CN112653150A - 离网发供电*** - Google Patents
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Abstract
本申请实施例涉及一种离网发供电***，包括控制器、光伏发电***、燃料电池发电***、储能***和高压直流母线，控制器分别与光伏发电***、燃料电池发电***、储能***和高压直流母线连接，光伏发电***、燃料电池发电***和储能***分别通过开关与高压直流母线连接；当所述光伏发电***达到发电阈值，所述离网发供电***进入第一工作模式，控制所述光伏发电***接入所述高压直流母线，并控制所述储能***切换到并网充电状态。本申请实施例的离网发供电***在不同的环境状况下都能稳定的运行，提供稳定的离网电源。
Description
技术领域
本发明涉及微电网的技术领域，特别是涉及一种离网发供电***。
背景技术
能源是国民经济发展以及生活质量提升的重要物质基础。然而，由于偏远地区的电输送路径较长，若从电力公司输送电力到该偏远山区耗损的电力较多，从而使得较偏远地区的住户面临电力能源供应不足等问题。而对于电力公司而言，偏远地区或离岛人口数量较低，且该地区的地形往往不适合架设电力设备，如在该地区架设基台或电力设备资金投入过大，不符合经济效应。故偏远地区的住户大多面临着因供电不足甚至无电力供应而可能造成的生活质量较低的问题。
由于太阳能能源取之不尽、用之不竭的特性以及技术上的突破，光伏能源在近些年里得到了很大的发展，是一种清洁、无污染能源。但由于太阳能具有间歇性的特性，其在阴天以及晚上没有阳光的时候，发电量较少，因此在需要稳定能源供应的地方不方便单独使用光伏能源。
发明内容
本发明的第一目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种离网发供电***，使得在不同的环境状况下，离网发供电***都能稳定的运行，提供稳定的离网电源。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种离网发供电***，包括：
控制器、光伏发电***、燃料电池发电***、储能***和高压直流母线，所述控制器分别与所述光伏发电***、所述燃料电池发电***、所述储能***和所述高压直流母线连接，所述光伏发电***、所述燃料电池发电***和所述储能***分别通过开关与所述高压直流母线连接；
当所述光伏发电***达到发电阈值，所述离网发供电***进入第一工作模式，控制所述光伏发电***接入所述高压直流母线，并控制所述储能***切换到并网充电状态。
进一步，还包括电解碱性水制氢***，所述电解碱性水制氢***与所述控制器连接，所述电解碱性水制氢***还通过开关与所述高压直流母线连接；
当所述控制器控制所述光伏发电***接入所述高压直流母线后，所述高压直流母线电压高于电压上限阈值，所述控制器将所述电解碱性水制氢***接入所述高压直流母线，并根据所述高压直流母线电压值自动调节所述电解碱性水制氢***的电流。
进一步，当高压直流母线电压低于电压下限阈值，所述控制器将所述电解碱性水制氢***与所述高压直流母线断开，并控制所述储能***切换到并网放电状态。
进一步，当所述控制器将所述电解碱性水制氢***与所述高压直流母线断开，并控制所述储能***切换到并网放电状态后，还控制所述离网发供电***进入第二工作模式，并控制所述光伏发电***和所述燃料电池发电***接入所述高压直流母线，使得所述燃料电池发电***根据所述高压直流母线电压值调节发电量，以维持所述高压直流母线电压。
进一步，当所述光伏发电***低于发电阈值，所述控制器控制所述离网发供电***进入第三工作模式，并控制所述燃料电池发电***接入所述高压直流母线，使得所述燃料电池发电***根据所述高压直流母线电压值调节发电量，以维持所述高压直流母线电压。
进一步，还包括第一DC/DC变流器和低压直流母线；
所述第一DC/DC变流器的高压侧与所述高压直流母线连接，所述第一DC/DC变流器的低压侧与所述低压直流母线连接。
进一步，还包括DC/AC逆变器和交流母线；
所述DC/AC逆变器的直流侧与所述高压直流母线连接，所述DC/AC逆变器的交流侧与所述交流母线连接。
进一步，所述光伏发电***包括光伏板、第一直流开关、第二直流开关和PV/DC变流器，所述光伏板通过所述第一直流开关与所述PV/DC变流器连接，所述PV/DC变流器通过所述第二直流开关与所述高压直流母线连接。
进一步，所述燃料电池发电***包括第二DC/DC变流器、第三直流开关、第四直流开关、燃料电池电堆；
所述燃料电池电堆的电源输出端通过所述第四直流开关与所述第二DC/DC变流器连接，所述第二DC/DC变流器通过第三开关与所述高压直流母线连接。
进一步，所述电解碱性水制氢***包括电解槽，氢氧分离、氢气提纯装置和氢气罐，所述氢氧分离、氢气提纯装置分别与所述电解槽和所述氢气罐连接，所述电解槽通过开关与高压直流母线连接。
在本申请实施例中，通过建立交流、直流混合的微电网，能够满***流用电以及直流用电所需，储能***作为平衡直流母线电压的备用稳压***，燃料电池作为直流母线电压的备用发电***，通过三种工作模式，使得在不同的环境状况下，离网发供电***都能稳定的运行，提供稳定的离网电源。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本申请实施例一个例子中的离网发供电***的结构示意图；
图2是本申请实施例一个例子中的离网发供电***的工作流程示意图。
附图编号如下：1-光伏发电***；11-光伏板；12-第一直流开关；13-PV/DC变流器；14-第二直流开关；2-燃料电池发电***；20-第三直流开关；21-第二DC/DC变流器；22-第四直流开关；23-燃料电池电堆；231-氢气进口；232-氢气出口；233-空气进口；234-空气及生成水出口；24-冷却循环水箱；25-水泵；26-冷却水进入管；27-冷却水流出管；3-高压直流母线；4-电解碱性水制氢***；41-电解槽；42-氢氧分离及氢气提纯装置；43-氢气罐；5-储能***；6-高压直流负载，例如直流电饭煲、直流电池炉等；7-第一DC/DC变流器；8-低压直流母线；9-低压直流负载，例如直流电风扇、直流***等；10-DC/AC逆变器；11-交流母线；12-交流负载。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。结合以下实施例对本发明作进一步描述。
针对背景技术中所提到的上述技术问题，本申请实施例提供了一种离网发供电***，使得在不同的环境状况下，离网发供电***都能稳定的运行，提供稳定的离网电源。
如图1所示，在一个示例性的实施例中，本申请的离网发供电***包括控制器(未图示)、光伏发电***1、燃料电池发电***2、高压直流母线3、电解碱性水制氢***4、储能***5、低压直流母线8和交流母线11。
在一个例子中，光伏发电***1包括光伏板11、第一直流开关12、第二直流开关14和PV/DC变流器13，光伏板11通过第一直流开关12与PV/DC变流器13连接，PV/DC变流器13通过第二直流开关14与高压直流母线3连接。当光伏发电***1工作时，第一直流开关12和第二直流开关14接通，当光伏板11接收到光照后，生成电压、电流随时变化的直流电，接着将直流电输入PV/DC变流器13整流后，输出稳定的高压直流电到高压直流母线3上供负载使用。在本申请实施例中，第一直流开关12和第二直流开关14与控制器连接，并由控制器控制其接通与断开。
燃料电池发电***2包括第二DC/DC变流器21、第三直流开关20、第四直流开关22、燃料电池电堆23、冷却循环水箱24和水泵25。燃料电池电堆23的电源输出端通过第四直流开关22与第二DC/DC变流器21连接，第二DC/DC变流器21通过第三直流开关20与高压直流母线3连接。当燃料电池发电***发电时，第三直流开关20和第四直流开关21接通，将燃料电池发电***2的正负极与高压直流母线3正负极连接，然后将燃料电池电堆23发电所需的燃料氢气罐接入氢气进口231，将空气输入233空气进口中进行反应，生成直流电及水。反应过程中未反应的氢气从232氢气出口排出，并接入电解碱性水制氢***的氢气提纯装置中；未反应的空气及生成水从234空气出口排出。反应过程中使用水冷的方式给电堆散热，冷却水从冷却循环水箱24中流出，由水泵25加压流入冷却水进入管26吸收热量后从冷却水流出管27流回循环水箱。燃料电池发电***还配备了第二DC/DC变流器21，用于将燃料电池生成的不稳定的直流电转换为稳定的直流电并抬高直流电压等级。
电解碱性水制氢***4包括电解槽41，氢氧分离、氢气提纯装置42和氢气罐43。电解槽41用于电解碱性水从而得到氢气；氢氧分离、氢气提纯装置42用于提纯得到纯度较高的氢气；氢气罐43由多个氢气罐组成，用于储存制备的氢气。氢气罐43连接管接至换向阀，当制氢***启动时，换向阀中储氢通道开启，用氢通道关闭，控制器检测到当前储氢的氢气罐气压高于某一限定值时，则换向阀改变连接方向，使氢气储存于另一氢气罐。当制氢***关闭，燃料电池发电***启动时，换向阀中储氢通道关闭，用氢通道开启，控制模块检测到当前储氢的氢气罐气压低于某一限定值时，则换向阀改变连接方向，使氢气储存于另一氢气罐。
储能***5包括电池组、双向DC/DC、电池管理***，具有过充过放保护功能，用于存储光伏发电***发电后高压直流母线3上未消耗完的电量或用于给高压直流母线供电以及作为燃料电池的启动能源。储能***5具有维持母线电压稳定的作用。
高压直流母线3的电压较高，满足大功率高压直流负载6的使用，例如电磁炉，电饭煲等。
低压直流母线8上的电压由第一DC/DC变流器7转换而来，满足小功率低压直流负载9的使用，例如电风扇、***等。
交流母线11上的电压由DC/AC逆变器10逆变而来，能够满***流负载12的使用。
在本申请实施例中，上述的开关等电气控制元件都可以是与控制器连接，并由控制器控制其切换不同的工作状态。
在一个例子中，控制器包含监控装置和报警装置。报警装置包含LED灯和蜂鸣器。监控装置每隔一段时间间隔△T就会检测***的运行模式以及相关信息，包括高压直流母线3电压Uh、高压直流母线3电流Ih、外部光照强度、温度、储能***荷电状态(SOC)、DC/DC变流器输出电流Ig、氢气罐气压值等，控制器根据采集到的信息控制相应开关，改变离网发供电***的工作状态和模式。当离网发供电***的发生故障时，报警装置则会发出报警信息，LED灯亮，蜂鸣器发出报警声。
以1代表***工作，0代表***不工作，第一位代表光伏发电***，第二位代表燃料电池发电***，离网发供电***的工作模式包括第一工作模式10、第二工作模式11和第三工作模式01。
如图2所示，上述三种工作模式的工作过程如下：
(一)10工作模式
当检测到光伏发电***1达到发电阈值，即光照强度、温度等参数达到光伏电池组发电阈值，离网发供电***由光伏发电***1单独进行发电。此时第一直流开关12和第二直流开关14闭合，将光伏发电***1的正负极与高压直流母线3的正负极连接在一起。光伏发电***1开始工作发电。此时控制器控制储能***5切换到并网充电状态并根据高压直流母线3上的电压大小选择充电电流(在储能***充电电流范围内)，在不影响负载使用的情况下，储存直流母线上未消耗的电量。当控制器检测到高压直流母线电压Uh高于电压上限阈值Umax时，说明光伏发电***1发电量较多，直流母线及交流母线上的负载耗电量较少，控制器启动电解碱性水制氢装置4的开关，并根据高压直流母线电压值自动调节制氢装置4的电流，通过消耗高压直流母线3上的电量制备燃料电池23所需的氢气燃料。当控制器检测到高压直流母线电压低于电压值Umin时，说明发电功率小于用电功率，控制模块使制氢装置4的开关断开，并使储能***5切换到并网放电状态，维持高压母线电压值，同时控制器控制离网发供电***切换到11供电模式(启动燃料电池发电***2)，并使储能***5处于充电状态。
(二)11供电模式
离网发供电***由光伏发电***1和燃料电池发电***2共同发电，此时第一直流开关12、第二直流开关14、第三直流开关20和第四直流开关22处于接通状态，燃料电池发电***2根据高压直流母线电压大小调节发电量，维持高压直流母线电压值。当控制器检测到外部光照强度、温度等参数小于光伏电池11的启动值时，控制器将离网发供电***的供电模式切换到01供电模式。当控制器检测到燃料电池23输出电流Ig等于零时，将离网发供电***的供电模式切换到10供电模式。
(三)01供电模式
离网发供电***由燃料电池发电***2单独供电，此时第一开关12、第二开关14、电解碱性水制氢***4的开关断开，第三开关20和第四开关22接通。燃料电池发电***2根据高压直流母线电压值随时调整发电量。储能***5亦根据高压直流母线电压值随时调整工作状态，维持离网发供电***的稳定。当控制器检测到外部光照强度、温度等参数大于光伏电池启动值时，将离网发供电***的供电模式切换到11供电模式。
在本申请实施例中，通过建立交流、直流混合的微电网，能够满***流用电以及直流用电所需，储能***作为平衡直流母线电压的备用稳压***，燃料电池作为直流母线电压的备用发电***，通过三种工作模式，使得在不同的环境状况下，离网发供电***都能稳定的运行，提供稳定的离网电源。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种离网发供电***，其特征在于，包括：
控制器、光伏发电***、燃料电池发电***、储能***和高压直流母线，所述控制器分别与所述光伏发电***、所述燃料电池发电***、所述储能***和所述高压直流母线连接，所述光伏发电***、所述燃料电池发电***和所述储能***分别通过开关与所述高压直流母线连接；
当所述光伏发电***达到发电阈值，所述离网发供电***进入第一工作模式，控制所述光伏发电***接入所述高压直流母线，并控制所述储能***切换到并网充电状态。
2.根据权利要求1所述的离网发供电***，其特征在于：
还包括电解碱性水制氢***，所述电解碱性水制氢***与所述控制器连接，所述电解碱性水制氢***还通过开关与所述高压直流母线连接；
当所述控制器控制所述光伏发电***接入所述高压直流母线后，所述高压直流母线电压高于电压上限阈值，所述控制器将所述电解碱性水制氢***接入所述高压直流母线，并根据所述高压直流母线电压值自动调节所述电解碱性水制氢***的电流。
3.根据权利要求2所述的离网发供电***，其特征在于：
当高压直流母线电压低于电压下限阈值，所述控制器将所述电解碱性水制氢***与所述高压直流母线断开，并控制所述储能***切换到并网放电状态。
4.根据权利要求3所述的离网发供电***，其特征在于：
当所述控制器将所述电解碱性水制氢***与所述高压直流母线断开，并控制所述储能***切换到并网放电状态后，还控制所述离网发供电***进入第二工作模式，并控制所述光伏发电***和所述燃料电池发电***接入所述高压直流母线，使得所述燃料电池发电***根据所述高压直流母线电压值调节发电量，以维持所述高压直流母线电压。
5.根据权利要求4所述的离网发供电***，其特征在于：
当所述光伏发电***低于发电阈值，所述控制器控制所述离网发供电***进入第三工作模式，并控制所述燃料电池发电***接入所述高压直流母线，使得所述燃料电池发电***根据所述高压直流母线电压值调节发电量，以维持所述高压直流母线电压。
6.根据权利要求1所述的离网发供电***，其特征在于：
还包括第一DC/DC变流器和低压直流母线；
所述第一DC/DC变流器的高压侧与所述高压直流母线连接，所述第一DC/DC变流器的低压侧与所述低压直流母线连接。
7.根据权利要求1所述的离网发供电***，其特征在于：
还包括DC/AC逆变器和交流母线；
所述DC/AC逆变器的直流侧与所述高压直流母线连接，所述DC/AC逆变器的交流侧与所述交流母线连接。
8.根据权利要求1所述的离网发供电***，其特征在于：
所述光伏发电***包括光伏板、第一直流开关、第二直流开关和PV/DC变流器，所述光伏板通过所述第一直流开关与所述PV/DC变流器连接，所述PV/DC变流器通过所述第二直流开关与所述高压直流母线连接。
9.根据权利要求1所述的离网发供电***，其特征在于：
所述燃料电池发电***包括第二DC/DC变流器、第三直流开关、第四直流开关、燃料电池电堆；
所述燃料电池电堆的电源输出端通过所述第四直流开关与所述第二DC/DC变流器连接，所述第二DC/DC变流器通过第三开关与所述高压直流母线连接。
10.根据权利要求1所述的离网发供电***，其特征在于：
所述电解碱性水制氢***包括电解槽，氢氧分离、氢气提纯装置和氢气罐，所述氢氧分离、氢气提纯装置分别与所述电解槽和所述氢气罐连接，所述电解槽通过开关与高压直流母线连接。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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2020
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