一种基于燃料电池测试与充电桩耦合的微网系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于燃料电池测试与充电桩耦合的微网系统，包括直流微电网单元、交流微电网单元、双向AC/DC逆变器、配电单元以及能量管理单元，所述能量管理单元分别与直流微电网单元、交流微电网单元、双向AC/DC逆变器和配电单元通讯连接，所述直流微电网单元与交流微电网单元通过双向AC/DC逆变器电连接，所述配电单元与交流微电网单元电连接。本实用新型专利技术避免了常规电阻型负载将燃料电池系统产生的电能通过热能消耗掉的能量浪费，同时还节省了为给电阻型负载降温设备的额外电能消耗。

A microgrid system based on the coupling of fuel cell test and charging post

【技术实现步骤摘要】
一种基于燃料电池测试与充电桩耦合的微网系统
本技术属于燃料电池测试和微网
，具体涉及一种基于燃料电池测试与充电桩耦合的微网系统。
技术介绍
燃料电池电堆、燃料电池系统以及燃料电池发动机的大规模研究、验证及测试是燃料电池应用前必不可少的步骤。由于燃料电池自身是一个持续消耗氢的发电装置，在传统的性能测试过程中第一种方案是使用电阻型负载将燃料电池系统产生的电能通过热能消耗掉，造成了资源的浪费和成本的增加。另外，通常所使用的电子负载在释放热能的过程中还需要诸如冷水塔、大型风机甚至空调等对其进行散热以保障电子负载的正常工作，因而还需要额外的电能。而对于新能源汽车用燃料电池动力系统，其功率超过30kW甚至高达100kW，则采用电子负载的测试方式将会产生极大的电能浪费，测试成本攀升。第二种方案是采用馈网型电子负载将燃料电池测试过程中输出的电能回馈给电网。虽然该种方案可以有效避免燃料电池在测试放电过程中的热消耗，但是由于测试流程的复杂多样性(如频繁启停加载、加速以及测试极化曲线等)加之多堆并行测试等，在此情况下向电网馈电时，将会造成对电网的高频谐波干扰严重，处理起来也比较困难，严重影响着电网的电能质量，甚至会对电网造成冲击。第三种方案是将燃料电池测试过程中输出的电能通过电解水制氢的方式获得氢气通入燃料电池进行循环利用。但是，在燃料电池运行过程中氢气转换为电的效率一般为50％(基于氢气的低热值LHV)，而产生的电再次通过电解水制氢的理论电解效率虽然很高(表观转换效率甚至可达100％～122％)，但在工业上为提升产氢速率需要加热升温以及产生的极化过电位等因素电能转换效率仅为50～70％。则完成氢气→燃料电池→电解槽→氢气的一个完整循环效率仅为30％，能量损失超过70％，而且电解水制氢系统成本(特别是以贵金属铂或铱作为催化剂的固体电解质膜电解水制氢系统)较高，寿命较短。因此该种方案并不经济，且存在着系统复杂、维护繁复的问题。另一方面，当前基于充电桩的电动汽车的充电技术尚存在以下问题：第一，充电能量来源于电网，而目前我国至少70％的电力来自煤炭，因而电动汽车的应用并没能改变对常规能源的消耗和对环境污染的影响，只是将污染源集中在了火电厂；第二，由于电动汽车充电为非线性负载，在充电过程中将同时向电网注入谐波电流导致电网电能质量下降、电网损耗增加及输变电设备正常容量占用，还需要增加无功补偿设备以稳定节点电压，致使控制复杂、设备造价攀升；第三，当采用大电流的直流快充方式时还会给电网负荷带来大量的波动，电网供电稳定性变差。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本技术的目的在于提供一种基于燃料电池测试与充电桩耦合的微网系统。为达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：本技术实施例提供一种基于燃料电池测试与充电桩耦合的微网系统，包括直流微电网单元、交流微电网单元、双向AC/DC逆变器、配电单元以及能量管理单元，所述能量管理单元分别与直流微电网单元、交流微电网单元、双向AC/DC逆变器和配电单元通讯连接，所述直流微电网单元与交流微电网单元通过双向AC/DC逆变器电连接，所述配电单元与交流微电网单元电连接。上述方案中，所述直流微电网单元包括燃料电池测试单元、储能单元和直流充电单元，所述燃料电池测试单元、储能单元和直流充电单元的直流接口连接在直流母线L1上。上述方案中，所述燃料电池测试单元包括燃料电池测试台、单向DC/DC变换器和第一断路器，所述燃料电池测试台中的待测燃料电池的直流输出端与其相对应的所述单向DC/DC变换器的输入端电连接，所述单向DC/DC变换器的输出端通过第一断路器与直流母线L1电连接。上述方案中，所述储能单元包括储能电池组、电池管理单元、双向DC/DC变换器和第二断路器，所述储能电池组与所述双向DC/DC变换器的一端电连接，所述双向DC/DC变换器的另一端通过所述第二断路器与直流母线L1电连接，所述电池管理单元通过低压信号线与所述储能电池组连接。上述方案中，所述直流充电单元包括直流充电柜和直流充电桩；所述直流充电柜的输入端经由内部断路器与直流母线L1电连接，所述直流充电柜的输出端分别与多个所述直流充电桩的输入端电连接，将直流电压输送给各个所述直流充电桩；所述直流充电桩为电动汽车快充提供指定的直流电压输出端口。上述方案中，所述交流微电网单元包括交流充电柜和交流充电桩；所述交流充电柜的输入端经由内部断路器与交流母线L2电连接，所述交流充电柜的输出端分别与多个所述交流充电桩的输入端电连接，将交流电压输送给各个所述交流充电桩；所述交流充电桩为电动汽车慢充提供指定的交流电压输出端口。上述方案中，所述双向AC/DC逆变器的直流端与直流母线L1电连接，所述双向AC/DC逆变器的交流端与交流母线L2电连接，用于实现直流母线L1与交流母线L2之间电能的双向传递。上述方案中，所述配电单元包括外部配电网和含有控制器的公共连接点；所述外部配电网经过变压器后通过公共连接点接入所述交流微电网单元的交流母线L2实现与交流母线L2间交流电能的双向传递。上述方案中，所述能量管理单元分别通过通讯线与所述直流微电网单元的燃料电池测试单元中的燃料电池测试台和单向DC/DC变换器、储能单元中的电池管理单元和双向DC/DC变换器、直流充电单元中的直流充电桩、所述双向AC/DC逆变器以及所述交流微电网单元的交流充电桩连接，分别通过低压信号线与所述直流微电网单元的燃料电池测试单元中的第一断路器、储能单元中的第二断路器、直流充电单元中直流充电柜的断路器和直流母线L1的电压电流霍尔传感器、所述双向AC/DC逆变器中的断路器、所述直流微电网单元的交流充电单元中的交流充电柜的断路器和交流母线L2的电压电流霍尔传感器以及所述配电单元中公共连接点PCC的控制器连接。与现有技术相比，本技术将燃料电池电化学测试过程中产生的电能输出至充电桩用于电动汽车充电，一方面避免了常规电阻型负载将燃料电池系统产生的电能通过热能消耗掉的能量浪费，同时还节省了为给电阻型负载降温设备的额外电能消耗；另一方面，本技术由燃料电池测试单元与储能单元有机构建的直流微电网单元使电动汽车充电摆脱了对外电网的完全依赖，可确保在市电停电或用电高峰时电动汽车仍可正常充电；而且，将直流充电桩接入直流微电网单元则可以省去传统直流充电桩里的AC/DC开关电源部件，提升了充电利用率和效率，从而节省了用电成本。附图说明图1为根据本技术的实施例的一种基于燃料电池测试与充电桩耦合的微网系统的结构示意图。图2为根据本技术的实施例的一种基于燃料电池测试与充电桩耦合的微网系统的控制流程图。具体实施方式下面参考附图进一步描述本技术的实施方式，本技术的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但实施方式仅是范例性的，并不对本技术的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本技术的精神和范围下可以对本技术技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本技术的保护范围内。另外，为了更好的说明本技术，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本技术同样可以实施。在另外一些实施例中，对于大家熟知的方法、流程、元件和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于燃料电池测试与充电桩耦合的微网系统，其特征在于，包括直流微电网单元、交流微电网单元、双向AC/DC逆变器、配电单元以及能量管理单元，所述能量管理单元分别与直流微电网单元、交流微电网单元、双向AC/DC逆变器和配电单元通讯连接，所述直流微电网单元与交流微电网单元通过双向AC/DC逆变器电连接，所述配电单元与交流微电网单元电连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于燃料电池测试与充电桩耦合的微网系统，其特征在于，包括直流微电网单元、交流微电网单元、双向AC/DC逆变器、配电单元以及能量管理单元，所述能量管理单元分别与直流微电网单元、交流微电网单元、双向AC/DC逆变器和配电单元通讯连接，所述直流微电网单元与交流微电网单元通过双向AC/DC逆变器电连接，所述配电单元与交流微电网单元电连接。2.根据权利要求1所述的基于燃料电池测试与充电桩耦合的微网系统，其特征在于，所述直流微电网单元包括燃料电池测试单元、储能单元和直流充电单元，所述燃料电池测试单元、储能单元和直流充电单元的直流接口连接在直流母线L1上。3.根据权利要求2所述的基于燃料电池测试与充电桩耦合的微网系统，其特征在于，所述燃料电池测试单元包括燃料电池测试台、单向DC/DC变换器和第一断路器，所述燃料电池测试台中的待测燃料电池的直流输出端与其相对应的所述单向DC/DC变换器的输入端电连接，所述单向DC/DC变换器的输出端通过第一断路器与直流母线L1电连接。4.根据权利要求3所述的基于燃料电池测试与充电桩耦合的微网系统，其特征在于，所述储能单元包括储能电池组、电池管理单元、双向DC/DC变换器和第二断路器，所述储能电池组与所述双向DC/DC变换器的一端电连接，所述双向DC/DC变换器的另一端通过所述第二断路器与直流母线L1电连接，所述电池管理单元通过低压信号线与所述储能电池组连接。5.根据权利要求4所述的基于燃料电池测试与充电桩耦合的微网系统，其特征在于，所述直流充电单元包括直流充电柜和直流充电桩；所述直流充电柜的输入端经由内部断路器与直流母线L1电连接，所述直流充电柜的输出端分别与多个所述直流充电桩的输入端电连接，将直流电压输送给各个所述直流充电桩；所述直流充电桩为电动汽车快充提供指...

【专利技术属性】
技术研发人员：季孟波，马学明，
申请(专利权)人：天津银隆新能源有限公司，银隆新能源股份有限公司，
类型：新型
国别省市：天津,12