[發(fā)明專利]一種適用于可持續(xù)建筑的雙向互動(dòng)式直流極微型電網(wǎng)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310618751.5
• 申請(qǐng)日: 2013-11-29
• 公開（公告）號(hào): CN104682532A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟明;原亞寧;李琳;郭明偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)(保定)
• 主分類號(hào): H02J7/34
• 分類號(hào): H02J7/34;H02J7/35;H02J3/38;F24H1/18
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)直流極微電網(wǎng)系統(tǒng)與熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)相結(jié)合的供電系統(tǒng)。尤其是指可與交流大電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)功率雙向流動(dòng)，用于可持續(xù)建筑的，將房屋電能系統(tǒng)與熱能系統(tǒng)相結(jié)合的，具有高能量利用率的直流極微電網(wǎng)供電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源危機(jī)和環(huán)境污染已成為當(dāng)今世界所面臨的嚴(yán)重問題。可持續(xù)建筑可以實(shí)現(xiàn)建筑的“零耗能”，利用新能源發(fā)電，降低有限的化石燃料的消耗，減少空氣污染，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和城市的可持續(xù)發(fā)展，是未來城市大力發(fā)展的住宅類型。

目前，公知的可持續(xù)建筑是利用保溫材料作為墻壁、使用LED照明等方法提高節(jié)能性；利用分布式可再生能源發(fā)電提供電力。但是，與微型電網(wǎng)相比，分布式可再生能源發(fā)電能源利用率低，控制結(jié)構(gòu)分散，用戶操作復(fù)雜。一般的可持續(xù)住宅電、熱能量系統(tǒng)分開管理，不能實(shí)現(xiàn)能量的最大化利用。

本發(fā)明采用極微型電網(wǎng)將可再生能源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)合起來，形成一個(gè)污染少、能源利用率高、安裝地點(diǎn)靈活的智能微電網(wǎng)，節(jié)省了輸配電資源和運(yùn)行費(fèi)用，減少了集中輸電的線路損耗，減少了電網(wǎng)總?cè)萘浚纳屏穗娋W(wǎng)峰谷性能，提高了可靠性。同時(shí)系統(tǒng)通過熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、熱水箱和電加熱器將房屋熱能系統(tǒng)與電能系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)能量的綜合管理。

其中，采用直流微電網(wǎng)形式，它具有無集膚效應(yīng)、損耗小、效率高、無需無功補(bǔ)償、不存在交流供電系統(tǒng)固有的穩(wěn)定問題、輸送距離和功率也不受電力系統(tǒng)同步運(yùn)行穩(wěn)定性的限制以及易于控制等優(yōu)點(diǎn)。通過雙向交流-直流(AC-DC)變換器實(shí)現(xiàn)與大電網(wǎng)功率的雙向流動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)分布式能源的高效率利用，解決可持續(xù)建筑“零能耗”問題，為用戶提供方便、經(jīng)濟(jì)的電力能源，提出一種符合現(xiàn)代建筑特點(diǎn)的直流極微型電網(wǎng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用直流母線將分布式能源發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、負(fù)荷以及控制系統(tǒng)結(jié)合在一起，使住宅電網(wǎng)成為大電網(wǎng)的一個(gè)可控負(fù)載，可以工作在孤島和并網(wǎng)兩種工作模式。儲(chǔ)能系統(tǒng)采用超級(jí)電容和換電式電動(dòng)汽車電池混合儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)，同時(shí)系統(tǒng)通過熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、熱水箱和電加熱器將房屋熱能系統(tǒng)與電能系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)能量的綜合管理。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

將雙向交流-直流(AC-DC)變換器、分布式電源、包含超級(jí)電容和換電式電動(dòng)汽車電池的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)以及負(fù)荷通過直流母線在可持續(xù)建筑內(nèi)構(gòu)成雙母線直流極微電網(wǎng)，通過微電網(wǎng)的控制提高電能質(zhì)量。

極微電網(wǎng)可以通過雙向交流-直流(AC-DC)變換器并聯(lián)接入交流電網(wǎng)。雙向交流-直流(AC-DC)變換器既可以是電壓源變換器，也可以是電流源變換器。雙向交流-直流(AC-DC)變換器若采用脈寬調(diào)制(PWM)控制，則可以減少系統(tǒng)諧波，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。雙向交流-直流(AC-DC)變換器也可以采用雙閉環(huán)矢量解耦PWM控制的雙向AC/DC換流器，內(nèi)環(huán)電流控制，外環(huán)電壓控制。當(dāng)極微電網(wǎng)內(nèi)功率不足時(shí)，可由交流大電網(wǎng)提供能量；當(dāng)微電網(wǎng)電能過剩時(shí)，直流母線電壓升高到限定閥值，功率由雙向換流器流向交流大電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)功率的雙向流動(dòng)。

在每套房里都設(shè)置一套熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，系統(tǒng)通過直流-直流(DC-DC)變換器與直流母線相連。熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)不僅可以提供電能，而且為用戶提供生活用水或者暖通空調(diào)用水。同時(shí)系統(tǒng)通過熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、熱水箱和電加熱器將房屋熱能系統(tǒng)與電能系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)能量的綜合管理。

混合儲(chǔ)能系統(tǒng)由超級(jí)電容和換電式電動(dòng)汽車電池組成，通過雙向直流-直流(DC-DC)變換器與直流母線相連。當(dāng)極微電網(wǎng)系統(tǒng)電能過剩時(shí)，直流母線電壓升高而達(dá)到所限定的電壓閾值，混合儲(chǔ)能系統(tǒng)吸收多余的電能并通過充放電機(jī)向電動(dòng)汽車動(dòng)力電池充電，除此以外的多余電能通過雙向交流-直流(AC-DC)變換器(此時(shí)為逆變器)回饋到交流電網(wǎng)，以避免直流母線電壓超過限定值；當(dāng)極微電網(wǎng)系統(tǒng)電能不足時(shí)，直流母線電壓降低到所限定的電壓閾值，雙向交流-直流(AC-DC)變換器(此時(shí)為整流器)將交流電能變?yōu)橹绷麟娔芟蛑绷髂妇€供電，混合儲(chǔ)能系統(tǒng)放電向直流母線供電，以避免直流母線電壓低于限定值，維持系統(tǒng)的功率平衡。

如果分布式電源和儲(chǔ)能系統(tǒng)容量足夠大，則極微電網(wǎng)不僅可以運(yùn)行在并網(wǎng)狀態(tài)，而且可以運(yùn)行在離網(wǎng)(或孤島)狀態(tài)。在交流供電系統(tǒng)故障時(shí)，可以運(yùn)行在離網(wǎng)(或孤島)狀態(tài)，由分布式電源和儲(chǔ)能系統(tǒng)為房屋供電。

極微電網(wǎng)采用直流母線結(jié)構(gòu)。針對(duì)未來可持續(xù)建筑，相比于交流母線，采用直流母線具有更多的優(yōu)勢(shì)，可以減少功率變流器的級(jí)數(shù)，提高整體效率，無需考慮頻率穩(wěn)定性、無功功率、集膚效應(yīng)和交流損耗等問題。