一種微網能源系統的製作方法
2023-09-21 00:37:55 1
一種微網能源系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種微網能源系統，包括第一母線、第二母線和第三母線，第一母線通過第一靜態開關連接電網的第一進線端，第二母線通過第二靜態開關連接電網的第二進線端，第一母線和第二母線上均連接有負荷，第一母線和第二母線之間連接有母聯開關，第三母線的兩端分別通過第一併網開關和第二併網開關分別與微網的第一母線和第二母線對應連接，第三母線與微網能源設備連接，微網能源設備包括光伏發電模塊、風電模塊、儲能模塊、燃料電池模塊和V2G模塊，所述光伏發電模塊、風電模塊、儲能模塊、燃料電池模塊、V2G模塊與第三母線之間均連接有切換開關。解決了現有微網中能源系統靈活性和可靠性較差、沒有達到低碳化目標的問題。
【專利說明】—種微網能源系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及微電網【技術領域】，具體涉及一種微網能源系統。
【背景技術】
[0002]分布式發電技術憑藉其可提高系統供電可靠性、降低終端用戶費用、降低線路損耗、改善電能質量等優點得到了全社會的廣泛關注。分布式發電主要包括各類可再生能源發電(風能、太陽能、生物質能等)，其清潔環保的特點滿足了低碳經濟發展的要求。
[0003]然而，單獨的分布式發電接入電網由於其自身的間歇性、波動性、隨機性等特點給電網帶來了一定的影響，不僅導致電網的潮流、故障機理特性等更加複雜，而且由於其抗擾動能力差，棄光、棄風現象十分嚴重，導致分布式發電年利用小時數下降，影響了分布式發電投資的經濟性。
[0004]微網是由分布式電源、能源轉換裝置、負荷、監控和保護裝置等匯集而成的小型電力系統。微網既可以與大型電力網並聯運行，也可以獨立地為當地負荷提供電力需求。微網既可併網運行，又可以離網運行，大大提高了負荷側的供電可靠性。通過微網接入電網，可以實現微網內部波動的平抑消納，減少分布式電源接入電網的影響，另外通過分布式電源和分布式儲能的優化組合運行，可以提高分布式電源的消納能力，因此微網已經成為充分利用分布式發電的較好形式之一。
[0005]近年來，智能社區建設成為各級城市規劃的重要內容，也是提升城市影響力的重要窗口，得到了各級政府的高度重視。其中社區能源低碳化是重要的建設目標，因此發展分布式發電/微網成為智能社區建設不可或缺的重要內容，成為展示上海崇明陳家鎮國際智能生態社區形象的重要品牌。
[0006]但是現有微網對能源的利用沒有達到低碳化的目標，而且能源系統的靈活性和可
靠性不高。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供一種微網能源系統，在確保能源系統安全的前提下，綜合應用多種可再生能源，實現能源利用的低碳化，提高能源系統的靈活性和可靠性。用以解決現有微網中能源系統靈活性和可靠性較差、沒有達到低碳化目標的問題。
[0008]為實現上述目的，本發明的方案是:一種微網能源系統，包括第一母線和第二母線，第一母線通過第一靜態開關連接電網的第一進線端，第二母線通過第二靜態開關連接電網的第二進線端，所述第一母線和第二母線上均連接有負荷，第一母線和第二母線之間連接有母聯開關，設置第三母線，所述第三母線的兩端分別通過第一併網開關和第二併網開關分別與微網的第一母線和第二母線對應連接，所述的第三母線與微網能源設備連接，所述的微網能源設備包括光伏發電模塊、風電模塊、儲能模塊、燃料電池模塊和V2G模塊，所述光伏發電模塊、風電模塊、儲能模塊、燃料電池模塊、V2G模塊與第三母線之間均連接有切換開關。[0009]所述光伏發電模塊包括一組光伏陣列、一組匯流箱和一組光伏逆變器，各光伏陣列均對應連接一個匯流箱，各所述匯流箱均對應接入一個光伏逆變器的直流側，各所述光伏逆變器的交流側均接入第三母線，在各保護測控點位置安裝測控保護裝置，在電能監測點安裝電能質量監測裝置，各所述測控保護裝置和各所述光伏逆變器均設有與微網控制器連接的通信埠。
[0010]所述風電模塊包括一組風力發電機、一組控制器、匯流箱和風電逆變器，各所述風力發電機均對應連接一個控制器的交流輸入端，各控制器的直流輸出端均接入匯流箱，風電逆變器的直流側連接匯流箱，風電逆變器的交流側接入第三母線，在保護測控點位置安裝測控保護裝置，所述風電逆變器和測控保護裝置均設有與微網控制器連接的通信埠。
[0011]所述燃料電池模塊包括燃料電池和電池逆變器，所述電池逆變器的直流側連接燃料電池，所述電池逆變器的交流側接入第三母線，在保護測控點位置安裝測控保護裝置，所述電池逆變器和測控保護裝置均設有與微網控制器連接的通信埠。
[0012]所述儲能模塊包括儲能電池組、電池管理系統、儲能變流器、儲能控制器和儲能監控系統，所述電池管理系統與儲能電池組通信連接，所述儲能變流器的交流側通過隔離變壓器接入微網的第三母線，所述儲能變流器的直流側連接電池組，所述儲能變流器的通信埠與儲能控制器通信連接，所述儲能控制器通過CAN總線與電池管理系統通信連接，所述儲能監控系統通過RS485接口與儲能控制器通信連接，所述儲能控制器通過乙太網與微網控制器通信連接。
[0013]所述V2G模塊包括隔離變壓器、AC/DC功率單元、DC/DC功率單元、電動汽車車載電池、車載電池管理系統和V2G監控單元，所述車載電池管理系統與電動汽車車載電池通信連接，所述AC/DC功率單元的交流側通過隔離變壓器接入微網的第三母線，所述AC/DC功率單元的直流側連接DC/DC功率單元的一側，DC/DC功率單元的另一側連接電動汽車車載電池，V2G監控單元分別通過CAN總線與車載電池管理系統、AC/DC功率單元和DC/DC功率單元通信連接，V2G監控單元通過乙太網與微網控制器通信連接。
[0014]所述負荷包括第一負荷、第二負荷和重要負荷，所述第一負荷連接在第一母線上，所述第二負荷連接在第二母線上，所述重要負荷通過自動電源切換裝置均勻的分布在第一母線和第二母線上，所述自動電源切換裝置並聯在所述母聯開關的兩端。
[0015]該系統還包括電能質量管理設備，所述電能質量管理設備包括有源濾波器和無功補償模塊。
[0016]所述第一負荷包括冷凍機房、排水泵和電梯，所述第二負荷包括多功能廳、照明和動力裝置，所述重要負荷包括監控中心、控制機房和計算機房。
[0017]本發明達到的有益效果:本發明的能源系統包括光伏發電、風力發電、燃料電池、儲能裝置、V2G (Vehicle-to-grid, V2G)設施等多種能源,通過微網控制器的協調控制,可以在確保能源系統安全的前提下，綜合應用多種可再生能源，實現能源利用的低碳化，提高能源系統的靈活性和可靠性。而且本發明還設置有有源濾波器和無功補償模塊，通過有源濾波器可以濾除大多數的諧波電流，通過無功補償模塊可以補償系統的無功，這樣有源濾波器的容量也會大大降低，提高了微網中電能的質量。
【專利附圖】
【附圖說明】[0018]圖1是本發明微網能源系統的結構原理圖；
[0019]圖2是本發明微網能源系統的電路連接圖；
[0020]圖3是本發明光伏發電模塊接入微網的原理圖；
[0021]圖4是本發明風電模塊接入微網的原理圖；
[0022]圖5是本發明燃料電池模塊接入微網的原理圖；
[0023]圖6是本發明儲能模塊接入微網的原理圖；
[0024]圖7是本發明V2G模塊接入微網的原理圖；
[0025]圖8是本發明電能質量管理的接線原理圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。
[0027]如圖1，本發明的微網能源系統包括第一母線和第二母線，第一母線通過第一靜態開關連接電網的第一進線端，第二母線通過第二靜態開關連接電網的第二進線端，所述第一母線和第二母線上均連接有負荷，第一母線和第二母線之間連接有母聯開關，設置第三母線，所述第三母線的兩端分別通過第一併網開關和第二併網開關分別與微網的第一母線和第二母線對應連接，所述的第三母線與微網能源設備連接，所述的微網能源設備包括光伏發電模塊、風電模塊、儲能模塊、燃料電池模塊和V2G模塊，所述光伏發電模塊、風電模塊、儲能模塊、燃料電池模塊、V2G模塊與第三母線之間均連接有切換開關。
[0028]如圖2，本實施例微網接入低壓400V系統，根據供電可靠性的要求，設計有兩路外部電源進線，要確保微網既可以併網運行，也可以離網運行。光伏發電模塊包括I臺125kW光伏發電單元，2臺30kW光伏發電單元以及I臺4kW的小型光伏發電單元，光伏發電模塊總容量189kW ;風電模塊包括4臺300W風機，風電模塊的總容量1.2kff ;燃料電池模塊為10kff/4h ;V2G模塊包括2個充放電樁，各30kW ;同時配置了 100kW/200kWh的電池儲能模塊。
[0029]本實施例還包括電能質量管理設備，所述電能質量管理設備包括有源濾波器和無功補償模塊，母聯開關為一個空氣斷路器，本實施例的負荷包括第一負荷、第二負荷和重要負荷，所述第一負荷連接在第一母線上，所述第二負荷連接在第二母線上，所述重要負荷通過自動電源切換裝置均勻的分布在第一母線和第二母線上，所述自動電源切換裝置並聯在所述母聯開關的兩端。其中，第一負荷包括冷凍機房、排水泵和電梯，第二負荷包括多功能廳、照明和動力裝置，重要負荷包括監控中心、控制機房和計算機房，第一配電變壓器和第二配電變壓器還連接有有源濾波器和無功補償模塊。
[0030]本發明的微網主要具備如下四種運行方式。
[0031](I)常規運行方式
[0032]常規運行方式下，兩路外部電源獨立向各自的負荷進行供電，要負荷相對均勻地分布在兩段母線上。此時，靜態開關PCC1、PCC2閉合，母聯開關斷開，兩臺變壓器分裂運行，微網母線和重要負荷的自動電源切換系統自動選擇默認的母線進行互聯。
[0033]( 2 )第一進線獨立供電方式
[0034]當第二進線發生故障後因檢修失電後，要求所有的負荷轉移到第一母線，第一進線獨立供電，第二變壓器退出運行。此時PCCl開關閉合，PCC2開關打開，母聯開關閉合，重要負荷自切裝置選擇與第一母線相連。如果微網原先與第二母線相連，此時需要切換到第一母線。
[0035](3)第二變壓器單獨供電方式
[0036]當第一進線發生故障後因檢修失電後，要求所有的負荷轉移到第二母線，第二進線獨立供電，第一變壓器退出運行。此時PCC2開關閉合，PCCl開關打開，母聯開關閉合，重要負荷自切裝置選擇與2段母線相連。如果微網原先與I段母線相連，此時需要切換到2段母線，
[0037](4)外部全失電運行方式
[0038]當第一進線、第二進線均發生故障或其它原因導致全失電後，供電系統轉入由分布式電源供電模式，即微網進入離網運行方式。此時PCC2開關斷開，PCCl開關斷開，母聯開關斷開，系統中僅保留部分極其重要負荷由微網進行供電，
[0039]如圖3，189kW光伏發電模塊由I臺125kW光伏逆變器、2臺30kW光伏逆變器和I臺4kW光伏逆變器組成，光伏發電模塊可作為一個整體模塊實現功率連續可調。光伏發電模塊一次側由一次連接線(4路光伏逆變器)接入微網系統；微網系統與光伏發電模塊二次側通過二次控制線連接，測控裝置通過LAN通信方式接入微網控制器，光伏逆變器通過RS485通信方式接入微網控制器，此外，125KW光伏迴路需接入電能質量監控裝置。
[0040]如圖4，1.2kW風電模塊由4臺300W風機組成，通過一颱風電逆變器併網。風機要求有卸荷箱，即有卸荷電阻，當風機輸出功率過大時，根據內部控制信號，接入功率連續可調的卸荷負載，消耗多餘能量，在不停機的情況下保護系統；當緊急情況發生或維修等其他用戶需要的時候，手動閉合剎車開關，風機三相輸出短路使得風機停機，保護整個系統。風電模塊一次側由一次連接線接入微網系統；微網系統與風電模塊二次側通過二次控制線連接，風電逆變器通過RS485通信方式接入微網控制器。
[0041]如圖5，燃料電池模塊的整體設計滿足消防安全要求。燃料電池模塊一次側由一次連接線(I路電池逆變器)接入微網系統；微網系統與燃料電池模塊二次側通過二次控制線連接，測控裝置通過LAN通信方式接入微網控制器，電池逆變器通過RS485通信方式接入微網控制器。
[0042]如圖6，「智能微網」系統集成了多種可再生能源系統，需要安裝一套，儲能系統，該儲能系統採用鋰電池100kW/200kWh，通過PCS系統(IOOkW)併入電網進行電能的存儲和釋放。儲能模塊包括儲能電池組、電池管理系統、儲能變流器、儲能控制器和儲能監控系統，電池管理系統與儲能電池組通信連接，儲能變流器的交流側通過隔離變壓器接入微網系統，儲能變流器的直流側連接電池組，儲能變流器的通信埠與儲能控制器通信連接，儲能控制器通過CAN總線與電池管理系統通信連接，儲能監控系統通過RS485接口與儲能控制器通信連接，儲能控制器通過乙太網與微網控制器通信連接。儲能控制器通過乙太網與微網協調控制器交換系統信息、電池信息和控制指令，通過CAN總線與電池BMS交換信息，通過RS485接口與就地監控系統交換信息，完成儲能子系統的就地控制功能。
[0043]如圖7，V2G模塊主要由隔離變壓器、功率單元和電動汽車車載電池組成。功率單元主要由AC/DC功率單元和DC/DC功率單元兩部分組成，並提供人機操作界面及直流充放電接口，具備相應測控保護功能。
[0044]V2G監控單元是V2G的一部分，是V2G的控制中心和通信樞紐，負責與充放電設施後臺系統交換數據；完成充放電樁的充電與放電控制；與81^通信獲取電池狀態和運行信息；獲取電能計量表信息，完成充放電計費和充放電過程的聯動控制；將計量計費、充放電樁工作信息傳送給直流充放電樁，獲取並執行直流充放電樁上送的控制命令等。
[0045]AC/DC功率單元的功能是將三相交流輸入電壓經過高頻開關等方式進行變換得到脈動的直流電，最後經過輸出濾波電路得到穩定的直流電壓和直流電流。DC/AC功率單元的功能是將直流電源經過振蕩電路及高頻開關，濾波迴路形成穩定的工頻交流輸出，整個過程通過連接電纜、直流充放電樁、充放電連接器、蓄電池及BMS等設備，完成電池充放電功倉泛。
[0046]V2G具有為電動汽車安全自動地充滿電及放電的能力，能依據電動汽車BMS提供的數據，動態調整充放電參數、執行相應動作，完成充放電過程。充放電樁具有實現外部手動控制的輸入設備，可對充放電樁參數進行設定。
[0047]如圖8，電能質量管理設備包括有源濾波器APF和無功補償模塊，有源濾波器APF和無功補償模塊採用並聯式結構。其中，有源濾波器用於濾除大多數的諧波電流，無功補償模塊用來補償系統的無功，這樣有源濾波器的容量也會大大降低。APF及無功補償模塊對外通訊採用RS485接口、MODBUS通訊協議進行通信。本實施例中，在設備側，將RS485通信接口首先轉換成乙太網接口，從而APF及無功補償設備對外通訊將採用乙太網接線方式、TCPMODBUS協議和主站進行通信。
[0048]本發明的能源系統包括光伏發電、風力發電、燃料電池、儲能裝置、V2G(VehiCle-t0-grid，V2G)設施等多種能源，通過微網控制器的協調控制，可以在確保能源系統安全的前提下，綜合應用多種可再生能源，實現能源利用的低碳化，提高能源系統的靈活性和可靠性。
【權利要求】
1.一種微網能源系統，包括第一母線和第二母線，第一母線通過第一靜態開關連接電網的第一進線端，第二母線通過第二靜態開關連接電網的第二進線端，所述第一母線和第二母線上均連接有負荷，第一母線和第二母線之間連接有母聯開關，其特徵在於: 設置第三母線，所述第三母線的兩端分別通過第一併網開關和第二併網開關分別與微網的第一母線和第二母線對應連接，所述的第三母線與微網能源設備連接，所述的微網能源設備包括光伏發電模塊、風電模塊、儲能模塊、燃料電池模塊和V2G模塊，所述光伏發電模塊、風電模塊、儲能模塊、燃料電池模塊、V2G模塊與第三母線之間均連接有切換開關。
2.根據權利要求1所述的微網能源系統，其特徵在於所述光伏發電模塊包括一組光伏陣列、一組匯流箱和一組光伏逆變器，各光伏陣列均對應連接一個匯流箱，各所述匯流箱均對應接入一個光伏逆變器的直流側，各所述光伏逆變器的交流側均接入第三母線，在各保護測控點位置安裝測控保護裝置，在電能監測點安裝電能質量監測裝置，各所述測控保護裝置和各所述光伏逆變器均設有與微網控制器連接的通信埠。
3.根據權利要求1所述的微網能源系統，其特徵在於所述風電模塊包括一組風力發電機、一組控制器、匯流箱和風電逆變器，各所述風力發電機均對應連接一個控制器的交流輸入端，各控制器的直流輸出端均接入匯流箱，風電逆變器的直流側連接匯流箱，風電逆變器的交流側接入第三母線，在保護測控點位置安裝測控保護裝置，所述風電逆變器和測控保護裝置均設有與微網控制器連接的通信埠。
4.根據權利要求1所述的微網能源系統，其特徵在於，所述燃料電池模塊包括燃料電池和電池逆變器，所述電池逆變器的直流側連接燃料電池，所述電池逆變器的交流側接入第三母線，在保護測控點位置安裝測控保護裝置，所述電池逆變器和測控保護裝置均設有與微網控制器連接的通信埠。
5.根據權利要求1所述的微網能源系統，其特徵在於所述儲能模塊包括儲能電池組、電池管理系統、儲能變流器、儲能控制器和儲能監控系統，所述電池管理系統與儲能電池組通信連接，所述儲能變流器的交流側通過隔離變壓器接入微網的第三母線，所述儲能變流器的直流側連接電池組，所述儲能變流器的通信埠與儲能控制器通信連接，所述儲能控制器通過CAN總線與電池管理系統通信連接，所述儲能監控系統通過RS485接口與儲能控制器通信連接，所述儲能控制器通過乙太網與微網控制器通信連接。
6.根據權利要求1所述的微網能源系統，其特徵在於所述V2G模塊包括隔離變壓器、AC/DC功率單元、DC/DC功率單元、電動汽車車載電池、車載電池管理系統和V2G監控單元，所述車載電池管理系統與電動汽車車載電池通信連接，所述AC/DC功率單元的交流側通過隔離變壓器接入微網的第三母線，所述AC/DC功率單元的直流側連接DC/DC功率單元的一偵牝DC/DC功率單元的另一側連接電動汽車車載電池，V2G監控單元分別通過CAN總線與車載電池管理系統、AC/DC功率單元和DC/DC功率單元通信連接，V2G監控單元通過乙太網與微網控制器通信連接。
7.根據權利要求1所述的微網能源系統，其特徵在於所述負荷包括第一負荷、第二負荷和重要負荷，所述第一負荷連接在第一母線上，所述第二負荷連接在第二母線上，所述重要負荷通過自動電源切換裝置均勻的分布在第一母線和第二母線上，所述自動電源切換裝置並聯在所述母聯開關的兩端。
8.根據權利要求1所述的微網能源系統，其特徵在於該系統還包括電能質量管理設備，所述電能質量管理設備包括有源濾波器和無功補償模塊。
9.根據權利要求7所述的微網能源系統，其特徵在於所述第一負荷包括冷凍機房、排水泵和電梯，所述第二負荷包括多功能廳、照明和動力裝置，所述重要負荷包括監控中心、控制機房和計算機房。
【文檔編號】H02J3/38GK103595071SQ201310594608
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月21日 優先權日:2013年11月21日
【發明者】時珊珊, 張宇, 柳勁松, 劉雋, 包海龍, 劉舒, 方陳 申請人:國網上海市電力公司, 華東電力試驗研究院有限公司