專利名稱：基于直流局域網(wǎng)的分布式發(fā)電系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分布式發(fā)電技木。本發(fā)明是一種新穎的分布式發(fā)電系統(tǒng)，應(yīng)用于小型風(fēng)カ發(fā)電與光伏發(fā)電(太陽能電池)的發(fā)電，尤其適合于由小型風(fēng)カ發(fā)電與光伏發(fā)電陣列組成的大中型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
新能源發(fā)電有離網(wǎng)與并網(wǎng)兩種利用方式，并網(wǎng)發(fā)電是新能源大規(guī)模利用的有效途徑，離網(wǎng)發(fā)電則能體現(xiàn)新能源分散發(fā)電的優(yōu)勢。根據(jù)自然資源稟賦的特點，新能源并網(wǎng)發(fā)電本身往往采取分布式并網(wǎng)形式，由多臺發(fā)電裝置共同組網(wǎng)也是規(guī)?；x網(wǎng)發(fā)電的ー種趨勢。
對于并網(wǎng)發(fā)電，微型逆變器是當(dāng)前能夠?qū)崿F(xiàn)小型新能源并網(wǎng)發(fā)電的實用途徑，在許多地區(qū)還是充分利用自然資源的重要手段，而由小型風(fēng)カ發(fā)電與光伏發(fā)電陣列組成的大型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，更是一種適應(yīng)性非常強的新能源開發(fā)方式。另ー方面，由于新能源并網(wǎng)對于并網(wǎng)逆變器的要求非常嚴格，其中微型并網(wǎng)逆變器的控制并不會比中、大型并網(wǎng)逆變器簡單多少。因此，微型并網(wǎng)逆變器在可靠性、高性能與成本約束等方面明顯不如大型并網(wǎng)逆變器。目前由微型并網(wǎng)逆變器來組成大中型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，無論從運行可靠性、系統(tǒng)成本，還是從安裝成本、維護性來說，都還存在很多問題。通過將多個中小型新能源發(fā)電裝置發(fā)出的電能匯集到DC局域網(wǎng)，然后通過大中型并網(wǎng)逆變器向市電送電，能簡化分布式并網(wǎng)發(fā)電的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時在離網(wǎng)情況下也能相對容易地想負載提供交流電源；DC局域網(wǎng)本身就能向直流負載提供電力，從而提高用電效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，如何克服現(xiàn)有技術(shù)中由小型新能源發(fā)電裝置組成大中型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)必須使用微型逆變器的技術(shù)與經(jīng)濟瓶頸問題，從而提供一種既能充分利用小微新能源發(fā)電群資源，又能避免使用微型逆變器的大中型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)技木。為解決此技術(shù)問題，本發(fā)明提出的解決方案是提供一種基于直流局域網(wǎng)的分布式發(fā)電系統(tǒng)，包括分離布置的多臺發(fā)電裝置；該系統(tǒng)還包括DC局域網(wǎng)，是包括正負電纜的直流母線；所述發(fā)電裝置是直流發(fā)電裝置或交流發(fā)電裝置中的至少ー種，并通過一一對應(yīng)的協(xié)調(diào)器并聯(lián)接入DC局域網(wǎng)；對于直流發(fā)電裝置，所述協(xié)調(diào)器由DC/DC變流單元構(gòu)成，通過控制其輸入與輸出之間的電壓升降或輸入電流達到控制輸入功率的目的；對于交流發(fā)電裝置，所述協(xié)調(diào)器由整流単元與DC/DC變流單元組成，整流単元的DC端接DC/DC變流單元的輸入，整流単元的AC端和DC/DC變流單元的輸出分別為協(xié)調(diào)器的輸入與輸出。本發(fā)明中，所述DC局域網(wǎng)通過逆變器接至交流電網(wǎng)或交流負載；或者，所述DC局域網(wǎng)直接與直流負載相接。
本發(fā)明中，還包括至少一臺儲能裝置；所述儲能裝置是直流儲能裝置或交流儲能裝置中的至少一種；對于直流儲能裝置，所述DC局域網(wǎng)通過一一對應(yīng)的協(xié)調(diào)器與儲能裝置相接，所述協(xié)調(diào)器為雙向DC/DC變流單元，協(xié)調(diào)器的輸入和輸出分別接直流儲能裝置和DC局域網(wǎng)；對于交流儲能裝置，所述DC局域網(wǎng)通過一一對應(yīng)的協(xié)調(diào)器與儲能裝置相接，所述協(xié)調(diào)器為雙向AC/DC變流單元，協(xié)調(diào)器的輸入和輸出分別接交流儲能裝置和DC局域網(wǎng)。本發(fā)明中，所述DC/DC變流單元由LLC電路構(gòu)成。本發(fā)明中，所述直流發(fā)電裝置是光伏發(fā)電裝置、燃料電池或直流發(fā)電機；所述交流發(fā)電裝置是風(fēng)力發(fā)電機。本發(fā)明進一步提供了一種基于前述系統(tǒng)的分布式發(fā)電控制方法，是利用協(xié)調(diào)器將 多個直流發(fā)電裝置或交流發(fā)電裝置的電能匯集到DC局域網(wǎng)，形成直流供電；或者進一步通過逆變器實現(xiàn)交流供電或并網(wǎng)供電。系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電時，每臺協(xié)調(diào)器的輸入電流按照對應(yīng)的發(fā)電裝置實現(xiàn)其最大功率點來控制，而逆變器通過控制向電網(wǎng)輸出功率來穩(wěn)定DC局域網(wǎng)的電壓；系統(tǒng)離網(wǎng)發(fā)電時，每臺協(xié)調(diào)器的輸入電流按照對應(yīng)的發(fā)電裝置實現(xiàn)其最大功率點來控制，一旦DC局域網(wǎng)的電壓達到其上限時，則通過限制協(xié)調(diào)器的輸入功率來穩(wěn)定DC局域網(wǎng)的電壓；如DC局域網(wǎng)通過逆變器接至交流負載，則通過控制逆變器輸出穩(wěn)定的交流電壓。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明顯著改進了由多臺微型新能源發(fā)電裝置組成系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性能(I)將分布式并網(wǎng)發(fā)電裝置的功能分解為多臺協(xié)調(diào)器與單臺(或少數(shù)幾臺)并網(wǎng)逆變器，簡化并網(wǎng)結(jié)構(gòu)、提高可靠性；(2)系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，方便生產(chǎn)與維護，易于改變系統(tǒng)并網(wǎng)規(guī)模；(3)應(yīng)用協(xié)調(diào)器應(yīng)對眾多微小新能源電源，顯著降低發(fā)電系統(tǒng)成本；(4)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)適應(yīng)性強，便于構(gòu)成風(fēng)電、光伏的單獨或是混合的發(fā)電系統(tǒng)；(5)可以利用DC局域網(wǎng)供電，提高用電效率、簡化負載電路；(6)離網(wǎng)時，由單臺或幾臺大中型逆變器組成交流局域網(wǎng)供電系統(tǒng)簡單易行。(7)帶儲能裝置的分布式風(fēng)光混合直流發(fā)電/供電系統(tǒng)，系統(tǒng)簡潔?；谏鲜隹少F特點，本發(fā)明屬于新能源的分布式發(fā)電的技術(shù)創(chuàng)新，十分有利于風(fēng)力與光伏發(fā)電資源的規(guī)?；杉烷_發(fā)利用。


圖I是本發(fā)明的分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；圖2是用于直流發(fā)電裝置的協(xié)調(diào)器；圖3是用于交流發(fā)電裝置的協(xié)調(diào)器；圖4是二相整流橋；圖5是半橋隔離型DC/DC變流單元；圖6是一種LLC型DC/DC變流單元；圖7是一種雙向DC/DC變流單元；圖8是一種雙向AC/DC變流單元；
圖9帶儲能裝置的分布式發(fā)電系統(tǒng)；圖10是ー種帶儲能裝置的分布式風(fēng)光混合發(fā)電路燈系統(tǒng)。
具體實施例方式本發(fā)明的實現(xiàn)原理本發(fā)明提供了一種新穎的分布式發(fā)電系統(tǒng)，利用協(xié)調(diào)器將多個光伏或風(fēng)カ發(fā)電裝置的電能匯集到DC局域網(wǎng)，形成直流供電；或通過大中型逆變器交流供電；或通過大中型逆變器并入市電。所謂DC局域網(wǎng)就是包括正負電纜的直流母線，它向分布式能源與直流負載或交流電網(wǎng)提供一個中間鏈接平臺。對于分布式并網(wǎng)發(fā)電，利用DC局域網(wǎng)概念，將常規(guī)的并網(wǎng)逆變系統(tǒng)分解為多個協(xié) 調(diào)器和大中型并網(wǎng)逆變器兩部分，通過DC局域網(wǎng)將其連接在一起，構(gòu)成小型風(fēng)カ發(fā)電或光伏發(fā)電陣列組成的大中型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。本發(fā)明將顯著改進由多臺微型新能源發(fā)電裝置所組成系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性能、簡化并網(wǎng)控制要求、提高并網(wǎng)可靠性，十分有利于風(fēng)カ與光伏發(fā)電資源的規(guī)?；杉烷_發(fā)利用。光伏、燃料電池、直流發(fā)電機等發(fā)電裝置提供的是直流電源，而風(fēng)カ發(fā)電機等發(fā)電裝置提供的是交流電源。本發(fā)明提出的分布式發(fā)電系統(tǒng)由多臺發(fā)電裝置及一一對應(yīng)的多臺協(xié)調(diào)器、DC局域網(wǎng)、以及一臺或多臺逆變器構(gòu)成，多臺發(fā)電裝置是由直流發(fā)電裝置或交流發(fā)電裝置単獨或兩者共同構(gòu)成的，協(xié)調(diào)器的輸入與輸出分別接發(fā)電裝置與DC局域網(wǎng)，逆變器的輸入與輸出分別接DC局域網(wǎng)、交流電網(wǎng)或交流負載。對于直流發(fā)電裝置，其對應(yīng)的協(xié)調(diào)器由DC/DC變流單元組成，通過控制其輸入與輸出之間的電壓升降或輸入電流達到控制輸入功率的目的；對于交流發(fā)電機，其對應(yīng)的協(xié)調(diào)器由整流單元與DC/DC變流單元組成，整流單元的DC端接DC/DC變流單元的輸入，整流單元的AC端與DC/DC變流單元的輸出分別為協(xié)調(diào)器的輸入與輸出。系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電時，每臺協(xié)調(diào)器的輸入電流按照對應(yīng)的發(fā)電裝置實現(xiàn)其最大功率點來控制，而逆變器通過控制向電網(wǎng)輸出功率來穩(wěn)定DC局域網(wǎng)的DC電壓；系統(tǒng)離網(wǎng)發(fā)電時，每臺協(xié)調(diào)器的輸入電流按照對應(yīng)的發(fā)電裝置實現(xiàn)其最大功率點來控制，一旦DC局域網(wǎng)的電壓達到其上限時，系統(tǒng)將通過限制協(xié)調(diào)器的輸入功率來穩(wěn)定DC局域網(wǎng)的DC電壓。如DC局域網(wǎng)通過逆變器接至交流負載，則通過控制逆變器輸出穩(wěn)定的交流電壓。這里所謂的限制協(xié)調(diào)器的輸入功率，是由協(xié)調(diào)器來實現(xiàn)的。對于帶儲能的分布式系統(tǒng)，在DC局域網(wǎng)上通過協(xié)調(diào)器掛上蓄能裝置。系統(tǒng)中所有的協(xié)調(diào)器輸出端都是并接在DC局域網(wǎng)上的，也就是說多個協(xié)調(diào)器相互之間是屬于并聯(lián)關(guān)系。這一點極大簡化了系統(tǒng)的構(gòu)成，有利于系統(tǒng)實現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的分布式發(fā)電系統(tǒng)可以適用于光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)カ發(fā)電系統(tǒng)，也可以應(yīng)用于混合發(fā)電系統(tǒng)，所不同的僅僅是需要選用相應(yīng)的協(xié)調(diào)器，這顯著簡化了分布式發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并提高了生產(chǎn)安裝與維護的性能。圖I是本發(fā)明的分布式發(fā)電系統(tǒng)示意。圖2、3是兩類協(xié)調(diào)器的結(jié)構(gòu)示意，分別用于直流發(fā)電裝置的和交流發(fā)電裝置，圖2為DC/DC變流單元，圖3為整流単元與DC/DC變流單元的級聯(lián)。圖4是整流単元的一例，為普通三相整流橋。
上述分布式發(fā)電系統(tǒng)中DC局域網(wǎng)通常只需連接一臺逆變器，但在DC局域網(wǎng)容量很大而發(fā)電系統(tǒng)又不適合分割的情況下，則可以采用多臺逆變器，其能量控制都是按照保持DC局域網(wǎng)的電壓穩(wěn)定進行的。逆變器可以采用單相或三相的。多臺并網(wǎng)逆變器連接在DC局域網(wǎng)時，發(fā)電系統(tǒng)中的多臺逆變器需要協(xié)調(diào)管理，例如采取均流控制。光伏發(fā)電的輸出是直流；風(fēng)電一類的輸出雖是交流，但中間過程往往為直流環(huán)節(jié)。由新能源發(fā)電陣列組成DC局域網(wǎng)，進行直流供電也是新能源的一種高效率利用形式。本發(fā)明的DC/DC變流單元，可以是隔離型與非隔離型兩種之一或混合，通常隔離型的比較有利于系統(tǒng)的安全和可靠性。圖5是一種半橋隔離型DC/DC變流單元，類似的常用電路有很多，諸如全橋、推挽、反激、雙正激等。上述I或2的系統(tǒng)中的DC/DC變流單元可由LLC電路構(gòu)成，由此可以取得較高的變流效率，并達到原副邊隔離目的。圖6是一種LLC型DC/DC變流電路。上述I或2的系統(tǒng)中的DC/DC變流單元都可以由LLC電路構(gòu)成，由此可以取得較高的變流效率，并達到原副邊隔離目的。本發(fā)明中的系統(tǒng)，可以通過增加儲能裝置而實現(xiàn)并網(wǎng)及離網(wǎng)運行，也可以在并網(wǎng)時實現(xiàn)電力儲能調(diào)節(jié)功能。具體做法是增加一臺或多臺儲能裝置及一一對應(yīng)的一臺或多臺協(xié)調(diào)器，每臺協(xié)調(diào)器的輸入端與輸出端分別連接儲能裝置與DC局域網(wǎng)。所述儲能裝置是直流儲能裝置或交流儲能裝置中的至少一種。對于蓄電池組一類直流儲能裝置，該協(xié)調(diào)器為雙向DC/DC變流單元，圖7是雙向DC/DC變流單元的示例。對于飛輪慣性蓄能一類交流儲能裝置，該協(xié)調(diào)器為雙向AC/DC變流單元，圖8是雙向AC/DC變流單元的示例。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)思想，可以構(gòu)成多種分布式發(fā)電系統(tǒng)，例如(I)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在圖I中不保留交流發(fā)電裝置及與之相關(guān)的協(xié)調(diào)器，系統(tǒng)中的直流發(fā)電裝置為N塊光伏電池板，與直流發(fā)電裝置相關(guān)的N個協(xié)調(diào)器分別由圖6的LLC電路構(gòu)成，逆變器為常規(guī)單向或三相并網(wǎng)逆變器。(2)分布式風(fēng)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在圖I中不保留直流發(fā)電裝置及與之相關(guān)的協(xié)調(diào)器，系統(tǒng)中的交流發(fā)電裝置為N臺交流發(fā)電機，與交流發(fā)電機相關(guān)的N個協(xié)調(diào)器分別由圖6的LLC電路構(gòu)成，逆變器為常規(guī)單向或三相并網(wǎng)逆變器。(3)分布式風(fēng)光混合發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)如圖I所示，是上述兩種系統(tǒng)的混
八
口 ο(4)帶儲能裝置的分布式風(fēng)光混合發(fā)電系統(tǒng)，其中的儲能裝置為蓄電池，蓄電池通過對應(yīng)協(xié)的調(diào)器(采用雙向DC/DC變流單元)掛在DC局域網(wǎng)上，能夠?qū)嵭胁⒕W(wǎng)或離網(wǎng)運行。該系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)如圖9所示。(5)帶儲能裝置的分布式風(fēng)光混合發(fā)電路燈供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)如圖10所示?？梢酝ㄟ^增加儲能裝置、電子照明等直流負載而構(gòu)成一種帶儲能裝置的分布式風(fēng)光混合發(fā)電路燈系統(tǒng)，具體做法是增加一臺或多臺儲能裝置及一一對應(yīng)的一臺或多臺協(xié)調(diào)器，若干電子照明負載直接掛在DC局域網(wǎng)上，協(xié)調(diào)器為雙向DC/DC變流單元，每臺協(xié)調(diào)器的輸入端與輸出端分別連接直流儲能裝置與DC局域網(wǎng)，直流儲能裝置可以采用蓄電池組。以上所述，僅是本發(fā)明的一些較佳實施案例而已，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施案例揭示如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的結(jié)構(gòu)及技術(shù)內(nèi)容做出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施案例，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施案例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術(shù)方案 范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于直流局域網(wǎng)的分布式發(fā)電系統(tǒng)，包括分離布置的多臺發(fā)電裝置，其特征在于，該系統(tǒng)還包括DC局域網(wǎng)，是包括正負電纜的直流母線；所述發(fā)電裝置是直流發(fā)電裝置或交流發(fā)電裝置中的至少一種，并通過一一對應(yīng)的協(xié)調(diào)器并聯(lián)接入DC局域網(wǎng)； 對于直流發(fā)電裝置，所述協(xié)調(diào)器由DC/DC變流單元構(gòu)成，通過控制其輸入與輸出之間的電壓升降或輸入電流達到控制輸入功率的目的；對于交流發(fā)電裝置，所述協(xié)調(diào)器由整流單元與DC/DC變流單元組成，整流單元的DC端接DC/DC變流單元的輸入，整流單元的AC端和DC/DC變流單元的輸出分別為協(xié)調(diào)器的輸入與輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述DC局域網(wǎng)通過逆變器接至交流電網(wǎng)或交流負載；或者，所述DC局域網(wǎng)直接與直流負載相接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括至少一臺儲能裝置；所述儲能裝置是直流儲能裝置或交流儲能裝置中的至少一種；對于直流儲能裝置，所述DC局域網(wǎng)通過一一對應(yīng)的協(xié)調(diào)器與儲能裝置相接，所述協(xié)調(diào)器為雙向DC/DC變流單元，協(xié)調(diào)器的輸入和輸出分別接直流儲能裝置和DC局域網(wǎng)；對于交流儲能裝置，所述DC局域網(wǎng)通過一一對應(yīng)的協(xié)調(diào)器與儲能裝置相接，所述協(xié)調(diào)器為雙向AC/DC變流單元，協(xié)調(diào)器的輸入和輸出分別接交流儲能裝置和DC局域網(wǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任意一項中所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述DC/DC變流單元由LLC電路構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述直流發(fā)電裝置是光伏發(fā)電裝置、燃料電池或直流發(fā)電機；所述交流發(fā)電裝置是風(fēng)力發(fā)電機。
6.一種基于權(quán)利要求I所述系統(tǒng)的分布式發(fā)電控制方法，其特征在于，是利用協(xié)調(diào)器將多個直流發(fā)電裝置或交流發(fā)電裝置的電能匯集到DC局域網(wǎng)，形成直流供電；或者進一步通過逆變器實現(xiàn)交流供電或并網(wǎng)供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分布式發(fā)電控制方法，其特征在于 系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電時，每臺協(xié)調(diào)器的輸入電流按照對應(yīng)的發(fā)電裝置實現(xiàn)其最大功率點來控制，而逆變器通過控制向電網(wǎng)輸出功率來穩(wěn)定DC局域網(wǎng)的電壓； 系統(tǒng)離網(wǎng)發(fā)電時，每臺協(xié)調(diào)器的輸入電流按照對應(yīng)的發(fā)電裝置實現(xiàn)其最大功率點來控制，一旦DC局域網(wǎng)的電壓達到其上限時，則通過限制協(xié)調(diào)器的輸入功率來穩(wěn)定DC局域網(wǎng)的電壓；如DC局域網(wǎng)通過逆變器接至交流負載，則通過控制逆變器輸出穩(wěn)定的交流電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及分布式發(fā)電技術(shù)，旨在提供一種基于直流局域網(wǎng)的分布式發(fā)電系統(tǒng)及控制方法。該系統(tǒng)包括分離布置的多臺發(fā)電裝置，以及直流母線構(gòu)成的DC局域網(wǎng)；所述發(fā)電裝置是直流發(fā)電裝置或交流發(fā)電裝置中的至少一種，并通過一一對應(yīng)的協(xié)調(diào)器并聯(lián)接入DC局域網(wǎng)。本發(fā)明屬于新能源的分布式發(fā)電的技術(shù)創(chuàng)新，十分有利于風(fēng)力與光伏發(fā)電資源的規(guī)?；杉烷_發(fā)利用。通過本發(fā)明將多個光伏或風(fēng)力發(fā)電裝置的電能匯集到DC局域網(wǎng)，形成直流供電；或通過大中型逆變器交流供電；或通過大中型逆變器并入市電。本發(fā)明將顯著改進由多臺微型新能源發(fā)電裝置組成系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性能、簡化并網(wǎng)控制要求、提高并網(wǎng)可靠性，有利于風(fēng)力與光伏發(fā)電資源的規(guī)?；杉烷_發(fā)利用。
文檔編號H02J1/00GK102684183SQ20121014113
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者呂遙 申請人:呂遙