摘要：本發(fā)明實(shí)施例提供了一種波能集群發(fā)電直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)包括負(fù)載單元、母線和至少一個(gè)微電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，微電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)包括第一微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)、通訊單元和第二微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，負(fù)載單元和微電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)連接于母線;第一微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)從通訊單元獲取第二微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的狀態(tài)信息，第二微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)從通訊單元獲取第一微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的狀態(tài)信息;第一微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)和第二微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)根據(jù)所述狀態(tài)信息，差額分配其自身的輸出功率，且輸出功率之和與負(fù)載單元的功率匹配。本發(fā)明實(shí)施例，能夠在一定程度上促進(jìn)波能集群發(fā)電的研究和驗(yàn)證，進(jìn)而一定程度上促進(jìn)了波能集群發(fā)電。

申請人 深圳大學(xué)

發(fā)明人 張博 饒武峰

發(fā)明背景

隨著人類社會(huì)的發(fā)展，對能源的需求也隨之增長，傳統(tǒng)非再生能源的儲(chǔ)備量也逐漸減少，同時(shí)傳統(tǒng)非再生能源的使用對環(huán)境也帶來了很多的環(huán)境污染，海洋波浪能作為一種可再生能源具有功率密度高、無污染、可預(yù)測和資源豐富等特點(diǎn)，通過進(jìn)一步利用和開發(fā)海浪能源，能源危機(jī)和環(huán)境污染問題可以得到緩解。

目前國內(nèi)外對波能發(fā)電研究主要基于對單臺(tái)發(fā)電機(jī)本體與其電能輸出的仿真分析和算例優(yōu)化，不能滿足波能集群發(fā)電的發(fā)展趨勢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供一種波能集群發(fā)電直流微電網(wǎng)系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，能夠在一定程度上促進(jìn)波能集群發(fā)電的研究和驗(yàn)證，進(jìn)而一定程度上促進(jìn)了波能集群發(fā)電。

本發(fā)明實(shí)施例的第一方面提供了一種波能集群發(fā)電直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括負(fù)載單元、通訊單元、母線和至少一個(gè)微電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，所述微電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)包括第一微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)和第二微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，所述負(fù)載單元和所述微電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)連接于所述母線;

所述第一微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)從所述通訊單元獲取所述第二微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的狀態(tài)信息，所述第二微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)從所述通訊單元獲取所述第一微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的狀態(tài)信息;

所述第一微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)和所述第二微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)根據(jù)所述狀態(tài)信息，差額分配所述第一微電網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)內(nèi)各子系統(tǒng)的輸出功率，并保證子系統(tǒng)輸出功率總和匹配所述負(fù)載單元的功率。

過本發(fā)明提供的波能集群發(fā)電直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，在該直流微電網(wǎng)系統(tǒng)中具有多個(gè)微電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，多個(gè)微電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)相對于目前國內(nèi)外對波能發(fā)電主要基于對單臺(tái)發(fā)電機(jī)本體與其電能輸出的研究，引入了多微電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，能夠在一定程度上促進(jìn)了波能集群發(fā)電。同時(shí)，微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)通過微電網(wǎng)系統(tǒng)中的通訊單元可以相互獲取每個(gè)微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的狀態(tài)信息，并由該狀態(tài)信息差額分配系統(tǒng)中第一微電網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)內(nèi)各子系統(tǒng)的輸出的功率，通過上述方式，微電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了分布式控制方法，由于采用分布式控制方法來控制多個(gè)微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行，在某個(gè)微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)不能正常工作時(shí)，其他子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)能夠及時(shí)調(diào)整自身系統(tǒng)輸出功率，可以保證整體微電網(wǎng)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行以及功率的合理分配，從而在一定程度上提升了微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對波能集群發(fā)電的控制方法進(jìn)行了研究，也能夠在一定程度上促進(jìn)波能集群發(fā)電。

結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例的第一方面，在第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)包括：波能發(fā)電機(jī)、控制單元、儲(chǔ)能單元、AC/DC整流器、DC/DC變流器、電壓電流采集調(diào)理電路和開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，所述控制單元用于通過接收所述電壓電流采集調(diào)理電路反饋的DC/DC變流器信息并控制所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，所述DC/DC變流器與所述電壓電流采集調(diào)理電路相連接，所述DC/DC變流器與所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路相連接，所述DC/DC變流器與所述儲(chǔ)能單元相連接，所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路與所述控制單元相連接，所述電壓電流采集調(diào)理電路與所述控制單元相連接，所述波能發(fā)電機(jī)通過AC/DC整流器與所述DC/DC變流器相連接。

上述微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)通過控制單元對電壓電流采集調(diào)理電路和開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路的調(diào)節(jié)，進(jìn)而對系統(tǒng)的發(fā)電功率、儲(chǔ)能功率和負(fù)載功率三者之間進(jìn)行平衡，使得系統(tǒng)能夠正常的運(yùn)行，同時(shí)，控制單元對系統(tǒng)整體的控制也能在一定程度上延長儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用壽命和系統(tǒng)的電能質(zhì)量。

結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述波能發(fā)電機(jī)包括直驅(qū)式波能發(fā)電機(jī)，所述直驅(qū)式波能發(fā)電機(jī)用于通過海浪上下的往復(fù)運(yùn)動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)浮子和動(dòng)子運(yùn)行，產(chǎn)生頻率和幅值均隨動(dòng)子速度變化的三相交變電流。

直驅(qū)式波能發(fā)電機(jī)通過海浪上下的往復(fù)運(yùn)動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)浮子和動(dòng)子運(yùn)動(dòng)，可將波能可以直接轉(zhuǎn)換為電能，簡化了對波浪能的提取過程，能在一定程度上提升了波能轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)而也能在一定程度上提升了微電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)電效率。

結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述控制單元包括半實(shí)物仿真平臺(tái)和嵌入式控制器，所述半實(shí)物仿真平臺(tái)用于將產(chǎn)生的控制信號(hào)通過外部硬件接口輸出到所述嵌入式控制器，所述嵌入式控制器用于輸出占空比可變的高頻PWM控制信號(hào)。

結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式和第一方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第四種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述儲(chǔ)能單元包括能量型儲(chǔ)能器和功率型儲(chǔ)能器，所述功率型儲(chǔ)能器用于提供瞬時(shí)的大功率需求，所述能量型儲(chǔ)能器用于提供持續(xù)的電流輸入或輸出。

通過使用能量型儲(chǔ)能器和功率型儲(chǔ)能器，能量型儲(chǔ)能器能夠提供持續(xù)的電流輸入或輸出，功率型儲(chǔ)能器能夠提供瞬時(shí)的大功率需求，同時(shí)使用能量型儲(chǔ)能器和功率型儲(chǔ)能器，兩者可以互補(bǔ)使用，進(jìn)而能夠在一定程度上提升儲(chǔ)能單元的穩(wěn)定性，進(jìn)而一定程度上提升了微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)互補(bǔ)使用也能一定程度上延長其各自的使用壽命。

結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例第一方面的第四種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第五種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述AC/DC整流器包括三相全橋不可控AC/DC整流器，所述三相全橋不可控AC/DC整流器用于將所述波能發(fā)電機(jī)輸出的三相交變電流進(jìn)行不可控整流后輸出脈動(dòng)直流電。

結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例第一方面的第五種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第六種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述DC/DC變流器包括第一子變流器、第二子變流器和第三子變流器，所述第一子變流器位于所述三相AC/DC整流器后端，用于將脈動(dòng)直流電升壓或降壓;

所述第二子變流器位于所述儲(chǔ)能單元之后，用于若所述母線電壓高于預(yù)設(shè)值，所述第二子變流器工作于Buck模式，儲(chǔ)能單元充電吸收功率，若所述母線電壓低于預(yù)設(shè)值，所述第二子變流器工作于Boost模式，儲(chǔ)能單元放電釋放功率;

所述第三子變流器位于所述負(fù)載單元與所述母線之間，用于調(diào)節(jié)所述負(fù)載單元前端的電壓，以接入各類對電壓值要求不同的所述負(fù)載單元。

通過設(shè)置DC/DC變流器對儲(chǔ)能單元的充放電進(jìn)行管理，通過對母線電壓的檢測來改變工作模式來實(shí)現(xiàn)對充放電進(jìn)行管理，在一定程度上提升了電網(wǎng)系統(tǒng)的智能化，在負(fù)載單元和母線之間設(shè)置DC/DC變流器調(diào)節(jié)負(fù)載單元的前端電壓，使得系統(tǒng)能夠搭載多個(gè)負(fù)載單元，一定程度上提升了系統(tǒng)的使用范圍，進(jìn)而在一定程度上提升了系統(tǒng)的實(shí)用性。

結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例第一方面的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第七種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述電壓電流采集調(diào)理電路用于采集所述DC/DC變流器輸出端電壓、所述DC/DC變流器中的電感的電流以及所述母線中的電壓和電流，并將采集得到的信號(hào)發(fā)送到控制單元的外部硬件接口。[0022] 結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例第一方面的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第八種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路用于接收所述嵌入式控制器生成的PWM控制信號(hào)，并將所述控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路的工作電壓。

本發(fā)明實(shí)施例的二方面提供了一種波能集群發(fā)電直流微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，所述平臺(tái)包括第一方面和第一方面的任一種可能的實(shí)現(xiàn)方式所提供的微電網(wǎng)系統(tǒng)，所述平臺(tái)用于研究直驅(qū)波能發(fā)電機(jī)MPPT控制、母線電壓控制策略、負(fù)載功率分配的協(xié)調(diào)控制、微電網(wǎng)系統(tǒng)能量管理策略研究、波能發(fā)電的功率波動(dòng)平抑研究、分布式儲(chǔ)能的荷電狀態(tài)均衡控制、直流微電網(wǎng)群協(xié)調(diào)控制及優(yōu)化研究或區(qū)域波能集群發(fā)電與同步供電研究。

實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例，具有如下有益效果：

可以看出，通過本發(fā)明實(shí)施例，通過本發(fā)明提供的波能集群發(fā)電直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，在該直流微電網(wǎng)系統(tǒng)中具有多個(gè)微電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，多個(gè)微電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)能夠相對于目前國內(nèi)外對波能發(fā)電研究基于對單臺(tái)發(fā)電機(jī)本體與其電能輸出的研究引入了多微電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，能夠在一定程度上促進(jìn)了波能集群發(fā)電。同時(shí)，微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)通過微電網(wǎng)系統(tǒng)中的通訊單元可以相互獲取每個(gè)微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的狀態(tài)信息，并由該狀態(tài)信息差額分配微電網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)內(nèi)各子系統(tǒng)的輸出功率，并保證子系統(tǒng)輸出功率總和匹配系統(tǒng)中負(fù)載單元的功率，通過上述方式，微電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了分布式控制方法，由于采用分布式控制方法來控制多個(gè)微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行，在某個(gè)微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)不能正常工作時(shí)，

可以保證整體微電網(wǎng)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行以及功率的合理分配，從而在一定程度上提升了微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對波能集群發(fā)電的控制方法進(jìn)行了研究，也能夠在一定程度上促進(jìn)波能集群發(fā)電。

發(fā)明專利要點(diǎn)簡析：

1 .一種波能集群發(fā)電直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括負(fù)載單元、母線和至少一個(gè)微電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，所述微電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)包括第一微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)、通訊單元和第二微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，所述負(fù)載單元和所述微電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)連接于所述母線;

所述第一微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)從所述通訊單元獲取所述第二微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的狀態(tài)信息，所述第二微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)從所述通訊單元獲取所述第一微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的狀態(tài)信息;

所述第一微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)和所述第二微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)根據(jù)所述狀態(tài)信息，差額分配第一微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的輸出功率和所述第二微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的輸出功率，且所述第一微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的輸出功率和所述第二微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的輸出功率之和與所述負(fù)載單元的功率匹配。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于，所述第一微電網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)包括：波能發(fā)電機(jī)、控制單元、儲(chǔ)能單元、AC/DC整流器、DC/DC變流器、電壓電流采集調(diào)理電路和開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，所述控制單元用于通過接收所述電壓電流采集調(diào)理電路反饋的DC/DC變流器信息并控制所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，所述DC/DC變流器與所述電壓電流采集調(diào)理電路相連接，所述DC/DC變流器與所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路相連接，所述DC/DC變流器與所述儲(chǔ)能單元相連接，所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路與所述控制單元相連接，所述電壓電流采集調(diào)理電路與所述控制單元相連接，所述波能發(fā)電機(jī)通過AC/DC整流器與所述DC/DC變流器相連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述系統(tǒng)，其特征在于，所述波能發(fā)電機(jī)包括直驅(qū)式波能發(fā)電機(jī)，所述直驅(qū)式波能發(fā)電機(jī)用于通過海浪上下的往復(fù)運(yùn)動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)浮子和動(dòng)子運(yùn)行，產(chǎn)生頻率和幅值均隨動(dòng)子速度變化的三相交變電流。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元包括半實(shí)物仿真平臺(tái)和嵌入式控制器，所述半實(shí)物仿真平臺(tái)用于將產(chǎn)生的控制信號(hào)通過外部硬件接口輸出到所述嵌入式控制器，所述嵌入式控制器用于輸出占空比可變的高頻PWM控制信號(hào)。

5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)能單元包括能量型儲(chǔ)能器和功率型儲(chǔ)能器，所述功率型儲(chǔ)能器用于提供瞬時(shí)的大功率需求，所述能量型儲(chǔ)能器用于提供持續(xù)的電流輸入或輸出。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述系統(tǒng)，其特征在于，所述AC/DC整流器包括三相全橋不可控AC/DC整流器，所述三相全橋不可控AC/DC整流器用于將所述波能發(fā)電機(jī)輸出的三相交變電流進(jìn)行不可控整流后輸出脈動(dòng)直流電。

7 .根據(jù)權(quán)利要求6所述系統(tǒng)，其特征在于，所述DC/DC變流器包括第一子變流器、第二子變流器和第三子變流器，所述第一子變流器位于所述三相AC/DC整流器后端，用于將脈動(dòng)直流電升壓或降壓;

所述第二子變流器位于所述儲(chǔ)能單元之后，用于若所述母線電壓高于預(yù)設(shè)值，所述第二子變流器工作于Buck模式，儲(chǔ)能單元充電吸收功率，若所述母線電壓低于預(yù)設(shè)值，所述第二子變流器工作于Boost模式，儲(chǔ)能單元放電釋放功率;

所述第三子變流器位于所述負(fù)載單元與所述母線之間，用于調(diào)節(jié)所述負(fù)載單元前端的電壓，以接入各類對電壓值要求不同的所述負(fù)載單元。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓電流采集調(diào)理電路用于采集所述DC/DC變流器輸出端電壓、所述DC/DC變流器中的電感的電流以及所述母線中的電壓和電流，并將所述采集得到的信號(hào)發(fā)送到所述控制單元的外部硬件接口。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路用于接收所述嵌入式控制器生成的PWM控制信號(hào)，并將所述控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路的工作電壓。

10.一種波能集群發(fā)電直流微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于，所述平臺(tái)包括權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述系統(tǒng)，所述平臺(tái)用于研究直驅(qū)波能發(fā)電機(jī)MPPT控制、母線電壓控制策略、負(fù)載功率分配的協(xié)調(diào)控制、微電網(wǎng)系統(tǒng)能量管理策略研究、波能發(fā)電的功率波動(dòng)平抑研究、分布式儲(chǔ)能的荷電狀態(tài)均衡控制、直流微電網(wǎng)群協(xié)調(diào)控制及優(yōu)化研究或區(qū)域波能集群發(fā)電與同步供電研究。

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