一种离网型交直流混合微电网系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种离网型交直流混合微电网系统及其控制方法，系统包括依次连接的直流母线、DC/AC双向变流单元和交流母线；直流母线上连接有第一燃料电池发电单元、光伏发电单元和蓄电池；交流母线上连接有用户负荷供电单元、辅助系统负荷供电单元和制氢储氢单元；光伏发电单元用于利用太阳能进行发电；制氢储氢单元用于制取氢气并储存制取的氢气；第一燃料电池发电单元用于利用氢气进行发电；光伏发电单元发电得到的电能的部分通过用户负荷供电单元向用户负荷供电，部分通过辅助系统负荷供电单元向微电网系统提供自持所需电能，部分储存于蓄电池中。本发明专利技术解决了目前电解水制氢经济性较差且会产生对环境不利的有害气体的技术问题。

An Off-grid AC/DC Hybrid Microgrid System and Its Control Method

The invention provides an off-grid AC-DC hybrid micro-grid system and its control method, which comprises successively connected DC buses, DC/AC bidirectional converter units and AC buses; connected DC buses with first fuel cell power generation unit, photovoltaic power generation unit and storage battery; connected AC buses with user load power supply unit, auxiliary system load power supply unit and hydrogen storage unit. Hydrogen unit; photovoltaic unit for power generation using solar energy; hydrogen production and storage unit for hydrogen production and storage; first fuel cell unit for power generation using hydrogen; photovoltaic unit for power generation part of the electricity generated by user load power supply unit to user load power supply, part of the auxiliary system load power supply unit to micro-grid. The system provides the power needed for self-sustainment, part of which is stored in storage batteries. The invention solves the technical problem that the current hydrogen production by electrolyzing water has poor economy and can produce harmful gases which are harmful to the environment.

【技术实现步骤摘要】
一种离网型交直流混合微电网系统及其控制方法
本专利技术涉及能源
，具体涉及一种具有氢能循环利用的离网型交直流混合微电网系统及其控制方法。
技术介绍
传统化石燃料(例如煤、石油、天然气)的持续消耗会造成严重的能源短缺问题以及地球环境问题，开发新型可再生能源迫在眉睫，现有的一些可再生能源技术方案都有一定的局限性，例如风能受环境气候影响大，存在间歇性与随机性问题，并网会对电网造成冲击；又例如海洋能(潮汐能、波浪能、温差能)在地域及技术层面有很大的局限性；又例如太阳能则只在有光照情况下才能发电，存在间歇性与随机性问题，并网会对电网造成冲击。而针对可再生能源应用的局限性，需要配置较大容量的储能系统，目前最常用的储能形式为电化学储能，例如锂电池、蓄电池等。而作为清洁、高效的新能源-氢能，氢能量密度高达120MJ/kg，氢的发热值为142351kJ/kg，是汽油发热值的3倍；氢是自然界中存在最普遍的元素，我们可以从可再生的原料如水、生物质或沼气中制得；氢能有多种利用形式，既可以像汽油一样应用于内燃机通过直接燃烧产生热能为动力装置提供能量，又可以通过燃料电池发电，氢燃料电池技术具有能量转换效率高和零排放的显著优势；因此氢能相对于风能、海洋能和太阳能而言，具有更多的优点。目前，制氢技术主要有生物制氢以及电解水制氢等，其中电解水制氢以水为氢源电解得到氢气和氧气，然后氢气燃烧之后又得到了水，这一绿色循环过程体现了氢能的优势所在。但是如今用于电解水制氢的电能大多数来自于化石能源发电，不仅成本较高，而且会产生对环境不利的有害气体。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种具有氢能循环利用的离网型交直流混合微电网系统及其控制方法，以解决目前电解水制氢经济性较差且会产生对环境不利的有害气体的技术问题，实现零污染零排放供能。为了实现本专利技术目的，本专利技术实施例提供一种具有氢能循环利用的离网型交直流混合微电网系统，包括依次连接的直流母线、DC/AC双向变流单元和交流母线；所述直流母线上连接有第一燃料电池发电单元、光伏发电单元和蓄电池；所述交流母线上连接有用户负荷供电单元、辅助系统负荷供电单元和制氢储氢单元；其中，所述光伏发电单元用于利用太阳能进行发电；所述制氢储氢单元用于制取氢气并储存制取的氢气；所述第一燃料电池发电单元用于利用所述氢气进行发电；其中，所述光伏发电单元发电得到的电能的部分通过所述用户负荷供电单元向用户负荷供电，部分通过所述辅助系统负荷供电单元向所述微电网系统提供自持所需电能，部分储存于所述蓄电池中。其中一个实施例，所述交流母线上还连接有第二燃料电池发电单元。其中一个实施例，所述第一燃料电池发电单元为PEMFC燃料电池发电单元，所述第二燃料电池发电单元为SOFC燃料电池发电单元。其中一个实施例，所述系统还包括换热装置，所述换热装置用于将所述第一燃料电池发电单元和所述第二燃料电池发电单元运行时产生的热量以热水形式导出。其中一个实施例，所述交流母线通过一并网开关与电网连接，所述并网开关用于控制所述微电网并网或离网运行。为了实现本专利技术目的，本专利技术实施例还提供一种所述离网型交直流混合微电网系统的控制方法，包括如下步骤：获取蓄电池、交直流母线、光伏发电单元和第一燃料电池的状态信息；根据所述状态信息和预设策略确定所述微电网的状态；根据所述微电网的状态和预设策略控制所述微电网的设备执行相应的指令。其中一个实施例，所述根据所述状态信息和预设策略确定所述微电网的状态包括：当所述蓄电池、交直流母线、光伏发电单元和第一燃料电池的状态信息为可用，则确定所述微电网的状态为第一状态；当所述蓄电池、交直流母线和光伏发电单元的状态信息为可用，所述第一燃料电池的状态信息为不可用，则确定所述微电网的状态为第二状态；当所述蓄电池、交直流母线和第一燃料电池的状态信息为可用，所述光伏发电单元的状态信息为不可用，则确定所述微电网的状态为第三状态；当所述蓄电池和交直流母线的状态信息为可用，所述光伏发电单元和第一燃料电池的状态信息为不可用，则确定所述微电网的状态为第四状态。其中一个实施例，所述根据所述微电网的状态和预设策略控制所述微电网的设备执行相应的指令包括：当所述微电网的状态为第一状态，根据不同时间段控制微电网的设备执行相应的指令；其中，处于夜间时间段时，制氢储氢单元停运，当蓄电池容量不足时，需切除三类负荷，并启动第一燃料电池发电单元作为补充电源供给负荷；如果蓄电池容量足够保证所有负荷夜间用电需求，则无需开启第一燃料电池发电单元；其中，处于上午时间段时，当蓄电池电池容量不足时，需停运制氢储氢单元，并启动第一燃料电池发电单元补充光伏发电不足部分，蓄电池处于小功率充电状态；当蓄电池容量在满足负荷用电需求的同时也能够带载制氢储氢单元最小运行功率，则停运第一燃料电池发电单元，维持制氢储氢单元最小功率运行；其中，处于中午时间段时，停运第一燃料电池发电单元；当制氢储氢单元不可用时，光伏发电单元的富电用于给蓄电池充电；如果蓄电池容量过高，则弃光，如果蓄电池容量过低，则切除三类负荷，光伏发电单元给蓄电池充电至容量允许范围；当制氢储氢单元可用时，则保持制氢储氢单元额定功率运行，如果此时蓄电池容量已满且制氢储氢单元已满功率运行，则弃光；其中，处于傍晚时间段时，当蓄电池容量不足时，切除三类负荷，并停运制氢储氢单元；当蓄电池容量已满时，停运第一燃料电池发电单元和制氢储氢单元，多余的光伏弃掉；当蓄电池容量处于中间位置时，保持制氢储氢单元运行。其中一个实施例，所述根据所述微电网的状态和预设策略控制所述微电网的设备执行相应的指令包括：当所述微电网的状态为第二状态，根据不同时间段控制微电网的设备执行相应的指令；其中，处于夜间时间段时，当蓄电池容量不足时，告警并切除三类负荷，停运制氢储氢单元；当蓄电池容量富足时，在保证负荷用电需求条件下，维持制氢储氢单元低功率运行；其中，处于上午时间段时，当蓄电池容量不足时，告警并切除三类负荷，停运制氢储氢单元；当蓄电池容量富足时，在保证负荷用电需求条件下，维持制氢储氢单元低功率运行；其中，处于中午时间段时，当制氢储氢单元不可用且蓄电池容量已满，则弃光；当蓄电池容量富足时，向负荷供电；当蓄电池容量不足时，告警并切除三类负荷；当制氢储氢单元可用且蓄电池容量不足时，停运制氢储氢单元；当蓄电池容量富足时，保持制氢储氢单元满功率运行；其中，处于傍晚时间段时，当蓄电池容量不足时，停运电解水制氢；当蓄电池容量富足时，维持制氢储氢单元运行。其中一个实施例，所述根据所述微电网的状态和预设策略控制所述微电网的设备执行相应的指令包括：当所述微电网的状态为第三状态，停运制氢储氢单元，当蓄电池容量不足时，启动第一燃料电池发电单元；当蓄电池容量富足时，保持第一燃料电池发电单元运行；当蓄电池容量已满时，停运第一燃料电池发电单元。其中一个实施例，所述根据所述微电网的状态和预设策略控制所述微电网的设备执行相应的指令包括：当所述微电网的状态为第四状态，停运制氢储氢单元，当蓄电池容量不足时，切除三类负荷；当蓄电池容量富足时，为负荷提供临时供电。以上技术方案至少具有以下有益效果：1.提供了一种具有氢能循环利用的离网型交直流混合微电网系统及其控制方法，所述微电网系统充分发挥了直流电优势，由于储能电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有氢能循环利用的离网型交直流混合微电网系统，其特征在于，包括依次连接的直流母线、DC/AC双向变流单元和交流母线；所述直流母线上连接有第一燃料电池发电单元、光伏发电单元和蓄电池；所述交流母线上连接有用户负荷供电单元、辅助系统负荷供电单元和制氢储氢单元；其中，所述光伏发电单元用于利用太阳能进行发电；所述制氢储氢单元用于制取氢气并储存制取的氢气；所述第一燃料电池发电单元用于利用所述氢气进行发电；其中，所述光伏发电单元发电得到的电能的部分通过所述用户负荷供电单元向用户负荷供电，部分通过所述辅助系统负荷供电单元向所述微电网系统提供自持所需电能，部分储存于所述蓄电池中。

【技术特征摘要】
1.一种具有氢能循环利用的离网型交直流混合微电网系统，其特征在于，包括依次连接的直流母线、DC/AC双向变流单元和交流母线；所述直流母线上连接有第一燃料电池发电单元、光伏发电单元和蓄电池；所述交流母线上连接有用户负荷供电单元、辅助系统负荷供电单元和制氢储氢单元；其中，所述光伏发电单元用于利用太阳能进行发电；所述制氢储氢单元用于制取氢气并储存制取的氢气；所述第一燃料电池发电单元用于利用所述氢气进行发电；其中，所述光伏发电单元发电得到的电能的部分通过所述用户负荷供电单元向用户负荷供电，部分通过所述辅助系统负荷供电单元向所述微电网系统提供自持所需电能，部分储存于所述蓄电池中。2.如权利要求1所述的具有氢能循环利用的离网型交直流混合微电网系统，其特征在于，所述交流母线上还连接有第二燃料电池发电单元。3.如权利要求2所述的具有氢能循环利用的离网型交直流混合微电网系统，其特征在于，所述第一燃料电池发电单元为PEMFC燃料电池发电单元，所述第二燃料电池发电单元为SOFC燃料电池发电单元。4.如权利要求2所述的具有氢能循环利用的离网型交直流混合微电网系统，其特征在于，所述系统还包括换热装置，所述换热装置用于将所述第一燃料电池发电单元和所述第二燃料电池发电单元运行时产生的热量以热水形式导出。5.如权利要求2所述的具有氢能循环利用的离网型交直流混合微电网系统，其特征在于，所述交流母线通过一并网开关与电网连接，所述并网开关用于控制所述微电网并网或离网运行。6.一种如权利要求1-5任一项所述离网型交直流混合微电网系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：获取蓄电池、交直流母线、光伏发电单元和第一燃料电池的状态信息；根据所述状态信息和预设策略确定所述微电网的状态；根据所述微电网的状态和预设策略控制所述微电网的设备执行相应的指令。7.如权利要求6所述的离网型交直流混合微电网系统的控制方法，其特征在于，所述根据所述状态信息和预设策略确定所述微电网的状态包括：当所述蓄电池、交直流母线、光伏发电单元和第一燃料电池的状态信息为可用，则确定所述微电网的状态为第一状态；当所述蓄电池、交直流母线和光伏发电单元的状态信息为可用，所述第一燃料电池的状态信息为不可用，则确定所述微电网的状态为第二状态；当所述蓄电池、交直流母线和第一燃料电池的状态信息为可用，所述光伏发电单元的状态信息为不可用，则确定所述微电网的状态为第三状态；当所述蓄电池和交直流母线的状态信息为可用，所述光伏发电单元和第一燃料电池的状态信息为不可用，则确定所述微电网的状态为第四状态。8.如权利要求7所述的离网型交直流混合微电网系统的控制方法，其特征在于，所述根据所述微电网的状态和预设策略控制所述微电网的设备执行相应的指令包括：当所述微电网的状态为第一状态，根据不同时间段控制微电网的设备执行相应的指令；其中，处于夜间时间段时，制氢储氢单元停运，当蓄电池容量不足时，需切...

【专利技术属性】
技术研发人员：王尧，郭树生，吴昊，齐宇博，刘波，位召祥，杨森，黄文有，向文元，
申请(专利权)人：中广核研究院有限公司，中国广核电力股份有限公司，中国广核集团有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44