[发明专利]具有变速发电机组的混合电力系统

说明书

技术领域

本申请涉及一种混合电力(能量，power)系统，更特别地涉及一种具有变速发电机组的混合电力系统。

背景技术

对于离网(off-grid)应用场合，例如远程通信场合或偏远村庄，需要可靠的电力供应。包含燃烧发动机驱动的发电机设备(发电机组)和电池组的混合系统通常用于提供持续的电力供应。但是，在这些混合系统中，燃料补给和维护成本随时间变高。为了降低这些成本，可使用可再生能量如光电能或风能作为主能量源，同时可使用柴油发电机组作为副能量源。由主或副能量源产生的过剩的能量/电力(即，未被负载消耗的能量)可用于对构造成储存电能以供备用的电池组充电。通常，能量的大部分由可再生能量源来产生是优选的。

在传统的使用同步速度发电机组的混合发电机组系统中，为了维持发电机组的高效率、限制机器磨损以及避免在部分加载期间的积碳，一种用于发电机组系统的常用策略被称作全功率最短运行时间(FPMRT)策略。该策略要求发电机组以全功率工作规定的最短运行时间，此后如果负载能完全由可再生能量源或电池供电，则发电机组可关断。通常，发电机组的尺寸加大(例如，2.5倍的加大)以便满足所预测的峰值负载，即使这种高负载在其工作时间中只会持续较短时间。为了有效地储存由这种尺寸加大的发电机组产生的过剩能量，可能需要尺寸加大的电池，这会大大增加电力系统的成本。此外，由于FPMRT策略必须将大量的过剩能量充电给电池，所以相应的混合电力系统可能由于对电池充电的低效而具有大的能量损失。因此，开发这样一种混合电力系统是有益的，其使发电机组工作以满足负载的电力需求，使得频繁的电池充电可得以避免。最后，还有利的是，对应于期望的低燃料消耗，发电机组的转子速度是可调节的。

在授予Erdman的美国专利No.5,225,712(“'712专利”)中记载了一种具有变速风轮机的风能系统。'712专利描述了一种变速风轮机，其具有减小或消除输出线路上的大的能量波动的能力。该变速风轮机包括将风能转换为电能的变速发电机、功率变换器和连接到电能储存装置的DC电压母线(voltage link)。根据'712专利的公开内容，向公共电网的电力供应由功率变换器处的有源开关来控制。特别地，发电机的转子速度随着变化的风速而改变，以改善一定范围风速上的能量回收。

尽管在'712专利中记载的风能系统可有效地用于从风能量源发电，但它也会存在问题。例如，在'712专利中记载的系统可能不可靠。由于'712专利的电力系统只由风能量源来工作，当该能量源不可用时，它将无法工作。结果，在风能丧失的情况下，依赖于持续的电力供应的负载将不能工作。

此外，由'712专利提供的方案可能不那么有效率和节省成本。例如，发电机根据风速以可变的速度旋转。结果，变速发电机仅由可用的风力源来驱动，并且以由能量源的特性(如风速)而非由负载的特性确定的速度来运转。因此，它不能基于负载的电力需求来有效地提供电力供应。于是，储存装置如电池必须加大尺寸以确保能储存所有过剩的电力。否则，如果储存装置不按比例扩大，则可能浪费大部分所产生的电力。

此外，'712专利中记载的系统不包括电压变换装置，因此不能提供某些离网应用场合所要求的电压水平。例如，'712专利中公开的电力系统的DC母线电压可能是一高电压(例如，750伏)，这可能不适合低电压应用，例如通常要求48伏供电的远程通信系统。

所公开的混合电力系统旨在克服上述一个或多个问题。

发明内容

一方面，本发明涉及一种混合电力系统。该混合电力系统可包括构造成提供主能量/电力的主能量源，和联接到所述主能量源的能量储存装置，所述能量储存装置构造成储存由所述主能量源提供的过剩的主能量。所述混合电力系统还可包括变速发电机组，该变速发电机组包括副能量源，该副能量源构造成响应于负载的电力需求而以可变的转子速度工作以提供副能量。所述混合电力系统还可包括通信地联接到所述主能量源、所述能量储存装置和所述变速发电机组的中央控制器，该中央控制器构造成基于所述负载的电力需求来控制所述主能量源、所述能量储存装置和所述变速发电机组。