一種智能變電站微電網(wǎng)系統(tǒng)

一種智能變電站微電網(wǎng)系統(tǒng)，包括：儲(chǔ)能系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)、微電網(wǎng)中央控制單元;所述微電網(wǎng)中央控制單元，與發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)連接，將發(fā)電系統(tǒng)的電能傳送至儲(chǔ)能系統(tǒng);所述發(fā)電系統(tǒng)包括至少包括光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的一個(gè);所述儲(chǔ)能系統(tǒng)包括：能量管理系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元、若干電池在線監(jiān)測(cè)模塊、電池組端監(jiān)測(cè)模塊以及儲(chǔ)能電池組;所述能量管理系統(tǒng)，與儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元連接;儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元，與微電網(wǎng)中央控制單元連接，接收微電網(wǎng)中央控制單元的控制命令;電池組端監(jiān)測(cè)模塊，與儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元連接，監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能電池組的充放電電流、浮充電流、總電壓。

發(fā)明人：沈一平 周建其 莫加杰 張志芳 徐勇明 沈紅峰 李元鋒 吳琴芳 仇群輝 溫鎮(zhèn) 肖治宇 魏敏 柳雨晴

1 .一種智能變電站微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，包括：儲(chǔ)能系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)、微電網(wǎng)中央控制單元;所述微電網(wǎng)中央控制單元，與發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)連接，將發(fā)電系統(tǒng)的電能傳送至儲(chǔ)能系統(tǒng);所述發(fā)電系統(tǒng)包括至少包括光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的一個(gè);所述儲(chǔ)能系統(tǒng)包括：能量管理系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元、若干電池在線監(jiān)測(cè)模塊、電池組端監(jiān)測(cè)模塊以及儲(chǔ)能電池組;所述能量管理系統(tǒng)，與儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元連接;儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元，與微電網(wǎng)中央控制單元連接，接收微電網(wǎng)中央控制單元的控制命令;電池組端監(jiān)測(cè)模塊，與儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元連接，監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能電池組的充放電電流、浮充電流、總電壓;儲(chǔ)能電池組包括若干儲(chǔ)能電池，與電池組端監(jiān)測(cè)模塊連接;每個(gè)儲(chǔ)能電池與對(duì)應(yīng)的電池組端監(jiān)測(cè)模塊連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能變電站微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述電池組端監(jiān)測(cè)模塊通過(guò)霍爾電流傳感器與儲(chǔ)能電池組連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種智能變電站微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)能電池為蓄電池。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種智能變電站微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄電池為鉛碳蓄電池。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種智能變電站微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)能電池之間采用串聯(lián)連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種智能變電站微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)能電池通過(guò)儲(chǔ)能變流器與發(fā)電系統(tǒng)的輸出母線連接。

7 .根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能變電站微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)包括：風(fēng)力機(jī)組模塊：捕獲風(fēng)能并將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為交變電能，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、塔架、地基以及線纜;并網(wǎng)控制模塊：內(nèi)置輸出直流電并對(duì)輸出最高電壓進(jìn)行限制的整流模塊，還包括并網(wǎng)控制器、泄荷器以及線纜;逆變模塊：包括并網(wǎng)逆變器以及線纜，與所述整流模塊連接，將整流模塊輸出的直流電逆變成交流電并饋入電網(wǎng);監(jiān)控模塊：與風(fēng)力機(jī)組模塊、并網(wǎng)控制模塊以及逆變模塊連接，包括遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置、通信GPRS卡以及線纜。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種智能變電站微電網(wǎng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近幾年微電網(wǎng)成為了國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，這類電網(wǎng)可以有效地就近消納分布式能源發(fā)出的電能，不需要遠(yuǎn)距離的長(zhǎng)途輸配電，因此可以大大提高電能的利用率，實(shí)現(xiàn)就近發(fā)電就近用電。并且隨著分布式發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，微電網(wǎng)成為了未來(lái)電網(wǎng)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

中國(guó)專利公開號(hào)CN203423531 U，公開日2014年2月5日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為光電建筑微電網(wǎng)管理系統(tǒng)，該申請(qǐng)案公開了光電建筑微電網(wǎng)管理系統(tǒng)，它包括太陽(yáng)能光伏方陣，在負(fù)載與市電電網(wǎng)之間設(shè)雙向逆變器，與太陽(yáng)能光伏方陣相連接的并網(wǎng)逆變器并聯(lián)在雙向逆變器的輸出端，雙向逆變器還與儲(chǔ)能裝置相連接，集成了光伏、儲(chǔ)能、市電一體化循環(huán)利用的能量?jī)?yōu)化管理系統(tǒng)。其不足之處在于僅考慮了光伏發(fā)電的情況，未能考慮其他發(fā)電形式的電能處理方案，并且未能對(duì)管理方案做進(jìn)一步的說(shuō)明，不利于行業(yè)內(nèi)人員的具體實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的未能綜合考慮多種發(fā)電方式相結(jié)合的發(fā)電系統(tǒng)的電能輸出問(wèn)題，提供了一種具體可實(shí)現(xiàn)的智能變電站微電網(wǎng)系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種智能變電站微電網(wǎng)系統(tǒng)，包括：儲(chǔ)能系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)、微電網(wǎng)中央控制單元;所述微電網(wǎng)中央控制單元，與發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)連接，將發(fā)電系統(tǒng)的電能傳送至儲(chǔ)能系統(tǒng);所述發(fā)電系統(tǒng)包括至少包括光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的一個(gè);所述儲(chǔ)能系統(tǒng)包括：能量管理系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元、若干電池在線監(jiān)測(cè)模塊、電池組端監(jiān)測(cè)模塊以及儲(chǔ)能電池組;所述能量管理系統(tǒng)，與儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元連接;儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元，與微電網(wǎng)中央控制單元連接，接收微電網(wǎng)中央控制單元的控制命令;電池組端監(jiān)測(cè)模塊，與儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元連接，監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能電池組的充放電電流、浮充電流、總電壓;儲(chǔ)能電池組包括若干儲(chǔ)能電池，與電池組端監(jiān)測(cè)模塊連接;每個(gè)儲(chǔ)能電池與對(duì)應(yīng)的電池組端監(jiān)測(cè)模塊連接。

本發(fā)明中，智能變電站微電網(wǎng)系統(tǒng)融合直流系統(tǒng)和電池在線監(jiān)測(cè)、光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電，將變電站交直流一體化電源與發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合，充分利用一體化電源蓄電池作為儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過(guò)儲(chǔ)能雙向變流器替代直流系統(tǒng)電源模塊，對(duì)蓄電池進(jìn)行充放電控制。蓄電池組放電過(guò)程保持最低SOC為50%(或計(jì)算合理比例)，以備所用電直流系統(tǒng)安全用電保障。微網(wǎng)中央控制單元實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，完成聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下電壓穩(wěn)定控制，離網(wǎng)狀態(tài)下電壓和頻率控制;多目標(biāo)多源與負(fù)荷協(xié)調(diào)控制;保護(hù)和緊急控制，完成保護(hù)和智能設(shè)備協(xié)調(diào)控制、緊急快速響應(yīng);并網(wǎng)/離網(wǎng)下穩(wěn)定控制與并離網(wǎng)平滑切換等。

作為優(yōu)選，所述電池組端監(jiān)測(cè)模塊通過(guò)霍爾電流傳感器與儲(chǔ)能電池組連接。

作為優(yōu)選，所述儲(chǔ)能電池為蓄電池。

作為優(yōu)選，所述蓄電池為鉛碳蓄電池。

作為優(yōu)選，所述儲(chǔ)能電池采用串聯(lián)連接。

作為優(yōu)選，所述儲(chǔ)能電池通過(guò)儲(chǔ)能變流器與發(fā)電系統(tǒng)輸出母線連接。

本發(fā)明中，通過(guò)儲(chǔ)能變流器控制儲(chǔ)能電池的充放電。

作為優(yōu)選，所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)包括：風(fēng)力機(jī)組模塊：捕獲風(fēng)能并將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為交變電能，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、塔架、地基以及線纜;并網(wǎng)控制模塊：內(nèi)置輸出直流電并對(duì)輸出最高電壓進(jìn)行限制的整流模塊，還包括并網(wǎng)控制器、泄荷器以及線纜;逆變模塊：包括并網(wǎng)逆變器以及線纜，與所述整流模塊連接，將整流模塊輸出的直流電逆變成交流電并饋入電網(wǎng);監(jiān)控模塊：與風(fēng)力機(jī)組模塊、并網(wǎng)控制模塊以及逆變模塊連接，包括遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置、通信GPRS卡以及線纜。

本發(fā)明中，風(fēng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為交流電能，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的幅值、頻率均不穩(wěn)定的交流電，經(jīng)過(guò)控制器整流成直流電后輸出給逆變電源，由逆變電源轉(zhuǎn)換成幅值、頻率均穩(wěn)定的交流電，經(jīng)過(guò)電度表計(jì)量后，直接饋入直流電逆變?yōu)锳C380V、50Hz的三相交流電。

本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性效果：綜合考慮多種發(fā)電方式相結(jié)合的發(fā)電系統(tǒng)與儲(chǔ)能系統(tǒng)相結(jié)合的微電網(wǎng)系統(tǒng)，通過(guò)儲(chǔ)能變流器對(duì)儲(chǔ)能電池進(jìn)行充放電控制，通過(guò)微網(wǎng)中央控制單元控制聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下和離網(wǎng)狀態(tài)下的電壓和頻率。所用變供電故障或檢修時(shí)，所用供電系統(tǒng)孤網(wǎng)運(yùn)行，由發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)作為系統(tǒng)主電源，當(dāng)負(fù)荷用電量大于系統(tǒng)發(fā)電量，由微網(wǎng)中央控制單元快速進(jìn)行次要負(fù)荷切除，保證重要負(fù)荷的供電。所用變供電恢復(fù)后，所用供電系統(tǒng)連接到電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)離網(wǎng)到并網(wǎng)模式的切換，恢復(fù)所有負(fù)荷供電。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖中：1-發(fā)電系統(tǒng)，2-微電網(wǎng)中央控制單元，3-儲(chǔ)能系統(tǒng)，31-能量管理系統(tǒng)，32-儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元，33-電池組端監(jiān)測(cè)模塊，34-霍爾電流傳感器，35-儲(chǔ)能電池，36-電池在線監(jiān)測(cè)模塊，4-儲(chǔ)能變流器。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體說(shuō)明。

一種智能變電站微電網(wǎng)系統(tǒng)，如圖1所示，儲(chǔ)能系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)、微電網(wǎng)中央控制單元;所述微電網(wǎng)中央控制單元，與發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)連接，將發(fā)電系統(tǒng)的電能傳送至儲(chǔ)能系統(tǒng);所述發(fā)電系統(tǒng)包括至少包括光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的一個(gè);所述儲(chǔ)能系統(tǒng)包括：能量管理系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元、若干電池在線監(jiān)測(cè)模塊、電池組端監(jiān)測(cè)模塊以及儲(chǔ)能電池組;所述能量管理系統(tǒng)，與儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元連接;儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元，與微電網(wǎng)中央控制單元連接，接收微電網(wǎng)中央控制單元的控制命令;電池組端監(jiān)測(cè)模塊，與儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元連接，監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能電池組的充放電電流、浮充電流、總電壓;儲(chǔ)能電池組包括若干儲(chǔ)能電池，與電池組端監(jiān)測(cè)模塊連接;每個(gè)儲(chǔ)能電池與對(duì)應(yīng)的電池組端監(jiān)測(cè)模塊連接。

儲(chǔ)能電池為鉛碳蓄電池，電池組端監(jiān)測(cè)模塊通過(guò)霍爾電流傳感器第一個(gè)鉛碳蓄電池連接，其他鉛碳蓄電池相互之間采用串聯(lián)連接，最后一個(gè)鉛碳蓄電池通過(guò)儲(chǔ)能變流器與發(fā)電系統(tǒng)的輸出母線連接。

并網(wǎng)期間，微電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電只占廠站用電的一部分，在離網(wǎng)瞬間，各發(fā)電系統(tǒng)和蓄電池來(lái)不及調(diào)節(jié)出力或者即使全部最大化發(fā)電也無(wú)法滿足所有站用變負(fù)荷用電，導(dǎo)致能源局域網(wǎng)內(nèi)頻率無(wú)法維持。針對(duì)這種情況，微網(wǎng)中央控制單元在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，實(shí)時(shí)計(jì)算系統(tǒng)功率差額，并規(guī)劃如果發(fā)生離網(wǎng)，各發(fā)電系統(tǒng)和蓄電池電源的出力計(jì)劃、各負(fù)荷的投切計(jì)劃，一旦檢測(cè)微電網(wǎng)離網(wǎng)，則立即執(zhí)行已定控制計(jì)劃。

1)儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元檢測(cè)到電網(wǎng)電壓降低或者收到離網(wǎng)命令后，檢測(cè)流過(guò)快速開關(guān)的電流峰值或有效值。如果流過(guò)快速開關(guān)的電流大于允許切換電流閥值，儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元以當(dāng)前電流參考與并網(wǎng)電流的偏差值作為儲(chǔ)能逆變器輸出電流參考指令，在快速開關(guān)關(guān)斷前盡快降低微電網(wǎng)與電網(wǎng)之間聯(lián)絡(luò)線上電流;

2)當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元檢測(cè)到并網(wǎng)電流小于允許切換電流閥值后，下達(dá)快速開關(guān)關(guān)斷指令，同時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元進(jìn)行控制模式切換，由電流控制切換至電壓控制。在微電網(wǎng)運(yùn)行模式切換過(guò)程中，從電源始終運(yùn)行在電流控制模式下。

電網(wǎng)恢復(fù)正常后，微電網(wǎng)需要重新并網(wǎng)運(yùn)行。微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行前應(yīng)首先保證快速開關(guān)兩側(cè)的電壓幅值、相位和頻率相等，同時(shí)還應(yīng)減小切換后的電流沖擊，具體的獨(dú)立至并網(wǎng)運(yùn)行模式無(wú)縫切換控制邏輯如下：

1)儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元檢測(cè)到電網(wǎng)電壓正常后，以當(dāng)前電網(wǎng)電壓作為控制器的輸出電壓參考，不斷調(diào)整其輸出使快速開關(guān)兩側(cè)的電壓相位和幅值相同;

2)當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元檢測(cè)到快速開關(guān)兩側(cè)電壓滿足并網(wǎng)條件后，下達(dá)快速開關(guān)合閘指令，同時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元進(jìn)行控制模式切換，由電壓控制切換至電流控制。在微電網(wǎng)運(yùn)行模式切換過(guò)程中，從電源始終運(yùn)行在電流控制模式下。當(dāng)微電網(wǎng)運(yùn)行模式切換完成后，根據(jù)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)控制儲(chǔ)能出力和增加分布式發(fā)電系統(tǒng)出力。微電網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)第三所用變?yōu)楣I(yè)園區(qū)和所外用電設(shè)備供電，實(shí)現(xiàn)電能共享。

所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)包括：風(fēng)力機(jī)組模塊：捕獲風(fēng)能并將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為交變電能，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、塔架、地基以及線纜;并網(wǎng)控制模塊：內(nèi)置輸出直流電并對(duì)輸出最高電壓進(jìn)行限制的整流模塊，還包括并網(wǎng)控制器、泄荷器以及線纜;逆變模塊：包括并網(wǎng)逆變器以及線纜，與所述整流模塊連接，將整流模塊輸出的直流電逆變成交流電并饋入電網(wǎng);監(jiān)控模塊：與風(fēng)力機(jī)組模塊、并網(wǎng)控制模塊以及逆變模塊連接，包括遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置、通信GPRS卡以及線纜。

并網(wǎng)逆變器輸出交流電匯總到低壓交流開關(guān)柜，與變電所內(nèi)的AC380V端并聯(lián)，系統(tǒng)采用220/380VAC三相五線制輸出，直接與配電室變壓器二次端并網(wǎng)運(yùn)行。風(fēng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有逆功率保護(hù)、防孤島、短路過(guò)流、過(guò)壓等保護(hù)功能，確保風(fēng)能系統(tǒng)安全、可靠的發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行。系統(tǒng)三相額定平衡負(fù)載時(shí)輸出電流最大總波形畸變率小于5%、各次諧波含有率小于3%。

以上所述實(shí)施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，在不超出權(quán)利要求所記載的技術(shù)方案的前提下還有其他的變體及改型。