一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统技术方案

本发明专利技术涉及植物工厂的供电系统，具体为一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，其电源端包括光伏发电站、燃气发电机组；控制端包括电能路由器；负荷端包括直流供电网络、交流供电网络；燃气发电机组输出连接到电能路由器，产生的尾气接入植物工厂的种植单元；光伏发电站输出连接到电能路由器；电能路由器输出连接直流供电网络、交流供电网络；交流供电网络连接交流电气设备，直流供电网络连接直流电气设备。本发明专利技术系统直流供电网络和交流供电网络同时存在，分别为直流和交流电气设备供电，满足现阶段甚至未来很长一段时间交流电、直流电设备共存的状况，具有工作效率高、投资少的优点。资少的优点。资少的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统


[0001]本专利技术涉及植物工厂的供电系统，具体为一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统。

技术介绍

[0002]众所周知，使用人工光的植物工厂于1957年在欧洲出现，并经过使用自然阳光且通过补充照明进行植物栽培的植物工厂，然后于20世纪60年代在美国发展成为仅使用人工光的完全受控的植物工厂。此后，在1989年，日本开发了一种人工光源，并将沙拉蔬菜投放市场，从而经历了植物工厂的复兴并获得了与植物工厂相关的技术。
[0003]植物工厂发展面临的最大问题是费用高。植物工厂最大的费用来自光合作用所需的光照和二氧化碳，一方面，照明设备（LED）需要耗费大量的电力，另一方面，为高密度种植的植物补充二氧化碳也需要燃气。这成为制约植物工厂化生产的最大瓶颈。
[0004]随着LED光源的成熟，植物工厂的光照成本有了一定的下降，也有成熟的技术可以利用燃气发电机提供电力的同时将尾气处理后接入种植单元以补充二氧化碳的技术，使植物工厂化生产的成本进一步下降，同时还可以通过光合作用吸收二氧化碳，实现碳减排。光伏的利用也是植物工厂节能减排的热点技术。
[0005]然而，目前植物工厂的供电系统存在如下问题：1，植物工厂中能耗最大的用电设备LED是直流驱动的，但目前的电网是交流电，因此需要交流转直流，需要投入整流硬件并且运行过程中会产生损耗；2，光伏发电站提供直流电，但是目前所有的供电网络都是交流方式，因此，光伏发电后需要逆变为交流才可以使用，而且，如果光伏发电有富余时，也需要逆变为交流才能上网售电；3，已经越来越多的用电设备将采用直流技术，比如为热泵、水泵等提供动力的电机，而限于没有直流供电网络，这些直流电机都需要接入交流电，再转为直流方式。
[0006]本专利技术旨在建立一种交直流供电网络共存、并且同时存在燃气发电和光伏发电的植物工厂供电系统，基于最近几年发展起来的“光储直柔”技术，利用成熟的“电能路由器”技术和产品，在保证电能质量的前提下，实现能量流的多向流动和对功率流的主动控制，减少植物工厂电力系统的投资，降低运行损耗，进而提高经济效益。

技术实现思路

[0007]本专利技术为了解决植物工厂运行费用高的问题，提供了一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统。
[0008]本专利技术是采用如下的技术方案实现的：一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，包括电源端、控制端和负荷端；电源端包括光伏发电站、燃气发电机组；控制端包括电能路由器；负荷端包括直流供电网络、交流供电网络；光伏发电站、燃气发电机组的输出都连接到电能路由器，燃气发电机组产生的电力以交流电形式输入到电能路由器，产生的尾气经处理后接入植物工厂的种植单元，为植物光合作用补充二氧化碳；光伏发电站
产生的电力以直流电形式输入到电能路由器；电能路由器输出连接直流供电网络、交流供电网络；交流供电网络连接植物工厂的交流电气设备，用来为交流电气设备供电，直流供电网络连接植物工厂的直流电气设备，用来为直流电气设备供电。
[0009]植物工厂中用电量最大的设备是提供光照的LED，可以直流供电，因此，因此，植物工厂有对直流供电网络的需求；同时，光伏发电站输出直流电力，如果在植物工厂建设直流供电网络，可以大大提高光伏发电站的效率，并节省投资。
[0010]最近几年“光储直柔”技术得到了一定的发展，也因此产生了成熟的“电能路由器”技术和产品，可以在保证电能质量的前提下，实现能量流的多向流动和对功率流的主动控制；尽管“光储直柔”技术得到了足够的关注，但是目前很多通用的电气设备都只提供交流供电模式，包括不限于水泵、风机、提升机、热泵等，只有直流供电网络无法实现植物工厂的功能，故需要燃气发电机组、交流供电网络。
[0011]另外植物工厂一般建在消费者集中的区域，没有充足的光伏电站面积，但是其直流用电量非常大，光伏发电站的电力即使在发电峰值时一般也不能满足直流用电需求，燃气发电机组产生的电能以交流电形式输入到电能路由器，在电能路由器内部分为两路，一路整流后转为直流向直流供电网络供电，不需要建设昂贵的储能装置。
[0012]上述的一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，所述的负荷端还可以包括升压变压器，升压变压器分别连接电能路由器和电网，可以将富余的电力并网销售。燃气发电的碳排放量低且污染小，是减排的一个方向，在光伏发电或用电不满负荷或光伏发电和用电不满负荷的时候，燃气发电机组的发电量有富余，可以并网销售。
[0013]上述的一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，所述的电源端还可以包括变压器，变压器分别连接电网和电能路由器，可以在需要时（谷时）从电网取电，为负荷端供电。
[0014]上述的一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，控制端也可以将单一的电能路由器替换为交流电能路由器和直流电能路由器的组合，光伏发电站的输出连接到直流电能路由器，燃气发电机组的输出连接到交流电能路由器，交流电能路由器的输出连接直流电能路由器和交流供电网络，直流电能路由器输出连接直流供电网络，负荷端还可以包括升压变压器，升压变压器分别连接交流电能路由器和电网，可以将富余的电力并网销售，电源端还可以包括变压器，变压器分别连接电网和交流电能路由器，可以在需要时从电网取电，为负荷端供电。
[0015]上述的一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，对所述的燃气发电机组最低发电容量的要求是：发电时产生的二氧化碳应该满足植物高效光合的需要，对大多数植物来说，高效光合要求二氧化碳浓度是1200
‑
1500ppm。
[0016]上述的一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，以光伏实时发电量和直流供电网络实时需电量情况，柔性调整燃气发电机组产生的交流电向直流供电网络的供电量；燃气发电机组向直流供电网络的实时供电量=直流供电网络的实时需求量
‑
光伏实时发电量。
[0017]上述的一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，电能路由器根据燃气发电机组向直流供电网络的实时供电量和交流供电网络的实时需电量的情况，柔性调整燃气发电机组的发电量；燃气发电机组发电量=交流供电网络的实时需求量+向直流供电网
络的实时供电量；下调燃气发电机组发电量时，仍需要保证尾气的二氧化碳满足植物高效光合的需求。
[0018]上述的一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，电能路由器根据燃气发电机组向直流供电网络的实时供电量和交流供电网络的实时需电量的情况，柔性调整向升压变压器的供电量，升压变压器升压后并网销售；并网销售的实时电量=燃气发电机组发电量
‑
交流供电网络的实时需求量
‑
向直流供电网络的实时供电量。
[0019]上述的一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，变压器可以根据需要从电网取电，至少是在夜晚谷电时段从电网取电；电能路由器根据燃气发电机组的发电量、燃气发电机组向直流供电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，其特征在于：包括电源端、控制端和负荷端，电源端包括光伏发电站、燃气发电机组；控制端包括电能路由器；负荷端包括直流供电网络、交流供电网络；光伏发电站、燃气发电机组的输出都连接到电能路由器，燃气发电机组产生的电力以交流电形式输入到电能路由器，产生的尾气经处理后接入植物工厂的种植单元，为植物光合作用补充二氧化碳；光伏发电站产生的电力以直流电形式输入到电能路由器；电能路由器输出连接直流供电网络、交流供电网络；交流供电网络连接植物工厂的交流电气设备，用来为交流电气设备供电，直流供电网络连接植物工厂的直流电气设备，用来为直流电气设备供电。2.根据权利要求1所述的一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，其特征在于：负荷端还包括升压变压器，升压变压器分别连接电能路由器和电网，可以将富余的电力并网销售。3.根据权利要求2所述的一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，其特征在于：电源端还包括变压器，变压器分别连接电网和电能路由器，可以在需要时从电网取电，为负荷端供电。4.根据权利要求1所述的一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，其特征在于：控制端单一的电能路由器替换为交流电能路由器和直流电能路由器，光伏发电站的输出连接到直流电能路由器，燃气发电机组的输出连接到交流电能路由器，交流电能路由器的输出连接直流电能路由器和交流供电网络，直流电能路由器输出连接直流供电网络，负荷端还包括升压变压器，升压变压器分别连接交流电能路由器和电网，可以将富余的电力并网销售，电源端还包括变压器，变压器分别连接电网和交流电能路由器，可以在需要时从电网取电，为负荷端供电。5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，其特征在于：对所述的燃气发电机组最低发电容量的要求是：发电时产生的二氧化碳应该满足植物高效光合的需要。6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种基于电能路由器的植物工厂柔性交直流供电系统，其特征在于：以光伏实时发电量和直流供电网络实时需电量情况，柔性调整燃气发电机组产生的交流电向直流供电网络的供电量；燃气发电机组向直流供电网络的实时供电量=直流供电网络...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕杰，毕研伦，李青，
申请(专利权)人：今蜂智慧农业科技泰安有限公司，
类型：发明
国别省市：