CN111654055A - 一种多能互补的移动微电网*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多能互补的移动微电网***，包括若干子微电网***、负载，所述若干子微电网***之间通过通讯总线相连接，所述若干子微电网***通过交流母线与所述负载相连接；所述子微电网***包括电站模块、燃料电池模块、光伏模块、储能模块，所述光伏模块和所述燃料电池模块分别与所述储能模块相连接，所述电站模块与所述储能模块相连接。本发明主要适用于野外、孤岛等偏远地区的供电，具有机动灵活、节能高效、环境扰动小、供电可靠性高、功率扩展灵活的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种多能互补的移动微电网***，属于微电网***技术领域。
背景技术
对于野外和孤岛等偏远地区的供电，采用常规架设电网的方式供电将使得电网建设成本和用户用电成本很高，长途输电过程中将发生严重的线损；特别是针对灵活多变的野外临时供电场景，常规电网不仅建设周期长，而且供电完成后常规电网的弃置更将造成极大的资源浪费；在常规供电模式下一定功率等级的电站仅能供给特定级别的负载，兼容性差，当负载数量和种类的增加时将难以快速、低成本的满足负载需求；此外，目前主流的微电网***中多主要采用柴油发电***进行电能供给，电站***使用过程中的噪音大、油耗高、能量利用率低等问题突出。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种多能互补的移动微电网***，该***主要适用于野外、孤岛等偏远地区的供电，具有机动灵活、节能高效、环境扰动小、供电可靠性高、功率扩展灵活的特点。
本发明具体采用如下技术方案：一种多能互补的移动微电网***，包括若干子微电网***、负载，所述若干子微电网***之间通过通讯总线相连接，所述若干子微电网***通过交流母线与所述负载相连接；所述子微电网***包括电站模块、燃料电池模块、光伏模块、储能模块，所述光伏模块和所述燃料电池模块分别与所述储能模块相连接，所述电站模块与所述储能模块相连接。
作为一种较佳的实施例，若干子微电网***之间可以是相同或者不同的功率等级。
作为一种较佳的实施例，所述电站模块包括柴油发电机组、电站变流器PCM，所述柴油发电机组的输出端与所述电站变流器PCM的输入端相连接，所述电站变流器PCM的输出端通过交流母线接所述负载和所述储能模块；所述柴油发电机组产生电能经过所述电站变流器PCM处理后供给所述负载或者供给所述储能模块中的电池充电。
作为一种较佳的实施例，所述储能模块包括储能变流器PCS、储能电池，所述储能电池与所述储能变流器PCS相连；所述储能变流器PCS用于电能转换，具体用于所述光伏模块、所述电站模块、市电对所述储能模块中的所述储能电池的充电以及将所述储能模块、所述燃料电池模块和所述光伏模块所产生的电能转换后供给所述负载。
作为一种较佳的实施例，所述燃料电池模块为氢能燃料电池模块，用于氢气制备、快充、存储和氢能发电，所述燃料电池模块有热电联供功能，可以对外输出两种形式的能量：电能和热能，此外，燃料电池模块内预留有对外的燃料快充接口；光伏模块为氢能燃料电池模块提供电能，用于氢气的制备，当储能模块电量不足时，氢能燃料电池模块工作，所产生电能经过储能模块的逆变模块转化后供给负载；所述光伏模块产生的电能经所述储能模块转换后用于供给所述负载、所述储能电池充电和所述燃料电池模块的燃料制备。
作为一种较佳的实施例，所述微电网子***包括微网协调控制器HC、电站控制器EC，所述微网协调控制器HC通过控制总线连接所述储能变流器PCS、所述电站控制器EC和所述电站变流器PCM，所述微网协调控制器HC用于调度所述移动微电网***在典型工作模式、静默模式和应急工作模式之间切换。
作为一种较佳的实施例，所述微电网子***不含电站模块，所述微电网子***包括按照2:1:1比例配置的光伏模块、储能模块、燃料电池模块，所述储能模块包括储能变流器PCS，所述储能变流器PCS分别连接所述光伏模块、所述燃料电池模块和市电，所述储能模块通过交流母线外接所述负载。
作为一种较佳的实施例，所述微电网子***不含电站模块，所述微电网子***包括按照1:1:1:1比例配置的光伏模块、储能模块、燃料电池模块、燃料电池续航模块，所述储能模块包括储能变流器PCS，所述储能变流器PCS分别连接所述光伏模块、所述燃料电池模块和市电，所述燃料电池模块与所述燃料电池续航模块相连接，所述储能模块通过交流母线外接所述负载；所述燃料电池续航模块承担燃料的存储功能，用于给所述燃料电池模块快速充注燃料。
作为一种较佳的实施例，所述微电网子***包括按照2:1:1比例配置的光伏模块、燃料电池模块、燃料电池续航模块，所述燃料电池模块包括储能变流器PCS，所述燃料电池模块分别连接所述光伏模块、所述燃料电池续航模块和市电，所述燃料电池模块通过交流母线与所述负载相连接。
作为一种较佳的实施例，所述微电网子***包括按照1:1:2比例配置的光伏模块、燃料电池模块、燃料电池续航模块，所述燃料电池模块包括储能变流器PCS，所述储能变流器PCS分别连接所述光伏模块、所述燃料电池续航模块和市电，所述燃料电池模块通过交流母线与所述负载相连接。
作为一种较佳的实施例，所述储能变流器PCS包括市电升压模块、光伏升压模块、充放电模块1、充放电模块2、逆变模块，所述市电升压模块、所述光伏升压模块、所述充放电模块1和所述充放电模块2分别与所述逆变模块相连接；市电通过所述市电升压模块转换后汇流到直流母线，光伏模块输出电能经所述光伏升压模块转换后汇流到直流母线，储能电池输出电能经所述充放电模块1转换后汇流到直流母线，燃料电池输出电能经过所述充放电模块2转换后连接到直流母线；直流母线上的电能经所述逆变模块转换后汇流到交流母线上供给所述负载。
本发明所达到的有益效果：第一，本发明提供的一种多能互补的移动微电网***，该***包含多个微电网子***，微电网子***既可单独工作又可并联使用，提高了***对不同功率级别负载的兼容性；第二，本发明的微电网子***可以由电站模块、储能模块、燃料电池模块、光伏模块或燃料电池续航模块按照不同比例配置、拼舱为标准尺寸的集装箱，结构紧凑、机动灵活；第三，本发明在微网协调控制器的调度下微电网***能够在典型工作模式、静默工作模式和应急工作模式下平滑切换，快速响应不同工况的需求，同时，通过***调度减少电站模块的运行时间，提高分布式能源的渗透率，实现各类能源的全面开发、充分利用和优化配置；第四，本发明的燃料电池长期储存能量无衰减，***能量便于实现快速补给，燃料电池模块运行中噪音低和红外线辐射弱并且可以同时输出热能和电能两种形式的能量；第五，本发明的移动微电网***中的燃料电池模块提高了微电网***续航能力、实现了***的高效运行，降低了对环境的扰动，提高了***的隐蔽性。
附图说明
图1是本发明的第一实施例的子微电网并机原理示意图；
图2是本发明的第一实施例的子微电网变流器的总体原理拓扑图；
图3是本发明的第二实施例的子微电网并机原理示意图；
图4是本发明的第三实施例的子微电网并机原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：如图1所示，本发明公开了一种多能互补的移动微电网***，该***包含2个既能独立工作又能并联使用的微电网子***，即子微电网A和子微电网B；该微电网子***包括电站模块、燃料电池模块、光伏模块、储能模块，整体采用模块化的设计思路，四种模块拼舱后结构上为一个标准尺寸的集装箱，机动灵活，又可以按照模块化结构设置在土建房内，应用场景灵活、丰富；该微电网子***扩展性强，通过通讯总线、交流母线的连接可以使多个微网单元之间实现联络互济，兼容不同功率等级的负载，通讯总线通过电光转换器MC和无线网络适配器GC进行外接通讯。
整个移动微电网***的控制总线可以连接多台微网协调控制器HC、储能变流器PCS、多台电站控制器EC和多台电站变流器PCM；在微网协调控制器HC的调度下移动微电网***在典型模式、静默模式和应急工作模式之间切换。典型模式下光伏模块满功率运行供给负载、储能模块和燃料电池模块，电站模块作为其它模块的补充，根据负载情况、光伏模块的发电情况和储能模块和燃料电池模块的能量存储情况择机启动；静默模式下电站模块停止运行，储能模块工作，燃料电池模块作为储能模块的补充，静默运行；应急模式下***通讯中断，失去微网协调控制器HC的调度，按照预先程序的设定，电站模块以预定转速运行、储能模块和燃料电池模块协同增大放电深度，确保重要负载连续运行。
实施例2：如图2所示，本发明的微电网子***包含交流母线和直流母线，市电通过市电升压模块转换后汇流到直流母线，光伏模块输出电能经光伏升压模块转换后汇流到直流母线，储能电池输出电能经充放电模块1转换后汇流到直流母线，燃料电池模块输出电能经过充放电模块2转换后连接到直流母线；直流母线上的电能经储能变流器PCS的逆变模块转换后汇流到交流母线上供给负载，电站模块的电能经过电站变流器PCM转换后汇流到交流母线供给负载或者反向给储能模块的储能电池充电；当市电***检测到市电的电压、相位与本发明的移动微电网***相同时，闭合旁路开关将市电接入交流母线直接供给负载。市电升压模块、光伏升压模块、充放电模块1与充放电模块2通过直流母线，配置在储能模块，提高了电池的充电效率，节省了空间；光伏模块的电能根据负载情况和整个***的能量存储情况可以通过直流母线给储能模块和燃料电池模块补充能量；市电***和电站模块也可根据负载和***能量存储情况依次流经交流母线、储能变流器PCS的逆变模块和直流母线给储能模块和燃料电池模块补充能量；进一步的储能变流器PCS采用光储一体机，其余同实施例1。
实施例3：如图3所示，该移动微电网***可以不包含电站模块，为延长***续航同时兼顾四部分拼舱为标准集装箱的构思，整个微电网子***可以由光伏模块、储能模块、燃料电池模块按照2:1:1的比例配置，此外，整个***也可以由光伏模块、储能模块、燃料电池模块、燃料电池续航模块按照1:1:1:1的比例配置，其中燃料电池续航模块主要承担燃料的存储功能，其余同实施例1。
实施例4：如图4所示，该移动微电网***可以不包含电站模块和储能模块，保证***续航兼顾四部分拼舱为标准集装箱的构思，整个微电网子***可以由光伏模块、燃料电池模块、燃料电池续航模块按照2:1:1的比例配置，此时燃料电池模块内布置了储能变流器PCS，包含DC-DC、DC-AC、光伏输入等模块，其余同
实施例1。
需要说明的是，本发明的一种多能互补的移动微电网***中的燃料电池模块及燃料电池续航模块可以是氢能燃料电池、铝镁燃料电池、甲醇燃料电池等及对应的续航模块；储能模块可以是电化学储能模块，如锂电池、铅碳电池、纳硫电池等，也可以是超级电容储能模块、压缩空气储能模块等；电站模块可以是柴油发电机模块、汽油发电机模块，也可以是燃气轮机发电机模块等；光伏模块还可以是风能模块等无需补给的新能源模块。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种多能互补的移动微电网***，其特征在于，包括若干子微电网***、负载，所述若干子微电网***之间通过通讯总线相连接，所述若干子微电网***通过交流母线与所述负载相连接；所述子微电网***包括电站模块、燃料电池模块、光伏模块、储能模块，所述光伏模块和所述燃料电池模块分别与所述储能模块相连接，所述电站模块与所述储能模块相连接。
2.根据权利要求1所述的一种多能互补的移动微电网***，其特征在于，所述电站模块包括柴油发电机组、电站变流器PCM，所述柴油发电机组的输出端与所述电站变流器PCM的输入端相连接，所述电站变流器PCM的输出端通过交流母线接所述负载和所述储能模块；所述柴油发电机组产生电能经过所述电站变流器PCM处理后供给所述负载或者供给所述储能模块中的电池充电。
3.根据权利要求2所述的一种多能互补的移动微电网***，其特征在于，所述储能模块包括储能变流器PCS、储能电池，所述储能电池与所述储能变流器PCS相连；所述储能变流器PCS用于电能转换，具体用于所述光伏模块、所述电站模块、市电对所述储能模块中的所述储能电池的充电以及将所述储能模块、所述燃料电池模块和所述光伏模块所产生的电能转换后供给所述负载。
4.根据权利要求1所述的一种多能互补的移动微电网***，其特征在于，所述燃料电池模块为氢能燃料电池模块，用于氢气制备、快充、存储和氢能发电；所述光伏模块产生的电能经所述储能模块转换后用于供给所述负载、所述储能电池充电和所述燃料电池模块的燃料制备。
5.根据权利要求3所述的一种多能互补的移动微电网***，其特征在于，所述微电网子***包括微网协调控制器HC、电站控制器EC，所述微网协调控制器HC通过控制总线连接所述储能变流器PCS、所述电站控制器EC和所述电站变流器PCM，所述微网协调控制器HC用于调度所述移动微电网***在典型工作模式、静默模式和应急工作模式之间切换。
6.根据权利要求1所述的一种多能互补的移动微电网***，其特征在于，所述微电网子***不含电站模块，所述微电网子***包括按照2:1:1比例配置的光伏模块、储能模块、燃料电池模块，所述储能模块包括储能变流器PCS，所述储能变流器PCS分别连接所述光伏模块、所述燃料电池模块和市电，所述储能模块通过交流母线外接所述负载。
7.根据权利要求1所述的一种多能互补的移动微电网***，其特征在于，所述微电网子***不含电站模块，所述微电网子***包括按照1:1:1:1比例配置的光伏模块、储能模块、燃料电池模块、燃料电池续航模块，所述储能模块包括储能变流器PCS，所述储能变流器PCS分别连接所述光伏模块、所述燃料电池模块和市电，所述燃料电池模块与所述燃料电池续航模块相连接，所述储能模块通过交流母线外接所述负载；所述燃料电池续航模块承担燃料的存储功能，用于给所述燃料电池模块快速充注燃料。
8.根据权利要求1所述的一种多能互补的移动微电网***，其特征在于，所述微电网子***包括按照2:1:1比例配置的光伏模块、燃料电池模块、燃料电池续航模块，所述燃料电池模块包括储能变流器PCS，所述燃料电池模块分别连接所述光伏模块、所述燃料电池续航模块和市电，所述燃料电池模块通过交流母线与所述负载相连接。
9.根据权利要求1所述的一种多能互补的移动微电网***，其特征在于，所述微电网子***包括按照1:1:2比例配置的光伏模块、燃料电池模块、燃料电池续航模块，所述燃料电池模块包括储能变流器PCS，所述储能变流器PCS分别连接所述光伏模块、所述燃料电池续航模块和市电，所述燃料电池模块通过交流母线与所述负载相连接。
10.根据权利要求3、5至9任一项所述的一种多能互补的移动微电网***，其特征在于，所述储能变流器PCS包括市电升压模块、光伏升压模块、充放电模块1、充放电模块2、逆变模块，所述市电升压模块、所述光伏升压模块、所述充放电模块1和所述充放电模块2分别与所述逆变模块相连接；市电通过所述市电升压模块转换后汇流到直流母线，光伏模块输出电能经所述光伏升压模块转换后汇流到直流母线，储能电池输出电能经所述充放电模块1转换后汇流到直流母线，燃料电池输出电能经过所述充放电模块2转换后连接到直流母线；直流母线上的电能经所述逆变模块转换后汇流到交流母线上供给所述负载。
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Citations (6)
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2020
- 2020-04-29 CN CN202010353513.6A patent/CN111654055A/zh active Pending
Patent Citations (6)
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