基於直流區域網的分布式發電系統的製作方法

2023-05-30 09:18:11 2

專利名稱：基於直流區域網的分布式發電系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及分布式發電技術。本實用新型是一種新穎的分布式發電系統，應用於小型風力發電與光伏發電(太陽能電池)的發電，尤其適合於由小型風力發電與光伏發電陣列組成的大中型併網發電系統。
背景技術：
新能源發電有離網與併網兩種利用方式，併網發電是新能源大規模利用的有效途徑，離網發電則能體現新能源分散發電的優勢。根據自然資源稟賦的特點，新能源併網發電本身往往採取分布式併網形式，由多臺發電裝置共同組網也是規模化離網發電的一種趨 勢。對於併網發電，微型逆變器是當前能夠實現小型新能源併網發電的實用途徑，在許多地區還是充分利用自然資源的重要手段，而由小型風力發電與光伏發電陣列組成的大型併網發電系統，更是一種適應性非常強的新能源開發方式。另一方面，由於新能源併網對於併網逆變器的要求非常嚴格，其中微型併網逆變器的控制並不會比中、大型併網逆變器簡單多少。因此，微型併網逆變器在可靠性、高性能與成本約束等方面明顯不如大型併網逆變器。目前由微型併網逆變器來組成大中型併網發電系統，無論從運行可靠性、系統成本，還是從安裝成本、維護性來說，都還存在很多問題。通過將多個中小型新能源發電裝置發出的電能匯集到DC區域網，然後通過大中型併網逆變器向市電送電，能簡化分布式併網發電的系統結構，同時在離網情況下也能相對容易地想負載提供交流電源；DC區域網本身就能向直流負載提供電力，從而提高用電效率。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是，如何克服現有技術中由小型新能源發電裝置組成大中型併網發電系統必須使用微型逆變器的技術與經濟瓶頸問題，從而提供一種既能充分利用小微新能源發電群資源，又能避免使用微型逆變器的大中型併網發電系統技術。為解決此技術問題，本實用新型提出的解決方案是提供一種基於直流區域網的分布式發電系統，包括分離布置的多臺發電裝置；該系統還包括直流區域網(以下均稱為DC區域網)，直流區域網包括具有正負電纜的直流母線；所述發電裝置是直流發電裝置或交流發電裝置中的至少一種，並通過一一對應的協調器並聯接入DC區域網；對於直流發電裝置，所述協調器由DC/DC變流單元構成，通過控制其輸入與輸出之間的電壓升降或輸入電流達到控制輸入功率的目的；對於交流發電裝置，所述協調器由整流單元與DC/DC變流單元組成，整流單元的DC端接DC/DC變流單元的輸入，整流單元的AC端和DC/DC變流單元的輸出分別為協調器的輸入與輸出。本實用新型中，所述DC區域網通過逆變器接至交流電網或交流負載；或者，所述DC區域網直接與直流負載相接。本實用新型中，還包括至少一臺儲能裝置；所述儲能裝置是直流儲能裝置或交流儲能裝置中的至少一種；對於直流儲能裝置，所述DC區域網通過一一對應的協調器與儲能裝置相接，所述協調器為雙向DC/DC變流單元，協調器的輸入和輸出分別接直流儲能裝置和DC區域網；對於交流儲能裝置，所述DC區域網通過一一對應的協調器與儲能裝置相接，所述協調器為雙向AC/DC變流單元，協調器的輸入和輸出分別接交流儲能裝置和DC區域網。本實用新型中，所述DC/DC變流單元由LLC電路構成。本實用新型中，所述直流發電裝置是光伏發電裝置、燃料電池或直流發電機；所述 交流發電裝置是風力發電機。本實用新型的控制方法，是利用協調器將多個直流發電裝置或交流發電裝置的電能匯集到DC區域網，形成直流供電；或者進一步通過逆變器實現交流供電或併網供電。系統併網發電時，每臺協調器的輸入電流按照對應的發電裝置實現其最大功率點來控制，而逆變器通過控制向電網輸出功率來穩定DC區域網的電壓；系統離網發電時，每臺協調器的輸入電流按照對應的發電裝置實現其最大功率點來控制，一旦DC區域網的電壓達到其上限時，則通過限制協調器的輸入功率來穩定DC區域網的電壓；如DC區域網通過逆變器接至交流負載，則通過控制逆變器輸出穩定的交流電壓。本實用新型的有益效果本實用新型顯著改進了由多臺微型新能源發電裝置組成系統的技術經濟性能(I)將分布式併網發電裝置的功能分解為多臺協調器與單臺(或少數幾臺)併網逆變器，簡化併網結構、提高可靠性；(2)系統採用模塊化結構，方便生產與維護，易於改變系統併網規模；(3)應用協調器應對眾多微小新能源電源，顯著降低發電系統成本；(4)系統結構適應性強，便於構成風電、光伏的單獨或是混合的發電系統；(5)可以利用DC區域網供電，提高用電效率、簡化負載電路；(6)離網時，由單臺或幾臺大中型逆變器組成交流區域網供電系統簡單易行。(7)帶儲能裝置的分布式風光混合直流發電/供電系統，系統簡潔。基於上述可貴特點，本實用新型屬於新能源的分布式發電的技術創新，十分有利於風力與光伏發電資源的規模化採集和開發利用。

圖I是本實用新型的分布式併網發電系統；圖2是用於直流發電裝置的協調器；圖3是用於交流發電裝置的協調器；圖4是二相整流橋；圖5是半橋隔離型DC/DC變流單元；圖6是一種LLC型DC/DC變流單元；圖7是一種雙向DC/DC變流單元；[0034]圖8是一種雙向AC/DC變流單元；圖9帶儲能裝置的分布式發電系統；圖10是一種帶儲能裝置的分布式風光混合發電路燈系統。
具體實施方式
本實用新型的實現原理本實用新型提供了一種新穎的分布式發電系統，利用協調器將多個光伏或風力發電裝置的電能匯集到DC區域網，形成直流供電；或通過大中型逆變器交流供電；或通過 大中型逆變器併入市電。所謂DC區域網就是包括正負電纜的直流母線，它向分布式能源與直流負載或交流電網提供一個中間連結平臺。對於分布式併網發電，利用DC區域網概念，將常規的併網逆變系統分解為多個協調器和大中型併網逆變器兩部分，通過DC區域網將其連接在一起，構成小型風力發電或光伏發電陣列組成的大中型併網發電系統。本實用新型將顯著改進由多臺微型新能源發電裝置所組成系統的技術經濟性能、簡化併網控制要求、提高併網可靠性，十分有利於風力與光伏發電資源的規模化採集和開發利用。光伏、燃料電池、直流發電機等發電裝置提供的是直流電源，而風力發電機等發電裝置提供的是交流電源。本實用新型提出的分布式發電系統由多臺發電裝置及一一對應的多臺協調器、DC區域網、以及一臺或多臺逆變器構成，多臺發電裝置是由直流發電裝置或交流發電裝置單獨或兩者共同構成的，協調器的輸入與輸出分別接發電裝置與DC區域網，逆變器的輸入與輸出分別接DC區域網、交流電網或交流負載。對於直流發電裝置，其對應的協調器由DC/DC變流單元組成，通過控制其輸入與輸出之間的電壓升降或輸入電流達到控制輸入功率的目的；對於交流發電機，其對應的協調器由整流單元與DC/DC變流單元組成，整流單元的DC端接DC/DC變流單元的輸入，整流單元的AC端與DC/DC變流單元的輸出分別為協調器的輸入與輸出。系統併網發電時，每臺協調器的輸入電流按照對應的發電裝置實現其最大功率點來控制，而逆變器通過控制向電網輸出功率來穩定DC區域網的DC電壓；系統離網發電時，每臺協調器的輸入電流按照對應的發電裝置實現其最大功率點來控制，一旦DC區域網的電壓達到其上限時，系統將通過限制協調器的輸入功率來穩定DC區域網的DC電壓。如DC區域網通過逆變器接至交流負載，則通過控制逆變器輸出穩定的交流電壓。這裡所謂的限制協調器的輸入功率，是由協調器來實現的。對於帶儲能的分布式系統，在DC區域網上通過協調器掛上蓄能裝置。系統中所有的協調器輸出端都是並接在DC區域網上的，也就是說多個協調器相互之間是屬於並聯關係。這一點極大簡化了系統的構成，有利於系統實現模塊化結構。本實用新型的分布式發電系統可以適用於光伏發電系統和風力發電系統，也可以應用於混合發電系統，所不同的僅僅是需要選用相應的協調器，這顯著簡化了分布式發電系統的結構，並提高了生產安裝與維護的性能。圖I是本實用新型的分布式發電系統示意。圖2、3是兩類協調器的結構示意，分別用於直流發電裝置的和交流發電裝置，圖2為DC/DC變流單元，圖3為整流單元與DC/DC變流單元的級聯。圖4是整流單元的一例，為普通三相整流橋。上述分布式發電系統中DC區域網通常只需連接一臺逆變器，但在DC區域網容量很大而發電系統又不適合分割的情況下，則可以採用多臺逆變器，其能量控制都是按照保持DC區域網的電壓穩定進行的。逆變器可以採用單相或三相的。多臺併網逆變器連接在DC區域網時，發電系統中的多臺逆變器需要協調管理，例如採取均流控制。光伏發電的輸出是直流；風電一類的輸出雖是交流，但中間過程往往為直流環節。由新能源發電陣列組成DC區域網，進行直流供電也是新能源的一種高效率利用形式。本實用新型的DC/DC變流單元，可以是隔離型與非隔離型兩種之一或混合，通常隔離型的比較有利於系統的安全和可靠性。圖5是一種半橋隔離型DC/DC變流單元，類似的常用電路有很多，諸如全橋、推挽、反激、雙正激等。上述I或2的系統中的DC/DC變流單元可由LLC電路構成，由此可以取得較高的變流效率，並達到原副邊隔離目的。圖6是一種LLC型DC/DC變流電路。上述I或2的系統中的DC/DC變流單元都可以由LLC電路構成， 由此可以取得較高的變流效率，並達到原副邊隔離目的。本實用新型中的系統，可以通過增加儲能裝置而實現併網及離網運行，也可以在併網時實現電力儲能調節功能。具體做法是增加一臺或多臺儲能裝置及一一對應的一臺或多臺協調器，每臺協調器的輸入端與輸出端分別連接儲能裝置與DC區域網。所述儲能裝置是直流儲能裝置或交流儲能裝置中的至少一種。對於蓄電池組一類直流儲能裝置，該協調器為雙向DC/DC變流單元，圖7是雙向DC/DC變流單元的示例。對於飛輪慣性蓄能一類交流儲能裝置，該協調器為雙向AC/DC變流單元，圖8是雙向AC/DC變流單元的示例。應用本實用新型的技術思想，可以構成多種分布式發電系統，例如(I)分布式光伏發電系統。該系統是在圖I中不保留交流發電裝置及與之相關的協調器，系統中的直流發電裝置為N塊光伏電池板，與直流發電裝置相關的N個協調器分別由圖6的LLC電路構成，逆變器為常規單向或三相併網逆變器。(2)分布式風電系統。該系統是在圖I中不保留直流發電裝置及與之相關的協調器，系統中的交流發電裝置為N臺交流發電機，與交流發電機相關的N個協調器分別由圖6的LLC電路構成，逆變器為常規單向或三相併網逆變器。(3)分布式風光混合發電系統。該系統主體結構如圖I所示，是上述兩種系統的混
八
口 ο(4)帶儲能裝置的分布式風光混合發電系統，其中的儲能裝置為蓄電池，蓄電池通過對應協的調器(採用雙向DC/DC變流單元)掛在DC區域網上，能夠實行併網或離網運行。該系統主體結構如圖9所示。(5)帶儲能裝置的分布式風光混合發電路燈供電系統，該系統主體結構如圖10所示。可以通過增加儲能裝置、電子照明等直流負載而構成一種帶儲能裝置的分布式風光混合發電路燈系統，具體做法是增加一臺或多臺儲能裝置及一一對應的一臺或多臺協調器，若干電子照明負載直接掛在DC區域網上，協調器為雙向DC/DC變流單元，每臺協調器的輸入端與輸出端分別連接直流儲能裝置與DC區域網，直流儲能裝置可以採用蓄電池組。以上所述，僅是本實用新型的一些較佳實施案例而已，並非對本實用新型做任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施案例揭示如上，然而並非用以限定本實用新型，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案範圍內，當可利用上述揭示的結構及技術內容做出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施案例，但是凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施案例所作的任何簡單修 改、等同變化與修飾，均仍屬本實用新型技術方案範圍內。
權利要求1.一種基於直流區域網的分布式發電系統，包括分離布置的多臺發電裝置，其特徵在於，該系統還包括直流區域網，直流區域網包括具有正負電纜的直流母線；所述發電裝置是直流發電裝置或交流發電裝置中的至少一種，並通過一一對應的協調器並聯接入直流區域網； 對於直流發電裝置，所述協調器由DC/DC變流單元構成，通過控制其輸入與輸出之間的電壓升降或輸入電流達到控制輸入功率的目的；對於交流發電裝置，所述協調器由整流單元與DC/DC變流單元組成，整流單元的DC端接DC/DC變流單元的輸入，整流單元的AC端和DC/DC變流單元的輸出分別為協調器的輸入與輸出。
2.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，所述直流區域網通過逆變器接至交流電網或交流負載；或者，所述直流區域網直接與直流負載相接。
3.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，還包括至少一臺儲能裝置；所述儲能裝置是直流儲能裝置或交流儲能裝置中的至少一種；對於直流儲能裝置，所述直流區域網通過 一一對應的協調器與儲能裝置相接，所述協調器為雙向DC/DC變流單元，協調器的輸入和輸出分別接直流儲能裝置和直流區域網；對於交流儲能裝置，所述直流區域網通過一一對應的協調器與儲能裝置相接，所述協調器為雙向AC/DC變流單元，協調器的輸入和輸出分別接交流儲能裝置和直流區域網。
4.根據權利要求I至3任意一項中所述的系統，其特徵在於，所述DC/DC變流單元由LLC電路構成。
5.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述直流發電裝置是光伏發電裝置、燃料電池或直流發電機；所述交流發電裝置是風力發電機。
專利摘要本實用新型涉及分布式發電技術，旨在提供一種基於直流區域網的分布式發電系統。包括分離布置的多臺發電裝置，以及直流區域網，直流區域網包括具有正負電纜的直流母線；發電裝置是直流或交流發電裝置中的至少一種，並通過一一對應的協調器並聯接入直流區域網。本實用新型屬於新能源的分布式發電的技術創新，有利於風力與光伏發電資源的規模化採集和開發利用。通過將多個光伏或風力發電裝置的電能匯集到直流區域網，形成直流供電；或通過大中型逆變器交流供電；或通過大中型逆變器併入市電。本實用新型顯著改進由微型新能源發電裝置組成系統的技術經濟性能、簡化併網控制要求、提高併網可靠性，有利於風力與光伏發電資源的規模化採集和開發利用。
文檔編號H02J1/00GK202633939SQ20122020802
公開日2012年12月26日 申請日期2012年5月8日 優先權日2012年5月8日
發明者呂遙 申請人:呂遙