[发明专利]电能管理装置及方法有效
申请号: | 201780013744.9 | 申请日: | 2017-02-27 |
公开(公告)号: | CN108886258B | 公开(公告)日: | 2022-04-19 |
发明(设计)人: | 潘学伟;王鹏;肖建芳;朱福鸿 | 申请(专利权)人: | 南洋理工大学 |
主分类号: | H02J4/00 | 分类号: | H02J4/00;H02J3/02;H02J3/38 |
代理公司: | 上海思微知识产权代理事务所(普通合伙) 31237 | 代理人: | 智云 |
地址: | 新加坡国新加*** | 国省代码: | 暂无信息 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 电能 管理 装置 方法 | ||
公开一种电能管理装置。该装置包括:用于与电能源和/或电能负载和/或电能储存装置建立电气连接的多个接口端;多个电力转换器,每个电力转换器均具有输入端和输出端;包括多个继电器单元的继电器阵列,所述继电器单元设置为可在与所述多个电力转换器的输入端的连接和与该多个电力转换器的输出端的连接之间切换;控制器,该控制器用于生成所述继电器阵列中的继电器单元的控制信号,并从而对所述电力转换器形成的各组合的输入端和输出端之间的连接进行设置。
技术领域
本发明实施方式涉及电能管理,尤其涉及微电网应用中不同电能源与负载间电能转换的管理。
背景技术
如今,太阳能光伏(PV)及风力涡轮机等可再生能源(RES)正越来越普及。其中的部分原因在于人们对以化石能源为基础的不可再生能源的耗竭以及对与不可再生能源的使用相关联的碳排放的关注度越来越高。可再生能源的发电取决于风速、太阳辐照量及温度等实际天气条件。此类条件可发生剧烈而快速的经时变化。为了确保可再生能源的稳定供能,通常使用电池组和超级电容等直流(DC)储能装置对可再生能源的输出功率变化进行补偿。此外,发光二极管(LED)、液晶显示器(LCD)、通信装置、计算装置及采用变速驱动器的电动机等直流负载在电能负载中占有很大比例。直流系统装置的高市占率使得在很多情况下需要在直流和交流(AC)电力之间进行转换。对于现有交流系统而言,此类直流-交流-直流转换可导致较低的能量利用率和系统可靠性。
在交流和直流类系统部件的集成方面,一种已证明的有效方案为使用由交流子网和直流子网构成的交直流混合微电网。该方案有助于减少需要进行的能量转换次数。
图1为交直流混合微电网系统的例示布局示意图。交直流混合微电网系统100包括交流总线110和直流总线120。交流总线110上连有交流负载116和柴油发电机114。直流总线120上连有储能系统(ESS)124,太阳能光伏板126和轻型风力涡轮机128,而且这些部件通过相应的电力电子转换器纳入电网。其中,储能系统124通过双向直流/直流转换器132连于直流总线120,太阳能光伏板126通过单向直流/直流转换器134连于直流总线120,轻型风力涡轮机128通过三相交流/直流整流器136连于直流总线。交流总线110与直流总线120之间安装有双向互连转换器(BIC)130。该系统可视为以下两个子网:交流子网和直流子网。双向互连转换器(BIC)130用于保持此两子网的功率平衡。如图1所示,交流总线110可连于公用电网112。因此,根据是否有可供使用的公用电网,该交直流混合微电网可以并网和孤网两种模式运行。
交直流混合微电网可作为固定设施安装于建筑物中,并与公用电网连接。此外,其还可在飞机、海上平台等孤网情形中使用。交直流混合微电网的主要考虑因素为安装和操作的简便性,而且对于防灾和军事用途中的电力供应而言尤其如此。
图2为交直流混合微电网的例示模块化设计图。如图2所示,混合电网模块200具有多个电力转换器。混合电网模块200具有交流总线220和直流总线,该交流总线具有A、B、C三条火线、零线N及地线Gnd,该直流总线具有正线+、负线–及地线Gnd。交流总线210上连有柴油发电模块212和双馈感应发电机(DFIG)风力发电模块214。直流总线220上连有飞轮交流/直流转换器222,燃料电池直流/直流转换器224,电池直流/直流转换器226以及光伏直流/直流转换器228。交流总线210与直流总线220由双向交流/直流转换器230连接。混合电网模块200由能量管理系统(EMS)232控制。图2所示模块化设计提供了一种将所有类型的电力电子转换器集成于交直流混合微电网模块200内的方案。
模块化交直流混合微电网的优点包括:易于部署和安装;易于维护;高便携性;该系统具有高度的可扩展性,而且易于操作和控制。
当前的微电网设计均根据可用电能源、储能及负载情况,具体问题具体处理。其中,相应的电力转换模块和系统结构必须专门设计。由于微电网的大多数部件由采用不同技术的不同供应商提供,因此系统集成成为一项复杂而耗时的任务,前后项目之间难以直接移植或相互借鉴。
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