提出的直流极微电网***可以提高可持续建筑电能质量；将热、电***相结合提高能源利用效率；实现分布式新能源的有效利用和节能减排的功能。

Description

一种适用于可持续建筑的双母线直流极微型电网***
技术领域
本发明涉及一种电力***直流极微电网***与热电联产***相结合的供电***。尤其是指含有双母线结构用于可持续建筑的，将房屋电能***与热能***相结合的，具有高能量利用率的直流极微电网供电***。
背景技术
随着经济的快速发展，能源危机和环境污染已成为当今世界所面临的严重问题。可持续建筑可以实现建筑的“零耗能”，利用新能源发电，降低有限的化石燃料的消耗，减少空气污染，实现节能减排和城市的可持续发展，是未来城市大力发展的住宅类型。
目前，公知的可持续建筑是利用保温材料作为墙壁、使用LED照明等方法提高节能性；利用分布式可再生能源发电提供电力。但是，与微型电网相比，分布式可再生能源发电能源利用率低，控制结构分散，用户操作复杂。一般的可持续住宅电、热能量***分开管理，不能实现能量的最大化利用。
本发明采用极微型电网将可再生能源、储能***、热电联产***结合起来，形成一个污染少、能源利用率高、安装地点灵活的智能微电网，节省了输配电资源和运行费用，减少了集中输电的线路损耗，减少了电同总容量，改善了电网峰谷性能，提高了可靠性。同时***通过热电联产***、热水箱和电加热器将房屋热能***与电能***相结合，实现能量的综合管理。
其中，采用直流微电网形式，它具有无集肤效应、损耗小、效率高、无需无功补偿、不存在交流供电***固有的稳定问题、输送距离和功率也不受电力***同步运行稳定性的限制以及易于控制等优点。采用双母线结构满足不同电器的对电压等级的要求，减少中间变流器环节电能的损耗。
发明内容
本发明为实现分布式能源的高效率利用，解决可持续建筑“零能耗”问题，为用户提供方便、经济的电力能源，提出一种符合现代建筑特点的直流极微型电网***。该***采用380V和48V双母线结构将分布式能源发电、储能***、热电联产***、负荷以及控制***结合在一起，使住宅电网成为大电网的一个可控负载，可以工作在孤岛和并网两种工作模式。储能***采用超级电容和换电式电动汽车电池混合储能结构，同时***通过热电联产***、热水箱和电加热器将房屋热能***与电能***相结合，实现能量的综合管理。
本发明采用的技术方案是：
将双向交流-直流(AC-DC)变换器、分布式电源、包含超级电容和换电式电动汽车电池的混合储能***、热电联产***以及负荷通过直流母线在可持续建筑内构成双母线直流极微电网，通过微电网的控制提高电能质量。
极微电网可以通过双向交流-直流(AC-DC)变换器并联接入交流电网。双向交流-直流(AC-DC)变换器既可以是电压源变换器，也可以是电流源变换器。双向交流-直流(AC-DC)变换器若采用脉宽调制(PWM)控制，则可以减少***谐波，提高***的功率因数。
在每套房里都设置-套热电联产***，***通过直流-直流(DC-DC)变换器与直流母线相连。热电联产***不仅可以提供电能，而且为用户提供生活用水或者暖通空调用水。同时***通过热电联产***、热水箱和电加热器将房屋热能***与电能***相结合，实现能量的综合管理。
混合储能***由超级电容和换电式电动汽车电池组成，通过双向直流-直流(DC-DC)变换器与直流母线相连。当极微电网***电能过剩时，直流母线电压升高而达到所限定的电压阈值，混合储能***吸收多余的电能并通过充放电机向电动汽车动力电池充电，除此以外的多余电能通过双向交流-直流(AC-DC)变换器(此时为逆变器)回馈到交流电网，以避免直流母线电压超过限定值；当极微电网***电能不足时，直流母线电压降低到所限定的电压阈值，双向交流-直流(AC-DC)变换器(此时为整流器)将交流电能变为直流电能向直流母线供电，混合储能***放电向直流母线供电，以避免直流母线电压低于限定值，维持***的功率平衡。
如果分布式电源和储能***容量足够大，则极微电网不仅可以运行在并网状态，而且可以运行在离网(或孤岛)状态。在交流供电***故障时，可以运行在离网(或孤岛)状态，由分布式电源和储能***为房屋供电。
极微电网采用380V和48V双母线结构。高电压(380V)用来驱动家用大功率、输入端含有功率因数校正电路的电器，因为这些产品中间级电压一般在380V左右，匹配其行业标准，并且能取消大多数家用电器与交流电网连接的整流器。低电压(48V)与电信标准电压相同，可以直接连接小型电子设备，提高其效率和安全性。
***中变换器的控制既可以采用主从控制，也可以采用对等控制或下垂控制，又可以采用分层控制。***中控制指令可以由控制中心通过通讯***给定，也可以根据***的电压和电流给定。
本发明与现有技术相比，具有的优点是：
在可持续建筑中，利用直流极微电网将分布式能源发电、储能***、热电联产***、负荷以及控制***结合在一起，实现了分布式新能源的有效利用、提高了供电质量；提出双母线直流极微电网结构，满足不同电器的对电压等级的要求，减少中间变流器环节电能的损耗；利用热电联产***提高能源利用效率，同时为用户提供生活用水；通过热电联产***、热水箱和电加热器将房屋热能***与电能***相结合，实现综合能量管理；基于超级电容和换电式电动汽车电池的混合储能***实现了能量的回收，减小了直流母线电压的波动；如果分布式电源和储能***容量足够大，***可以孤岛运行，从而提高了可持续住宅的供电可靠性。
附图说明
图1为含热电联产***的双母线直流极微电网***结构图。
图2为混合储能***结构框图。
图3为热电联产***图。
具体实施方案
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参照附图1，本发明专利所公开的是一种适用于可持续建筑含热电联产***的双母线直流极微电网***。该***采用380V和48V双母线结构将光伏发电、超级电容储能***、热电联产***、负荷以及控制***结合在一起。并网变换器采用双向交流-直流(AC-DC)变换器实现功率的双向流动。每个房间都安装一套热电联产***，不仅为用户提供电力，而且提供生活用水，提高能源利用效率。清洁能源(太阳能、风能)发电通过单向变换器为380V母线供电。双母线结构方便各类负荷供电，高电压(380V)用来驱动家用大功率、输入端含有功率因数校正电路的电器。低电压(48V)与电信标准电压相同，可以直接连接小型电子设备，提高其效率和安全性。
参照附图2，为稳定直流母线电压，用超级电容与换电式电动汽车电池组成可与直流母线快速双向互动的混合储能***。当极微电网***电能过剩时，直流母线电压升高而达到所限定的电压阈值，混合储能***吸收多余的电能并通过充放电机向电动汽车动力电池充电，除此以外的多余电能通过双向交流-直流(AC-DC)变换器(此时为逆变器)回馈到交流电网，以避免直流母线电压超过限定值；当极微电网***电能不足时，直流母线电压降低到所限定的电压阈值，双向交流-直流(AC-DC)变换器(此时为整流器)将交流电能变为直流电能向直流母线供电，混合储能***放电向直流母线供电，以避免直流母线电压低于限定值，维持***的功率平衡。
参照附图3，为提高***效率，方便用户热水供应，同时将房屋热能***与电能***相结合，实现综合能量管理，每套住房都安装热电联产***。电加热器可以控制水箱温度，吸收峰值电力，在电池充满等故障情况下保护储能***。电加热器可以设置手动开关和自动开关，自动开关参考值应包括电池电量、水温、与大电网的功率交换，根据参考值实现开关的平滑过渡，手动开关可以方便用户的其他需求。

Claims (8)

1.本发明提出一种适用于可持续建筑的含热电联产***的双母线直流极微型电网***，其特征在于，采用双直流母线结构将分布式能源发电、储能***、热电联产***、负荷以及控制***结合在一起，形成一个可控的智能微电网，提高电能质量；通过热电联产***、热水箱和电加热器将房屋热能***与电能***相结合，实现能量的综合管理；采用超级电容和换电式电动汽车电池混合储能***，可以实现与大电网功率的双向流动，可以工作在孤岛和并网两种工作模式。
2.根据权利要求1所述的双母线结构，其特征在于，采用380V和48V的高、低压母线，不仅限于这两个电压等级，也可以是其他电压等级的高、低压母线。高电压(380V)用来驱动家用大功率、输入端含有功率因数校正电路的电器。低电压(48V)与电信标准电压相同，可以直接连接小型电子设备。
3.根据权利要求1所述的热电联产***，其特征在于，每套房间里设置一套热电联产***，也可以几套房间共用一套热电联产***。热电联产***不仅提供电力补充，也为用户提供生活用水，生活用水应用类型不受限制。
4.根据权利要求1所述的热***和电***相结合，其特征在于，通过热电联产***、热水箱和电加热器将房屋热能***与电能***相结合，实现能量的综合管理。每套房间里设置一个热循环大水箱，电加热器可以控制水箱温度，吸收峰值电力，在电池充满等故障情况下保护储能***。电加热器可以设置手动开关和自动开关，自动开关参考值应包括电池电量、水温、与大电网的功率交换，根据参考值实现开关的平滑过渡，手动开关可以方便用户的其他需求。大水箱可以满足房屋里所有供热***所需，包括供暖、暖通空调、生活用水等。
5.根据权利要求1所述的混合储能***，其特征在于，将超级电容与换电式电动汽车电池相结合，通过双向直流-直流(DC-DC)变换器与直流母线相连。当极微电网***电能过剩时，直流母线电压升高而达到所限定的电压阈值，混合储能***吸收多余的电能并通过充放电机向电动汽车动力电池充电；当极微电网***电能不足时，直流母线电压降低到所限定的电压阈值，混合储能***放电向直流母线供电，以避免直流母线电压低于限定值，维持***的功率平衡。
6.根据权利要求1所述的控制***，其特征在于，***中变换器的控制既可以采用主从控制，也可以采用对等控制或下垂控制，又可以采用分层控制。***中控制指令可以由控制中心通过通讯***给定，也可以根据***的电压和电流给定。
7.根据权利要求1所述的双向并网变换器，其特征在于，极微电网可以通过双向交流-直流(AC-DC)变换器并联接入交流电网。双向交流-直流(AC-DC)变换器既可以是电压源变换器，也可以是电流源变换器。双向交流-直流(AC-DC)变换器若采用脉宽调制(PWM)控制，则可以减少***谐波，提高***的功率因数。
8.根据权利要求1所述的孤岛和并网两种工作模式，其特征在于，如果分布式电源和储能***容量足够大，则极微电网不仅可以运行在并网状态，而且可以运行在离网(或孤岛)状态。在交流供电***故障时，可以运行在离网(或孤岛)状态，由分布式电源和储能***为房屋供电。
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