一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统的制作方法

本技术涉及植物工厂的供电系统，具体为一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统。

背景技术：

1、众所周知，使用人工光的植物工厂于1957年在欧洲出现，并经过使用自然阳光且通过补充照明进行植物栽培的植物工厂，然后于20世纪60年代在美国发展成为仅使用人工光的完全受控的植物工厂。此后，在1989年，日本开发了一种人工光源，并将沙拉蔬菜投放市场，从而经历了植物工厂的复兴并获得了与植物工厂相关的技术。

2、植物工厂发展面临的最大问题是费用高。植物工厂最大的费用来自光合作用所需的光照和二氧化碳，一方面，照明设备（led）需要耗费大量的电力，另一方面，为高密度种植的植物补充二氧化碳也需要燃气。这成为制约植物工厂化生产的最大瓶颈。

3、随着led光源的成熟，植物工厂的光照成本有了一定的下降，也有成熟的技术可以利用燃气发电机提供电力的同时将尾气处理后接入种植单元以补充二氧化碳的技术，使植物工厂化生产的成本进一步下降，同时还可以通过光合作用吸收二氧化碳，实现碳减排。光伏的利用也是植物工厂节能减排的热点技术。

4、然而，目前植物工厂的供电系统存在如下问题：1，植物工厂中能耗最大的用电设备led是直流驱动的，但目前的电网是交流电，因此需要交流转直流，需要投入整流硬件并且运行过程中会产生损耗；2，光伏发电站提供直流电，但是目前所有的供电网络都是交流方式，因此，光伏发电后需要逆变为交流才可以使用，而且，如果光伏发电有富余时，也需要逆变为交流才能上网售电；3，已经越来越多的用电设备将采用直流技术，比如为热泵、水泵等提供动力的电机，而限于没有直流供电网络，这些直流电机都需要接入交流电，再转为直流方式。

5、本实用新型旨在建立一种交直流供电网络共存、并且同时存在燃气发电和光伏发电的植物工厂供电系统，基于最近几年发展起来的“光储直柔”技术，利用成熟的“电能路由器”技术和产品，在保证电能质量的前提下，实现能量流的多向流动和对功率流的主动控制，减少植物工厂电力系统的投资，降低运行损耗，进而提高经济效益。

技术实现思路

1、本实用新型为了解决植物工厂运行费用高的问题，提供了一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统。

2、本实用新型是采用如下的技术方案实现的：一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，包括电源端、控制端和负荷端，电源端包括光伏发电站、燃气发电机组；控制端包括电能路由器；负荷端包括直流供电网络、交流供电网络；光伏发电站、燃气发电机组的输出都连接到电能路由器，燃气发电机组产生的电力以交流电形式输入到电能路由器，产生的尾气经处理后接入植物工厂的种植单元，为植物光合作用补充二氧化碳；光伏发电站产生的电力以直流电形式输入到电能路由器；电能路由器输出连接直流供电网络、交流供电网络；交流供电网络连接植物工厂的交流电气设备，用来为交流电气设备供电，直流供电网络连接植物工厂的直流电气设备，为直流电气设备供电。

3、植物工厂中用电量最大的设备是提供光照的led，是直流设备，因此，植物工厂有对直流供电网络的需求；同时，光伏发电站输出直流电力，如果在植物工厂建设直流供电网络，可以大大提高光伏发电站的效率，并节省投资。

4、最近几年“光储直柔”技术得到了一定的发展，也因此产生了成熟的“电能路由器”技术和产品，可以在保证电能质量的前提下，实现能量流的多向流动和对功率流的主动控制；尽管“光储直柔”技术得到了足够的关注，但是目前很多通用的电气设备都只提供交流供电模式，包括不限于水泵、风机、提升机、热泵等，只有直流供电网络无法实现植物工厂的功能，故需要燃气发电机组、交流供电网络。

5、另外植物工厂一般建在消费者集中的区域，没有充足的光伏电站面积，但是其直流用电量非常大，光伏发电站的电力即使在发电峰值时一般也不能满足直流用电需求，燃气发电机组产生的电能以交流电形式输入到电能路由器，在电能路由器内部分为两路，一路整流后转为直流向直流供电网络供电，不需要建设昂贵的储能装置。

6、上述的一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，所述的负荷端还包括升压变压器，升压变压器分别连接电能路由器和电网，可以将富余的电力并网销售。燃气发电的碳排放量低且污染小，是减排的一个方向，在光伏发电或用电不满负荷或光伏发电和用电不满负荷的时候，燃气发电机组的发电量有富余，可以并网销售。

7、上述的一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，所述的电源端还包括变压器，变压器分别连接电网和电能路由器，可以在需要时（谷时）从电网取电，为负荷端供电。

8、上述的一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，控制端单一的电能路由器替换为交流电能路由器和直流电能路由器，光伏发电站的输出连接到直流电能路由器，燃气发电机组的输出连接到交流电能路由器，交流电能路由器的输出连接直流电能路由器和交流供电网络，直流电能路由器输出连接直流供电网络。

9、上述的一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，负荷端还包括升压变压器，升压变压器分别连接交流电能路由器和电网，可以将富余的电力并网销售。

10、上述的一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，电源端还包括变压器，变压器分别连接电网和交流电能路由器，可以在需要时从电网取电，为负荷端供电。

11、本实用新型系统具有以下有益效果：

12、1）直流供电网络和交流供电网络同时存在，分别为直流和交流电气设备供电，满足现阶段甚至未来很长一段时间交流电、直流电设备共存的状况；

13、2）直流发电站和交流发电机、电网交流电同时存在，只在交流电能路由器向直流电能路由器供电一个环节存在交流变直流的过程，没有直流变交流的过程，最大限度地减少交直流转换的设备投资和运行损耗；

14、3）在光伏发电时将燃气发电机组富余的容量并网销售，实现减排；相比将光伏发电站并网销售，减少逆变器投资和运行损耗。

技术特征：

1.一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，其特征在于：包括电源端、控制端和负荷端，电源端包括光伏发电站、燃气发电机组；控制端包括电能路由器；负荷端包括直流供电网络、交流供电网络；光伏发电站、燃气发电机组的输出都连接到电能路由器，燃气发电机组产生的电力以交流电形式输入到电能路由器，产生的尾气经处理后接入植物工厂的种植单元，为植物光合作用补充二氧化碳；光伏发电站产生的电力以直流电形式输入到电能路由器；电能路由器输出连接直流供电网络、交流供电网络；交流供电网络连接植物工厂的交流电气设备，用来为交流电气设备供电，直流供电网络连接植物工厂的直流电气设备，用来为直流电气设备供电。

2.根据权利要求1所述的一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，其特征在于：负荷端还包括升压变压器，升压变压器分别连接电能路由器和电网，可以将富余的电力并网销售。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，其特征在于：电源端还包括变压器，变压器分别连接电网和电能路由器，可以在需要时从电网取电，为负荷端供电。

4.根据权利要求1所述的一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，其特征在于：控制端单一的电能路由器替换为交流电能路由器和直流电能路由器，光伏发电站的输出连接到直流电能路由器，燃气发电机组的输出连接到交流电能路由器，交流电能路由器的输出连接直流电能路由器和交流供电网络，直流电能路由器输出连接直流供电网络。

5.根据权利要求4所述的一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，其特征在于：负荷端还包括升压变压器，升压变压器分别连接交流电能路由器和电网，可以将富余的电力并网销售。

6.根据权利要求4或5所述的一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，其特征在于：电源端还包括变压器，变压器分别连接电网和交流电能路由器，可以在需要时从电网取电，为负荷端供电。

技术总结
本技术涉及植物工厂的供电系统，具体为一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，其电源端包括光伏发电站、燃气发电机组；控制端包括电能路由器；负荷端包括直流供电网络、交流供电网络；燃气发电机组输出连接到电能路由器，产生的尾气接入植物工厂的种植单元；光伏发电站输出连接到电能路由器；电能路由器输出连接直流供电网络、交流供电网络；交流供电网络连接交流电气设备，直流供电网络连接直流电气设备。本技术系统直流供电网络和交流供电网络同时存在，分别为直流和交流电气设备供电，满足现阶段甚至未来很长一段时间交流电、直流电设备共存的状况，具有工作效率高、投资少的优点。

技术研发人员：李青,毕杰,毕研伦
受保护的技术使用者：今蜂智慧农业科技（泰安）有限公司
技术研发日：20220921
技术公布日：2024/1/12