移动式可再生能源交直流混合供电系统的制作方法

1.本实用新型涉及移动供电技术领域，更加具体来说，本实用新型涉及一种移动式可再生能源交直流混合供电系统。


背景技术：

2.在现有移动供电体系中，平时使用电网市电供电，移动时用柴油发电机组，供电方式单一，在电网市电无法使用时，柴油发电机组将成为设备供电的唯一手段，一旦柴油发电机组出现故障或系统遭到攻击而造成的电力供应中断，所有设备将无法使用。同时柴油发电机组存在震动大、噪声大、体积大等明显不足，另外石油资源有限，长时间连续使用保障压力大，而蓄电池能量密度低、容量有限，需要依托市电电网进行充电，且用电设备电源品种多、型号杂，独立长时供电保障困难。


技术实现要素：

3.为解决现有移动供电体系供电方式单一、容易出现供电故障导致供应中断等问题，本实用新型创新地提供了一种移动式可再生能源交直流混合供电系统，将交流微电网和直流微电网2个系统互联组成多能互补的微电网结构，当没有市电电网依靠时，能够实现长时间孤岛运行；从传统石油为主体的能源供给模式向新能源应用转变，以此实现移动供电系统的能源可再生，拓宽电能供给空间。
4.为实现上述的技术目的，本实用新型公开了一种移动式可再生能源交直流混合供电系统，包括交流微电网、直流微电网、控制器、交流母线、直流母线和双向dc/ac变流器，所述交流微电网包括市电电网和柴油发电机组，所述市电电网和柴油发电机组均与变流汇流箱连接，所述交流汇流箱与所述交流母线连接；所述直流微电网包括光伏电池系统、风力发电系统、储能装置和燃料电池系统，所述光伏电池系统、风力发电系统、储能装置和燃料电池系统分别通过变流器并联至所述直流母线上，所述交流母线和所述直流母线通过所述双向dc/ac交流器连接，所述控制器分别与所述交流汇流箱、各交流器和所述双向dc/ac变流器电性连接。
5.进一步地，所述储能装置与所述直流母线之间的变流器为双向dc/dc变流器。
6.进一步地，所述储能装置包括一个或多个并联的锂电池。
7.进一步地，所述风力发电系统包括一个或多个并联的垂直风力发电机。
8.进一步地，所述柴油发电机组包括一个或多个并联的柴油发电机。
9.进一步地，所述光伏电池系统包括一个或多个并联的薄膜光伏电池。
10.进一步地，所述燃料电池系统包括一个或多个并联的燃料电池。
11.进一步地，所述交流微电网、所述直流微电网、所述控制器、所述交流母线、所述直流母线和所述双向dc/ac变流器集成在方舱上。
12.进一步地，还包括电源箱，所述交流母线和所述直流母线均与所述电源箱连接，所述电源箱与负载电连接。
13.进一步地，所述变流器的功率为10kw、30kw或100kw。
14.本实用新型的有益效果为：
15.(1)本实用新型的移动式可再生能源交直流混合供电系统将交流微电网和直流微电网2个系统互联组成多能互补的微电网结构，当没有市电电网依靠时，能够实现长时间孤岛运行；从传统石油为主体的能源供给模式向新能源应用转变，以此实现移动供电系统的能源可再生，拓宽电能供给空间，提高供电的持续性、可靠性和安全性。
16.(2)本实用新型的移动式可再生能源交直流混合供电系统还具有如下优势：一是源—源互补，实现不同能源间的耦合互补、余能共享，产生“1+1》2”的效果；二是源—网协调，实现供电网络体系优化，降低传统单一能源不利影响，提高供电的持续性、可靠性、安全性；三是网—荷—储互动，实现负载自适应、功率自匹配，能量自调度，提高供电精确化、智能化水平。
附图说明
17.图1是本实用新型实施例的移动式可再生能源交直流混合供电系统的结构示意图；
18.图2是本实用新型实施例的移动式可再生能源交直流混合供电系统的电能转化示意图；
19.图3是本实用新型实施例的移动式可再生能源交直流混合供电系统的供电示意图。
具体实施方式
20.下面结合说明书附图对本实用新型提供的移动式可再生能源交直流混合供电系统进行详细的解释和说明。
21.本实施例具体公开了一种移动式可再生能源交直流混合供电系统，包括交流微电网、直流微电网、控制器、交流母线、直流母线和双向dc/ac变流器，交流微电网包括市电电网和柴油发电机组，市电电网和柴油发电机组均与变流汇流箱连接，市电电网和柴油发电机组产生的交流电在交流汇流箱中汇流，交流汇流箱与交流母线连接，交流汇流箱内汇流的交流电流向交流母线，供负载使用；直流微电网包括光伏电池系统、风力发电系统、储能装置和燃料电池系统，光伏电池系统、风力发电系统、储能装置和燃料电池系统分别通过变流器并联至直流母线上，光伏电池系统、风力发电系统、储能装置和燃料电池系统均产生直流电，将直流电输送至直流母线，供负载使用；交流母线和直流母线通过双向dc/ac交流器连接，直流母线功率可通过双向dc/ac变流器输送至交流母线，交流母线功率也可以通过双向dc/ac变流器输送至直流母线，组成一个多能互补的微电网结构；控制器分别与交流汇流箱、各交流器和双向dc/ac变流器电性连接。控制器通过控制交流汇流箱、各交流器和双向dc/ac变流器来根据具体的供电情况来进行能量分配、智能配电，满足负载需要，实现供电的持续性、可靠性、安全性。控制器采用现有的控制方法。
22.在本实施例中，变流器和双向dc/ac变流器均实行标准化和模块化设计，其中光伏电池系统、风力发电系统、储能装置和燃料电池系统连接的变流器采用相同的变流器，在配电过程中可以互换使用，也可以随意并联使用，便于系统的扩容。
23.在本实施例中，变流器的功率为10kw、30kw或100kw。在接入的供电源(市电电网、柴油发电机组、光伏电池系统、风力发电系统、储能装置和燃料电池系统统称为供电源)功率较大时，可以采用多个变流器并联作为供电源并网接口，多个变流器之间通过控制器进行内部协调控制，控制器负责变流器输出电压、功率等的控制。
24.如图2所示，储能装置与直流母线之间的变流器为双向dc/dc变流器，既可以将直流母线多余功率储存，也可以将本身储存的功率输送给直流母线，进行电能补给。直流微电网中的变流器均为单向dc/dc变流器，仅能将电能输送至直流母线。
25.储能装置包括一个或多个并联的锂电池，锂电池的数量根据实际供电需求设置。锂电池的数量为多个时，每个锂电池通过一个或多个并联的变流器连接至直流母线，多个锂电池之间并联。为解决燃料电池系统、光伏电池系统、风力发电系统存在大负载瞬态响应不足的问题，本实用新型利用储能装置(锂电池)作为“消峰填谷”用储电设备，以保证供电输出是一个变化平缓的功率。在满足负载快速响应时，使燃料电池内部有足够的调整时间，改善动态响应慢的不足，从而提高电源工作寿命。
26.风力发电系统包括一个或多个并联的垂直风力发电机，垂直风力发电机的数量根据实际供电需求设置。垂直风力发电机的数量为多个时，每个垂直风力发电机通过一个或多个并联的变流器连接至直流母线，多个垂直风力发电机之间并联。
27.柴油发电机组包括一个或多个并联的柴油发电机。柴油发电机的数量根据实际供电需求设置，多个柴油发电机之间并联。
28.光伏电池系统包括一个或多个并联的薄膜光伏电池。薄膜光伏电池的数量根据实际供电需求设置。薄膜光伏电池的数量为多个时，每个薄膜光伏电池通过一个或多个并联的变流器连接至直流母线，多个薄膜光伏电池之间并联。
29.燃料电池系统包括一个或多个并联的燃料电池。燃料电池的数量根据实际供电需求设置。燃料电池的数量为多个时，每个燃料电池通过一个或多个并联的变流器连接至直流母线，多个燃料电池之间并联。燃料电池可以为铝空气电池。
30.交流微电网、直流微电网、控制器、交流母线、直流母线和双向dc/ac变流器集成在方舱上，分布在方舱不同区域，依据方舱不同区域的设计配套，整个移动式可再生能源交直流混合供电系统可分阶段、分模式、分保障条件启用不同的供电源。便于移动，可广泛应用于军事、机场、车站、港口、金融、通信、医疗、仓储等场所的稳定电力供应。
31.如图3所示，还包括电源箱，交流母线和直流母线均与电源箱连接，电源箱与负载电连接。
32.本实用新型的移动式可再生能源交直流混合供电系统中各能源使用场景和模式如下：
33.日常模式是在平时状态下，主要依靠市电供电的模式。此时市电始终保持在线，为整个交直流混合供电系统供电。光伏视天气情况决定投切模式，当天气情况允许时，光伏电池系统接入，保持最大功率输出，由于其峰值功率大于总直流负荷，与储能装置配合后直流母线多余功率通过双向dc/ac变流器输送至交流母线；当天气情况不允许或光伏故障检修时，断开开关离网。储能装置一般处于充电状态，当光伏在线时，通过放电控制与光伏配合确保当光辐照度或温度变化时输送至交流母线的功率在一定范围内恒定；若该模式下光伏离线，则储能装置处于充电状态，达到充电限值后断开开关待机；直流母线电压由双向dc/
ac变流器的控制保持稳定。由于柴油发电机组和燃料电池系统主要作为战时的应急保底电源，该模式下均离网。
34.野外模式是在处于野外状态下，此模式下市电离网。当市电不能依托时，用电设备在大负载情况下，移动式可再生能源交直流混合供电系统优先使用柴油发电机组；如果功率需求比较小时，自然环境有风有阳光，可利用光伏或者垂直风力发电等可再生能源进行优先使用供电，储能装置配合使用，用来“消峰填谷”；当柴油发电机组燃料不够时，且自然环境无风无阳光时，燃料电池投入使用，此时燃料电池与储能装置共同放电，储能装置用来弥补燃料电池带动态负载响应不足的问题，用来“消峰填谷”；如果燃料电池燃料不够时，可以用利用光伏或者垂直风力发电，与储能装置一起形成供电网络，作为保底电源使用。当处于夜间时，可利用垂直风力发电与储能装置一起形成供电网络。市电、柴油发电机组、燃料电池、光伏或者垂直风力发电均可为储能装置充电。
35.野外模式下如果需要进行“静默隐身发电”，该模式下柴油发电机组离网。储能等分布式电源具备短时系统供电能力，整个交直流混合供电系统可以由分布式电源供电。该模式下光伏视天气情况决定投切模式，当天气情况允许时，光伏电池系统接入，保持最大功率运行；当天气情况不允许或光伏故障检修时，断开接入开关离网。若光伏在线，储能装置在通过双向dc/dc变流器维持直流母线电压稳定的同时，还与光伏电池系统协同作用，通过交直流母线间双向dc/ac变流器将直流母线功率输送至交流母线，为交流负载供电。若光伏离线，由储能装置单独为整个系统供电。
36.本实用新型的移动式可再生能源交直流混合供电系统在军事中应用时，一般采用以下模式：
37.市电电网主要用在营区平时的供电，当市电不能依托时，如果不需要进行“静默隐身发电”，用电设备在大负载情况下，移动式可再生能源交直流混合供电系统优先使用柴油发电机组，如果功率需求比较小时，自然环境有风有阳光，可利用光伏或者垂直风力发电等可再生能源进行优先使用供电，储能装置配合使用，用来“消峰填谷”；当柴油发电机组燃料不够时，且自然环境无风无阳光时，燃料电池系统投入使用，此时燃料电池与储能装置共同放电，储能装置用来弥补燃料电池带动态负载响应不足的问题，用来“消峰填谷”；如果燃料电池燃料不够时，可以利用光伏或者垂直风力发电，与储能装置一起形成供电网络，作为保底电源使用。鉴于光伏发电易受环境影响，垂直风力发电作为可再生能源的补充，当处于夜间时，可利用垂直风力发电与储能装置一起形成供电网络。市电、柴油发电机组、燃料电池、光伏或者垂直风力发电均可为储能装置充电。
38.当市电不能依托时，如果需要为了规避卫星临空军事侦察，系统采用“静默隐身发电”模式，用电设备在大负载情况下，燃料电池与储能装置共同放电，储能装置用来弥补负载不足能量，用来“消峰填谷”；在中小功率情况下，储能装置直接优先使用，当功率不够时启用燃料电池。当燃料电池没有燃料或者为了节约燃料时，可以用利用光伏或者垂直风力发电，与储能装置一起形成供电网络，作为保底电源使用。鉴于光伏发电易受环境影响，垂直风力发电作为可再生能源的补充，当处于夜间时，可利用垂直风力发电与与储能装置一起形成供电网络。市电、柴油发电机组、燃料电池、光伏或者垂直风力发电均可为储能装置充电。
39.本实用新型的移动式可再生能源交直流混合供电系统可实现市电、油电、热电、风
电、光伏、锂电池、燃料电池等“多源互补”。这种能源体系，在民用上，可破解传统能源发展的矛盾，缓解能源消耗；在军事上，可满足各类军事装备供电要求，具有非常大的应用前景。
40.本实用新型通过多源互补协调供电形成多源混合动力，实现孤岛供电要求。本实用新型也可应用在野外军事基地中，通过建立混合供电系统，集成包括燃料电池、光伏、风电、储能电池、柴油机等能源，实现军事基地的供电需求，同样可为军事地面设备、野外指挥中心、通讯指挥、伴随保障等提供持续稳定应急供电。
41.本实用新型可为大功率装备、重要设施场所提供电力保障，如指挥中心、试验基地、机场机库、港口码头、地下洞库等战略要地，既能提供持续稳定的电源，又可以有效避免因电力系统遭到攻击而造成的电力供应中断或系统瘫痪，对确保军事战略要地安全可靠、实施有效反击反制，具有特别重要的战略意义。
42.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等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。
43.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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，除非另有明确的限定。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。
44.在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任至少一个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
45.此外，术语“第一”、“第二”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至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
46.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。