直流供电系统论文和设计-房建军

全文摘要

本申请提供了一种直流供电系统。该直流供电系统包括：光伏发电单元，包括至少一个光伏板；风力发电单元；直流母线，与光伏发电单元以及风力发电单元分别电连接；储能单元，与风力发电单元和光伏发电单元之间的直流母线电连接；负载单元，包括多个负载，负载单元与直流母线直接电连接。该直流供电系统中，光伏发电单元以及风力发电单元发出的电通过直流母线直接供给负载，而不是先将其发出的电变为交流电，该系统避免了直流电转化为交流电导致的电能损失。

主设计要求

1.一种直流供电系统，其特征在于，所述直流供电系统包括：光伏发电单元，包括至少一个光伏板；风力发电单元；直流母线，与所述光伏发电单元以及所述风力发电单元分别电连接；储能单元，与所述风力发电单元和所述光伏发电单元之间的所述直流母线电连接；负载单元，包括多个负载，所述负载单元与所述直流母线直接电连接。

设计方案

1.一种直流供电系统，其特征在于，所述直流供电系统包括：

光伏发电单元，包括至少一个光伏板；

风力发电单元；

直流母线，与所述光伏发电单元以及所述风力发电单元分别电连接；

储能单元，与所述风力发电单元和所述光伏发电单元之间的所述直流母线电连接；

负载单元，包括多个负载，所述负载单元与所述直流母线直接电连接。

2.根据权利要求1所述的直流供电系统，其特征在于，所述直流供电系统还包括：

第一DC\/DC转换器，与所述风力发电单元和所述光伏发电单元之间的所述直流母线电连接，所述储能单元与所述DC\/DC转换器电连接。

3.根据权利要求2所述的直流供电系统，其特征在于，所述第一DC\/DC转换器和所述储能单元之间还电连接有监测单元，所述监测单元用于监测所述储能单元的状态。

4.根据权利要求2所述的直流供电系统，其特征在于，所述光伏发电单元包括：

光伏组件，包括多个所述光伏板；

第一控制器，一端与所述光伏组件电连接，另一端与所述直流母线电连接，所述第一控制器用于将光伏组件的输出电调整为稳定的直流电。

5.根据权利要求2所述的直流供电系统，其特征在于，所述风力发电单元包括：

风力发电机；

第二控制器，与所述风力发电机电连接，另一端与所述直流母线电连接，所述第二控制器用于将所述风力发电机的输出电调整为稳定的直流电。

6.根据权利要求1所述的直流供电系统，其特征在于，所述负载单元包括：

第二DC\/DC转换器，与所述直流母线直接电连接；

多个所述负载，与所述第二DC\/DC转换器电连接。

7.根据权利要求1至6中任一种所述的直流供电系统，其特征在于，所述直流母线为48V直流母线。

8.根据权利要求1至6中任一种所述的直流供电系统，其特征在于，所述光伏板为铜铟镓硒光伏板。

9.根据权利要求1至6中任一种所述的直流供电系统，其特征在于，多个所述负载中包括电脑、电视和冰箱。

10.根据权利要求1至6中任一种所述的直流供电系统，其特征在于，所述储能单元包括蓄电池组。

设计说明书

技术领域

本申请涉及电气领域，具体而言，涉及一种直流供电系统。

背景技术

目前，目前在远离市电网情况下，需要使用风光互补发电系统作为电力供应的场景中，常规的供电模式为交流供电。光伏组件和风力发电机发出的电能，需要先逆变为交流电，再供用电设备使用，此过程会造成大量的电能损耗。而且增加系统的成本和体积，故障率较高，影响使用。

实用新型内容

本申请的主要目的在于提供一种包括光伏组件的直流供电系统，以解决现有技术中的交流供电模式的包括光伏组件的供电系统导致的电能损耗的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种直流供电系统，该直流供电系统包括：光伏发电单元，包括至少一个光伏板；风力发电单元；直流母线，与所述光伏发电单元以及所述风力发电单元分别电连接；储能单元，与所述风力发电单元和所述光伏发电单元之间的所述直流母线电连接；负载单元，包括多个负载，所述负载单元与所述直流母线直接电连接。

进一步地，所述直流供电系统还包括：第一DC\/DC转换器，与所述风力发电单元和所述光伏发电单元之间的所述直流母线电连接，所述储能单元与所述DC\/DC转换器电连接。

进一步地，所述第一DC\/DC转换器和所述储能单元之间还电连接有监测单元，所述监测单元用于监测所述储能单元的状态。

进一步地，光伏组件，包括多个所述光伏板；第一控制器，一端与所述光伏组件电连接，另一端与所述直流母线电连接，所述第一控制器用于将光伏组件的输出电调整为稳定的直流电。

进一步地，所述风力发电单元包括：风力发电机；第二控制器，与所述风力发电机电连接，另一端与所述直流母线电连接，所述第一控制器用于将所述风力发电机的输出电调整为稳定的直流电。

进一步地，所述负载单元包括：第二DC\/DC转换器，与所述直流母线直接电连接；多个所述负载，与所述第二DC\/DC转换器电连接。

进一步地，所述直流母线为48V直流母线。

进一步地，所述光伏板为铜铟镓硒光伏板。

进一步地，多个所述负载中包括电脑、电视和冰箱。

进一步地，所述储能单元包括蓄电池组。

应用本申请的技术方案，上述的直流供电系统中，光伏发电单元和风力发电单元发出的电通过直流母线可以直接供给负载，当光伏组件产生的电量大于负载所需要的总电量时，将多出的电量输送至储能单元中存储，当光伏组件产生的电量小于负载所需要的总电量时，储能单元和光伏单元同时为负载供电。该直流供电系统中，光伏发电单元以及风力发电单元发出的电通过直流母线直接供给负载，而不是先将其发出的电变为交流电，该系统避免了直流电转化为交流电导致的电能损失。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本申请的包括光伏组件的直流供电系统的实施例的结构框图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、光伏发电单元；11、光伏组件；12、第一控制器；20、风力发电单元；21、风力发电机；22、第二控制器；30、直流母线；40、第一DC\/DC转换器；50、储能单元；60、负载单元；61、第二DC\/DC转换器；62、负载。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

正如背景技术所介绍的，现有技术中，风光互补发电系统作为电力供应的场景中，常规的供电模式为交流供电，此过程会造成大量的电能损耗。为了解决如上的问题，本申请提出了一种直流供电系统。

本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种包括直流供电系统，如图1所示，该直流供电系统包括:

光伏发电单元10，包括至少一个光伏板；

风力发电单元20；

直流母线30，与上述光伏发电单元10以及上述风力发电单元20分别电连接；

储能单元50，与上述风力发电单元20和上述光伏发电单元10之间的上述直流母线30电连接；

负载单元60，包括多个负载62，上述负载单元60与上述直流母线30直接电连接。

上述的直流供电系统中，光伏发电单元10和风力发电单元20发出的电通过直流母线30可以直接供给负载62，当光伏组件11产生的电量大于负载62所需要的总电量时，将多出的电量输送至储能单元50中存储，当光伏组件11产生的电量小于负载62所需要的总电量时，储能单元50和光伏单元同时为负载62供电。该直流供电系统中，光伏发电单元10以及风力发电单元20发出的电通过直流母线30直接供给负载62，而不是先将其发出的电变为交流电，该系统避免了直流电转化为交流电导致的电能损失。

需要说明的是，本申请中的“直接电连接”就是指二者直接连接，中间没有其他的结构或者单元。

本申请的一种实施例中，如图1所示，上述直流供电系统还包括第一DC\/DC转换器40，第一DC\/DC转换器40与上述风力发电单元20和上述光伏发电单元10之间的上述直流母线30电连接，上述储能单元50与上述DC\/DC转换器电连接。第一DC\/DC转换器40对储能单元50所在的支路进行保护，具体包括电流保护、电压保护、接地漏电流保护以及过负荷热保护等功能。且上述的储能系统用来平衡光伏发电和负荷波动，即当天气等因素光伏无法发电时，或者负载62的个数变化时，储能系统能够保证该光伏供电系统的供电更加稳定。

为了维护储能单元，且提高储能单元的可靠性，本申请的一种图中未示出的实施例中，上述第一DC\/DC转换器和上述储能单元之间还电连接有监测单元，上述监测单元用于监测上述储能单元的状态，使储能系统一直工作在最优状态。

本申请的一种具体的实施例中，如图1所示，上述光伏发电单元10包括光伏组件11和第一控制器12，光伏组件11包括多个上述光伏板；第一控制器12的一端与上述光伏组件11电连接，另一端与上述直流母线30电连接，上述第一控制器12用于将光伏组件11的输出电调整为稳定的直流电。这样进一步保证了该供电系统的稳定性与可靠性。该第一控制器12具体可以为MPPT控制器。

为了进一步保证该供电系统的稳定性和可靠性，本申请的另一种实施例中，如图1所示，上述风力发电单元20包括风力发电机21和第二控制器22，第二控制器22与上述风力发电机21电连接，另一端与上述直流母线30电连接，上述第一控制器12用于将上述风力发电机的输出电调整为稳定的直流电。

本申请的再一种实施例中，如图1所示，上述负载单元60包括第二DC\/DC转换器61和多个上述负载62，第二DC\/DC转换器61与上述直流母线30直接电连接；多个上述负载62与上述第二DC\/DC转换器61电连接，第二DC\/DC转换器61具备稳压、限流保护、短路保护以及变换器过温保护等功能。进一步保证了对负载62的稳定且安全供电。

本申请中的一种具体的实施例中，上述直流母线电压采用高压输送，减少线路损耗，提高供电效率。

本申请中的一种具体的实施例中，上述直流母线的电压为48V，该直流母线可以满足部分负载的供电，如果负载中有些的额定电压大于和\/或小于48V，那么，负载单元中还需要升压器和\/或降压器，以进行升压或者降压，从而满足负载的供电需求。上述的升压器和降压器电压等级多样化，具体可以根据负载用电电压标准设定。

当然，本申请中的直流母线的电压并不限于48V，还可以是220V或24V等，本领域技术人员可以根据实际情况选择具有合适的电压的直流母线。

本申请的负载可以为现有技术中的任何负载，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适将发电单元发出的电供给任何负载，本申请的一种具体的实施例中，上述多个上述负载中包括电脑、电视和冰箱。

本申请中的光伏板可以是现有技术中的任何光伏板，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的光伏板来为负载供电，本申请的一种实施例中，上述光伏板为铜铟镓硒板，该光伏板具有光电转换效率较高以及适合于建筑光伏领域等优势。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

本申请的直流供电系统中，光伏发电单元和风力发电单元发出的电通过直流母线可以直接供给负载，当光伏组件产生的电量大于负载所需要的总电量时，将多出的电量输送至储能单元中存储，当光伏组件产生的电量小于负载所需要的总电量时，储能单元和光伏单元同时为负载供电。该直流供电系统中，光伏发电单元以及风力发电单元发出的电通过直流母线直接供给负载，而不是先将其发出的电变为交流电，该系统避免了直流电转化为交流电导致的电能损失。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和\/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和\/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

设计图

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