分布式发电的概念【微电网概念下家庭自发电系统及其初级验证方案设计】

　　摘要 为提高家庭环境电能的利用效率实现节能目的，作者设计了一种基于微电网概念的家庭自发电系统，简略介绍了系统的功能结构，提出了一种初级的系统验证方案。 　　关键词 微电网；家庭自发电；初级验证方案
　　中图分类号X7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）35-0049-02
　　0 引言
　　随着“智能电网”的发展，家庭环境背景下电能的高效使用成为一个新的热点，而“微电网”概念的提出为此指明了一条有效地道路，2002年美国电力可靠技术解决方案协会（CERTS）全面介绍了“微电网”的概念：微电网是一种由负荷和微型电源共同组成的系统，他可以提供电能和热量；微电网内部的电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必要的控制；微电网相对于外部大电网表现为单一的受控单元，并同时满足用户对电能质量和供电安全等方面的要求[1]。但是因为当前微电网技术在国内还不成熟，家庭自发电系统作为“微电网”在家庭环境下的过渡型技术，与后者相比简化或者绕过了某些技术难题，是当前最为合适的选择。
　　1 总体设计方案
　　一个完整/高级的家庭自发电系统从空间结构上包括系统控制单元、发电单元和用电单元3部分，其系统结构框图如下图1。
　　如图1所示：完整/高级的家庭自发电系统以系统控制器为核心，通过风光温互补发电单元实现电源供应，通过对储电池组的充放电控制实现电能储存，通过切换器切换功率负载实现电能的消耗或并网销售。通过对家用电器交直流供电方式的选择控制实现电能的高效使用。这些功能的实现因技术因素的限制只能在未来5~10年内实现，具体分析如下：在发电单元，当前风、光、温发电模块实际发电效率低下，而且其产品设计思想保守，成品单一。在未来，家居建筑在设计初期就必须考虑到高级的家庭自发电系统的设计安装冗余，例如建筑外形多为多体楼结构，楼体之间因空气对流造成一定功率的风场，家庭风力发电设备即安装与此，建筑表面贴装采用集成了光伏发电片的新型陶瓷材料，温差发电片大型化、模块化，充分利用周围环境中游离的每一份能源。在用电单元，家用电器智能化，基本具备AC/DC电源复用功能，可自动根据当前费率表自动选择供电源属性。在控制单元，对大容量，低成本，长寿命，快充慢放的储电池组的控制只是控制器得一项基本功能，它不仅仅是家庭能量控制中端，同时是智能电网用户端，不仅实现家庭环境下，一/二次能源的经济管理，而且在此基础上通过与智能电器的无线联网，为“智能家居”向真正的“数字家居”转化提供硬件基础。
　　当前的家庭自发电系统还仍然处于初级阶段，文中所设计的系统是一种技术验证方案。
　　2初级技术验证设计方案及其各单元硬件电路图
　　初级方案与完整方案相比其结构构成大大简化，概括的说，在发电单元中，风光温互补发电模块中消除了风光模块而只留下了温差发电模块；控制器单元中消除了直流逆变和并网运行单元，只使用直流充放电模式，而且为保护储电池的使用寿命在铅酸储电池前并联了基于超级电容的储电电容组单元作为缓冲电源。用电单元中只涉及了AC/DC复用智能冰箱、LED发光灯组、直流充电器3个直流用电模块,改变家庭自发电系统切换器为某些AC/DC复用智能家用电器的电源切换开关。
　　3 结论
　　在实验室环境下通过构建系统电路对其进行功能测试试验，证明设计方案初步实现了对其基于直流的发电、储电、用电的一体化控制。但是也存在发电功率过小的缺陷，考虑采用增加半导体温差发电模块的数量增加发电功率的措施解决。
　　家庭自发电系统作为“微电网”技术的过渡型技术虽然在后者正式实施前的一定时间阶段内有着很大的发展前途，但是因为技术和政策等因素的限制还处于初级阶段，只能作为配电网的后备系统使用。随着电力系统改革的深化和能源危机的加剧以及人们环保与节能意识的加强，家庭自发电系统必将随之快速实现从初级阶段到高级阶段的跨越，而与配电网之间的主从关系在某些地区与领域也将会相应发生一定程度上的逆转，此时，其将作为电力系统需求侧管理系统的能量管理单元正式确定其在电力系统中的地位与意义。
　　
　　参考文献
　　[1]国海，苏建徽，张国荣.微电网技术研究现状[J].四川电力技术，2009，32(2)：1-6.
　　[2]陈允成，吕迎阳，林玉兰，陈忠.一种半导体温差发电系统[J].仪器仪表学报, 2005，26(8)：198-200.
　　[3]隋仕伟，刘渊，杨冬青，董旭，聂玮计，梦瑶.基于太阳能热的温差发电技术的研究[J].科技创新导报，2009(4)：4.
　　[4][美]拉希德主编，陈建业，杨德刚，等译.电力电子技术手册[M].机械工业出版社，2004，6：461.
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