CN220673401U - 一种储-充固体氧化物燃料电池微电网系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种储‑充固体氧化物燃料电池微电网系统，属于微电网技术领域；其技术方案要点是：包括SOFC子系统、储能子系统、并网子系统、充电桩子系统、用户负荷和直流母线；本实用新型设有SOFC子系统，通过SOFC子系统取代传统的利用太阳能、风能和水能的发电系统，能够使微电网不受地域因素的影响，可直接安装在户内，也可安装在户外；因此，本实用新型适合应用于各种不同的场合和能够保证关键负荷的运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及微电网技术领域，具体涉及一种储-充固体氧化物燃料电池微电网系统。
背景技术
微电网是一种集成分布式能源、负荷、储能等设备的电力系统，其主要作用是在断电，电力不足或需求较大的情况下提供可靠、安全和高效的电力供应，同时也能降低能源消耗和碳排放。微电网不仅可以构建一个新的独立供电网络，解决独立小区的安全稳定用电问题，而且可以为深度贫困、山区、海岛等电网落后地区提供更加灵活的电力供应方案，以更快的速度为这些地区发展提供动力。
现有的微电网系统中，一般采用太阳能、风能、水能等可再生能源作为并网发电装置与后备电源；但太阳能、风能、水能等可再生能源容易收到受地域等因素的限制，不适合应用于各种不同的场合和保证关键负荷的运行。
实用新型内容
本实用新型的目的是一种储-充固体氧化物燃料电池微电网系统，以解决背景技术提出的问题。为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：包括SOFC子系统、储能子系统、并网子系统、充电桩子系统、用户负荷和直流母线，所述SOFC子系统、所述并网子系统、所述储能子系统和所述充电桩子系统分别与所述直流母线连接，所述充电桩子系统通过所述用户负荷与所述并网子系统连接，所述并网子系统还连通外界电网。
进一步，所述SOFC子系统包括若干组SOFC、若干个DC/DC变换器、DC/AC功率变换器、第一可控开关、第二可控开关、加热辅件和动力辅件，每个所述SOFC分别通过一个所述DC/DC变换器与所述直流母线电气连接，所述DC/AC功率变换器的直流输入端与所述直流母线电气连接，所述DC/AC功率变换器的交流输出端通过所述第一可控开关与所述加热辅件电气连接，所述DC/AC功率变换器的交流输出端还通过所述第二可控开关与所述动力辅件电气连接。
进一步，所述储能子系统包括超级电容，所述超级电容的输出端通过双向DC/DC变换器与所述直流母线电气连接。
进一步，所述直流母线可与光伏发电系统、风力发电系统和水力发电系统中一个连接。
进一步，所述并网子系统包括双向DC/AC并网逆变器，所述双向DC/AC并网逆变器的直流输入端与所述直流母线电气连接，所述双向DC/AC并网逆变器的交流并网输出端口通过交流并网开关与电网电气连接。
进一步，所述充电桩子系统包括交流充电桩，所述交流充电桩的输入端与所述双向DC/AC并网逆变器的离网输出端口电气连接，所述交流充电桩的输出端通过第一充电枪与第一电动汽车的车载充电机电气连接。
进一步，所述充电桩子系统还包括直流充电桩，所述直流充电桩的输入端与所述直流母线电气连接，所述直流充电桩的输出端通过第二充电枪与第二电动汽车的充电接口电气连接。
进一步，所述交流充电桩与所述离网输出端口之间连接有用户负荷。
进一步，还包括微电网控制系统，所述微电网控制系统包括微电网总控制器、与所述SOFC子系统中可控组件信号连接的第一分控制器、与所述储能子系统中的可控组件信号连接的第二分控制器、与所述并网子系统中可控组件信号连接第三分控制器和与所述充电桩子系统和所述用户负荷中可控组件信号连接第四分控制器。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
本实用新型设有SOFC子系统，通过SOFC子系统取代传统的利用太阳能、风能和水能的发电系统，能够使微电网不受地域因素的影响，可直接安装在户内，也可安装在户外；因此，本实用新型适合应用于各种不同的场合和能够保证关键负荷的运行。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为本实用新型的微电网控制系统结构图
图3为本实用新型的运行流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
实施例：请参考图1-2，一种储-充固体氧化物燃料电池微电网系统，包括SOFC子系统(固体氧化物燃料电池子系统)、储能子系统、并网子系统、充电桩子系统、用户负荷和直流母线，SOFC子系统、并网子系统、储能子系统和充电桩子系统分别与直流母线连接，充电桩子系统通过用户负荷与并网子系统连接，并网子系统还连通外界电网，本实用新型通过SOFC子系统发电，从而将产生的电流输送到直流母线中，并传输给电网及充电桩子系统中；因此，本实用新型通过SOFC子系统取代传统微电网中利用太阳能、风能和水能的发电系统，能够使微电网不受地域因素的影响，可直接安装在户内，也可安装在户外，且可以合理利用天然气市政管网输送的天然气，提高天然气市政管网的使用率的同时又解决了电动汽车充电和用户安全稳定用电的问题。
在本实施例中，SOFC子系统包括若干组SOFC、若干个DC/DC变换器、DC/AC功率变换器、第一可控开关、第二可控开关、加热辅件和动力辅件，其中，第一可控开关为可控开关1、第二可控开关为可控开关2；加热辅件为电热器，用于将SOFC子系统中常温的燃气、空气和重整气提升至反应时的所需温度；而动力辅件可为气泵，用于SOFC子系统中燃气、空气及重整气的传输；每个SOFC分别通过一个DC/DC变换器与直流母线电气连接，DC/AC功率变换器的直流输入端与直流母线电气连接，DC/AC功率变换器的交流输出端分别通过第一可控开关、第二可控开关与加热辅件和动力辅件电气连接。其中，若干组的SOFC用于产生直流电，而与每组的SOFC连接的DC/DC变换器用于将与之电气连接的SOFC所产生的直流电进行电压转换至同一电压等级并输出至直流母线；加热辅件及动力辅件主要用于给SOFC提供热量以及输气动力，从而减少外界电网对微电网使用过程中的影响；而储能子系统包括超级电容，超级电容的输出端通过双向DC/DC变换器与直流母线电气连接，双向DC/DC变换器用于给超级电容进行充放电；并网子系统包括双向DC/AC并网逆变器，双向DC/AC并网逆变器的直流输入端与直流母线电气连接，双向DC/AC并网逆变器的交流并网输出端口通过交流并网开关与电网电气连接，双向DC/AC并网逆变器的交流输出端口既包含并网输出端口，也包含离网输出端口，并网情况下，离网输出端口和并网输出端口均有电，离网情况下，并网输出端口无电，离网输出端口有电，双向DC/AC并网逆变器可实现功率的自动双向流动，即可工作在整流工作状态，也可工作在逆变工作状态(其中，离网和并网的状态区分为微电网有没接入电网)；充电桩子系统包括交流充电桩，交流充电桩的输入端与双向DC/AC并网逆变器的离网输出端口电气连接，交流充电桩的输出端通过第一充电枪与第一电动汽车的车载充电机电气连接，充电桩子系统还包括直流充电桩，直流充电桩的输入端与直流母线电气连接，直流充电桩的输出端通过第二充电枪与第二电动汽车的充电接口电气连接，从而解决了不同类型电动汽车充电的问题；而交流充电桩与离网输出端口之间连接有用户负荷，其中交流用电负荷为用户日常单相或三相交流负荷，保证了用户在并网和离网状态下都能够用；此外，直流母线可与光伏发电系统、风力发电系统和水力发电系统中的其中一个连接，进而提高了该电网的实用性。
本实用新型还包括微电网控制系统，微电网控制系统包括微电网总控制器、与SOFC子系统中可控组件信号连接的第一分控制器、与储能子系统中的可控组件信号连接的第二分控制器、与并网子系统中可控组件信号连接第三分控制器和与充电桩子系统和用户负荷中可控组件信号连接第四分控制器；此外，各控制器的具体结构不加以限制，本实施例中，控制器采用微程序控制器；其中，微电网总控制器与各分控制器信号连接，用于监控各分控制器的运行，及整个微电网的运行状态，负责微电网整体协调控制；而第一分控制器用于控制SOFC子系统中SOFC、DC/DC变换器、加热辅件和动力辅件等各个组件的正常运行，并向微网总控制器实时反馈SOFC子系统的工作状态，以实现SOFC子系统的发电过程；而第二分控制器用于控制储能子系统中双向DC/DC变换器的正常运行，并向微网总控制器实时反馈储能子系统的工作状态，以实现超级电容的充放电过程；第三分控制器则用于控制并网子系统中双向DC/AC并网逆变器和交流并网开关的状态切换，并向微网总控制器实时反馈并网子系统的工作状态，以实现微电网在并网工作模式和离网工作模式下的正常运行；而第四分控制器则用于实时监控充电桩子系统和用户负荷的负荷状态，并反馈给微电网总控制器。
工作原理
请参考图3，在本实用新型中，加热辅件和动力辅件的用电功率为PC1，SOFC子系统的发电功率为PG，储能子系统的充放电功率为PS，充电桩子系统中交流充电桩的用电功率为PC2，充电桩子系统中直流充电桩的用电功率为PC3，用户负荷的用电功率为PC4，微电网向电网输送的功率为Pout，微电网向电网取电的功率为Pin。
在并网发电模式下，微电网各子系统的启机；各子系统启机后的工作状态为：并网子系统中交流并网开关闭合，双向DC/AC并网逆变器交流并网输出端口的接触器闭合，此时并网输出端口和离网输出端口均带电，同时双向DC/AC处于直流侧恒压模式下的整流工作状态，开始给直流母线进行充电；SOFC子系统中加热辅件和动力辅件由直流母线供电后开始正常工作，给SOFC提供动力和能量，使SOFC子系统完成发电前的升温过程并开始发电；储能子系统中的双向DC/DC变换器开始工作，对超级电容进行充电；充电桩子系统和用户负荷处于可正常用电工作状态。所述启机过程中，微电网的功率变化为：Pout＝O，PS＝O，PG＝O，PC1+PC2+PC3+PC4＝Pin。
并网发电模式下，当微电网发电量小于或等于用电量时，各子系统的工作状态为：并网子系统中双向DC/AC并网逆变器处于直流侧恒压模式下的整流工作状态，继续给直流母线充电以供其他子系统使用；SOFC子系统处于正常发电状态，发电功率从0增加到额定功率进行发电，到达额定功率点后保持额定功率点发电；储能子系统中超级电容的充电功率从0开始增加，充满后双向DC/DC变换器进入待机状态；充电桩子系统和用户负荷处于可正常用电工作状态。所述发电过程中，微电网的功率变化为：Pout＝0，PS+PC1+PC2+PC3+PC4＝PG+Pin。
并网发电模式下，当微电网发电量大于用电量时，各子系统的工作状态为：并网子系统中双向DC/AC并网逆变器由直流侧恒压模式下的整流工作状态自动切换至直流侧恒压模式下的逆变工作状态，将微电网盈余的电量经逆变后输出至电网；SOFC子系统处于正常发电状态，发电功率从0增加到额定功率进行发电，到达额定功率点后保持额定功率点发电；储能子系统中的双向DC/DC处于待机状态、充电状态、放电状态三种工作状态，对超级电容随时进行充放电；充电桩子系统和用户负荷处于可正常用电工作状态。所述发电过程中，微电网的功率变化为：Pin＝0，PG-(PS+PC1+PC2+PC3+PC4)＝Pout。
离网发电模式下，当微电网发电量小于等于用电量时，各子系统的工作状态为：并网子系统中的双向DC/AC并网逆变器进入待机状态，双向DC/AC并网逆变器的交流并网输出端口的接触器断开，此时并网输出端口不带电，离网输出端口带电，同时交流并网开关处于闭合状态；SOFC子系统处于正常发电状态，发电功率从0增加到额定功率进行发电，到达额定功率点后保持额定功率点发电；储能子系统中的双向DC/DC处于放电状态，向直流母线供电；用户负荷和充电庄子系统中的交流充电桩通过双向DC/AC并网逆变器的交流离网输出端口和交流并网开关向电网取电；充电桩子系统中的直流充电桩则根据微电网的发电量进行切负荷，即减少可充电的直流充电桩数量。所述发电过程中，微电网的功率变化为：Pin＝PC2+PC4，PG+PS＝PC1+PC3，Pout＝0。
离网发电模式下，当微电网发电量大于用电量时，各子系统的工作状态为：并网子系统中的交流并网开关断开，双向DC/AC并网逆变器的交流并网输出端口的接触器断开，此时并网输出端口不带电，离网输出端口带电，同时双向DC/AC并网逆变器处于直流侧恒压模式下的逆变工作状态，将直流母线上的直流电逆变成交流电供用户负荷和交流充电桩使用；储能子系统中的双向DC/DC处于充电状态，向超级电容充电；SOFC子系统则根据微电网发电量的盈余情况，降低发电功率，减少发电量；充电桩子系统中的直流充电桩处于可正常用电状态。所述发电过程中，微电网的功率变化为：Pin＝0，PC1+PC2+PC3+PC4+PS＝PG，Pout＝0。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”以及类似的表述只是为了说明的目的。
Claims (9)
1.一种储-充固体氧化物燃料电池微电网系统，其特征在于：包括SOFC子系统、储能子系统、并网子系统、充电桩子系统、用户负荷和直流母线，所述SOFC子系统、所述并网子系统、所述储能子系统和所述充电桩子系统分别与所述直流母线连接，所述充电桩子系统通过所述用户负荷与所述并网子系统连接，所述并网子系统还连通外界电网。
2.根据权利要求1所述的储-充固体氧化物燃料电池微电网系统，其特征在于：所述SOFC子系统包括若干组SOFC、若干个DC/DC变换器、DC/AC功率变换器、第一可控开关、第二可控开关、加热辅件和动力辅件，每个所述SOFC分别通过一个所述DC/DC变换器与所述直流母线电气连接，所述DC/AC功率变换器的直流输入端与所述直流母线电气连接，所述DC/AC功率变换器的交流输出端通过所述第一可控开关与所述加热辅件电气连接，所述DC/AC功率变换器的交流输出端还通过所述第二可控开关与所述动力辅件电气连接。
3.根据权利要求1所述的储-充固体氧化物燃料电池微电网系统，其特征在于：所述储能子系统包括超级电容，所述超级电容的输出端通过双向DC/DC变换器与所述直流母线电气连接。
4.根据权利要求1所述的储-充固体氧化物燃料电池微电网系统，其特征在于：所述直流母线可与光伏发电系统、风力发电系统和水力发电系统中一个连接。
5.根据权利要求1所述的储-充固体氧化物燃料电池微电网系统，其特征在于：所述并网子系统包括双向DC/AC并网逆变器，所述双向DC/AC并网逆变器的直流输入端与所述直流母线电气连接，所述双向DC/AC并网逆变器的交流并网输出端口通过交流并网开关与电网电气连接。
6.根据权利要求5所述的储-充固体氧化物燃料电池微电网系统，其特征在于：所述充电桩子系统包括交流充电桩，所述交流充电桩的输入端与所述双向DC/AC并网逆变器的离网输出端口电气连接，所述交流充电桩的输出端通过第一充电枪与第一电动汽车的车载充电机电气连接。
7.根据权利要求1或6所述的储-充固体氧化物燃料电池微电网系统，其特征在于：所述充电桩子系统还包括直流充电桩，所述直流充电桩的输入端与所述直流母线电气连接，所述直流充电桩的输出端通过第二充电枪与第二电动汽车的充电接口电气连接。
8.根据权利要求6所述的储-充固体氧化物燃料电池微电网系统，其特征在于：所述交流充电桩与所述离网输出端口之间连接有用户负荷。
9.根据权利要求1所述的储-充固体氧化物燃料电池微电网系统，其特征在于：还包括微电网控制系统，所述微电网控制系统包括微电网总控制器、与所述SOFC子系统中可控组件信号连接的第一分控制器、与所述储能子系统中的可控组件信号连接的第二分控制器、与所述并网子系统中可控组件信号连接第三分控制器和与所述充电桩子系统和所述用户负荷中可控组件信号连接第四分控制器。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN118572781A (zh) * | 2024-08-01 | 2024-08-30 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | 一种三相燃料电池并网系统 |
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2023
- 2023-08-22 CN CN202322264561.XU patent/CN220673401U/zh active Active
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| CN118572781A (zh) * | 2024-08-01 | 2024-08-30 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | 一种三相燃料电池并网系统 |
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