一種包含多個儲能單元的分層儲能微電網的製作方法

2023-07-17 15:03:01 3

本發明屬於分布式電源及微電網技術領域，尤其涉及一種包含多個儲能單元的分層儲能微電網。

背景技術：

隨著世界經濟和工業的飛速發展，全球對能源的需求也迅速加大，能源的大量消耗對環境的破壞日益凸現。而全球變暖情況嚴重，厄爾尼諾現象頻繁出現不斷威脅著人類的生存條件。因此，發展清潔能源，提高分布式發電利用率，使人類從傳統的集中供電時代跨入分布式供電的新時代，意義重大。分布式發電具有汙染少、可靠性高、能源利用效率高、安裝地點靈活等多方面優點，滿足了用戶多樣化的供電需求，為清潔能源接入電網提供了一種新的途徑。分布式發電系統是指配置在用電負荷附近、功率為數千瓦至幾十兆瓦、與環境兼容的獨立電源系統，它可以由用戶控制，以滿足特定用戶的需要，支持現存配電網的經濟運行。由於分布式發電本身具備的隨機性，大容量大規模的分布式電源接入會對電網造成衝擊，將局部地區的分布式電源、儲能設備及負荷統一配置構成微電網成為分布式電源接入電網的有效方式。基於分布式電源構成的微電網既可以與大電網相連，向大電網送電稱為併網運行；又可以自己獨立運行，稱為孤島運行，這種微電網的供電方式不僅實現了分布式電源的靈活接入和調節，也大幅提高了清潔能源的利用效率和用戶的供電可靠性。

微電網在新能源及分布式電源規模化併網應用上的獨特作用及可行性已得到了國內外專家學者的高度重視和充分認可。目前研究主要集中在微電網仿真運行、控制策略、電能質量等方面，而涉及多微電網協調運行、協調控制的相關研究仍然不足。由於資源、負荷、場地等因素的限制，微電網建設趨於小型化、分散化，微電網獨立運行時只滿足自身的自給自足，分布式電源無法在多個微電網間實現資源的優化配置， 用戶負荷也無法得到最大的供電保障。由於分布式電源的隨機性、波動性及不可控性的存在，單個微電網的良好配置有時也在運行中難以滿足要求。結合分布式電源及微電網技術的發展需求，有必要開發出一種能夠有效協調多個子網優化運行控制的分層微電網。

技術實現要素：

本發明針對上述現有技術中存在的問題，提供了一種包含多個儲能單元的分層儲能微電網。目的是實現在微電網各子網獨立運行基礎上，多個微電網子網構成的微電網系統也可以正常運行，並且能夠實現分布式電源整體優化配置及多個微電網子網的協調優化運行。

為實現上述目的，本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：

一種包含多個儲能單元的分層儲能微電網，主要由中央控制系統、集中式儲能系統、微電網子網控制系統、微電網子網以及開關裝置構成。其中：中央控制系統實時採集集中式儲能系統和微電網子網控制系統的信息，並對其進行調控；微電網子網控制系統實時採集微電網子網的信息，並對其進行調控。

所述中央控制系統由中心主控系統、遠程監控系統組成。其中：中心主控系統由可編程邏輯控制器PLC、接觸器等控制器件構成，完成整個系統的調控工作；遠程監控系統由一臺工控機以及數據採集監視控制系統SCADA構成，完成整個系統的監控與參數設置。

所述的集中式儲能，主要由斷路器、雙向變流器和全釩液流電池構成。集中式儲能系統通過380V母線與電網相連。

所述微電網子網系統由光伏發電系統、風力發電系統、分散式儲能系統及交流負載組成。系統接入380V公共電網。其中：光伏發電系統由併網逆變器與光伏電池板組成，風力發電系統由風力發電機和併網控制器構成。分散式儲能系統由逆變器和儲能單元組成。交流負載包括照明、牆壁電源、供暖等負載組成。

所述開關裝置，包括：微電網併網開關、集中式儲能開關及微電網子網開關。各開關由中央控制系統操作控制，開關間相互配合統一調控，實現分層儲能微電網經濟可靠運行。

所述分層儲能微電網的調控運行方式有4類：

運行方式Ⅰ：當N個微電網子網獨立運行時，各微電網子網採用主微源V/f、從微源PQ的控制模式，此時，微電網穩定運行。

運行方式Ⅱ：當各微電網子網中的某一個子網I出現問題不能獨立運行時，投入集中式儲能。此時，集中式儲能作為主微源，採用V/f控制模式，微電網子網I中的主微源由V/f控制模式轉為PQ控制模式，從而實現新系統的穩定運行。

運行方式Ⅲ：當各微電網子網中的某一個子網I出現問題不能獨立運行時，投入可提供足夠電量的另一微電網子網K，此時，兩個微電網中，容量較大的儲能作為主微源，採用V/f控制模式，容量較小的儲能則轉為PQ控制模式，兩個微電網在新的系統下實現穩定運行。

運行方式Ⅳ：若第I個微電網與第K個微電網聯合運行產生振蕩，無法保證穩定運行時，投入集中式儲能接入系統，以保證系統的穩定性。此時，集中式儲能作為主微源，採用V/f控制模式，微電網子網I以及微電網子網K中的主微源由V/f控制模式轉為PQ控制模式，使系統能夠穩定運行。

本發明採用包含多個儲能單元的分層儲能微電網，其有益效果及優點是：

1、由於分布式電源自身的間歇性和波動性，微電網獨立運行能力受到制約。應用多個儲能單元的分層儲能微電網，是一種包含多個微電網子網的複雜微電網系統，各微電網子網均能夠自給自足就地平衡，正常情況下均具備獨立運行能力，在發生電力電量無法滿足自平衡或系統受到擾動面臨失穩時，微電網中央控制系統將通過控制策略實現在整個微電網中的資源重新優化配置，可以智能調用另一富裕電力的微電網子網與之併網，也可調用集中式儲能接入系統與之併網運行。中央控制系統的統一智能調控，為獨立微電網子網無法正常運行及負荷快速回復均提供了一種的快捷、有效的解決方案。

2、包含多個儲能單元的分層儲能微電網，採用集中式儲能與分散式儲能相結合的方式，分散式儲能一般主要在各微電網中作為主微源工作，集中式儲能一般主要服務於電網調峰及輔助服務。在微電網子網無故障可靠運行情況下，子網層各微電網分別獨立運行，子網控制系統對微電網狀態進行實時監測，並將數據上傳給集中層中央控制系統；某個微電網子網面臨失穩或功率失衡，集中層中央控制系統將基於實時數據及控制策略，合理調配其他微電網電源或者投入集中式儲能來保障微電網子網繼續運行。採用分層微電網架構，通過合理調配微電網中的分布式電源，將實現區域內清潔能源的優化配置，有限促進清潔能源接納和利用；通過優化調控集中式和分散式儲能的運行，不能能夠促進清潔能源接納和利用，而且將大幅提高微電網負荷的供電可靠性。

附圖說明

圖1是本發明系統構成示意圖。

圖中：中央控制系統1，集中式儲能系統2，微電網子網控制系統3，微電網併網開關4，集中式儲能開關5，微電網子網6，微電網子網開關7，風力發電系統8，光伏發電系統9，分散式儲能系統10，交流負載11。

下面結合本發明的具體實施例和附圖，對本發明加以詳細描述。

具體實施方式

如圖1所示，圖1為本發明系統構成示意圖。本發明是一種包含多個儲能單元的分層儲能微電網，主要由中央控制系統1、集中式儲能系統2、微電網子網控制系統3、微電網子網6以及開關裝置構成。

其中，中央控制系統1通過微電網通信線路對微電網內各系統及開關進行調控。10KV交流母線與380V交流母線之間通過微電網併網開關4相連。在380V交流母線間，安裝集中式儲能系統2，並配有集中式儲能開關5。微電網子網6主要由風力發電系統8，光伏發電系統9，分散式儲能系統10，交流負載11組成，並且通過微電網子網開關7連接到380V交流母線上，由微電網子網控制系統3控制。

所述中央控制系統1由中心主控系統和遠程監控系統組成。中央控制系統1實時採集集中式儲能系統2和微電網子網控制系統3的信息，並對其進行調控。微電網子網控制系統3實時採集微電網子網6的信息，並對其進行調控。其中：中心主控系統由可編程邏輯控制器PLC、接觸器構成，完成整個系統的調度工作；遠程監控系統由一臺工控機以及數據採集監視控制系統SCADA構成，完成整個系統的監控與參數設置。當各微電網子網6能獨立正常運行時，微電網子網控制系統3可以控制風力發電系統8、光伏發電系統9以及儲能電池 10的投切來滿足微電網內負荷的需求，各微電網子網採用主微源V/f、從微源PQ的控制模式，達到電壓、頻率和功率的調節，使微電網安全穩定的運行。

所述集中式儲能系統2，主要由開關裝置、雙向變流器和大容量儲能單元構成。所述開關裝置包括斷路器，所述大容量儲能單元包括全釩液流電池。大容量儲能單元具有充放電性能好，使用壽命長等優勢。集中式儲能系統2通過380V母線與電網相連。在微電網正常運行時，集中式儲能系統2作為備用電源；當微電網子網出現故障且相互作用不能解決問題時，集中式儲能系統2啟用，為微電網提供電能。此時系統處於主從控制，集中式儲能系統2採用V/f控制方式，各微電網子網6採用PQ控制方式。

微電網子網6由風力發電系統8、光伏發電系統9、儲能電池 10及交流負載11組成。系統接入380V公共電網。其中：風力發電系統8包括風力發電機、併網控制器和併網逆變器。風力發電機為三相永磁直驅風力發電機。光伏發電系統9由併網逆變器與電池板組成，電池板採用多晶矽電池組件。分散式儲能系統10由逆變器和儲能單元組成，儲能單元為儲能電池。交流負載11包括照明、牆壁電源、供暖等負載組成。各微電網子網正常工作時，系統內的分布式電源可為負載提供電能，儲能電池10在電能過剩時儲存能量，在電能短缺時提供能量。

所述開關裝置，包括：微電網併網開關4、集中式儲能開關5及微電網子網開關7構成。各開關由中央控制系統1操作控制，開關間相互配合統一調控，實現分層儲能微電網經濟可靠運行，使不同的微電網子網聯通，也可通過中央控制系統1將集中式儲能系統2接入微電網，使不能正常運行的微電網儘快恢復正常狀態，各開關裝置間相互配合，可有效減低電能損耗，有效提高微電網的安全係數。

本發明分層儲能微電網的調控運行方式有4類，具體如下：

運行方式Ⅰ：當N個微電網子網獨立運行時，各微電網子網採用主微源V/f、從微源PQ的控制模式，此時，微電網穩定運行。

運行方式Ⅱ：當各微電網子網中的某一個子網I出現問題不能獨立運行時，投入集中式儲能。中央控制系統根據微電網子網控制系統I發出的信息進行響應。將集中式儲能開關、微電網子網開關I閉合，實現集中式儲能與微電網子網I聯合運行，使新的系統的穩定性較高。此時，集中式儲能作為主微源，採用V/f控制模式，微電網子網I中的主微源由V/f控制模式轉為PQ控制模式，從而實現新系統的穩定運行。

運行方式Ⅲ：當各微電網子網中的某一個子網I出現問題不能獨立運行時，投入可提供足夠電量的另一微電網子網K。即中央控制系統還可以根據微電網子網控制系統I發出的信息選擇另一可提供足夠電量的微電網子網K，聯合運行，使新的系統的經濟性較高。將微電網子網開關K閉合，使第I個微電網與第K個微電網聯合，形成獨立系統。此時，兩個微電網中，容量較大的儲能作為主微源，採用V/f控制模式，容量較小的儲能則轉為PQ控制模式，兩個微電網在新的系統下實現穩定運行。

運行方式Ⅳ：若第I個微電網與第K個微電網聯合運行產生振蕩，無法保證穩定運行時，投入集中式儲能接入系統。即中央控制系統則會閉合集中式儲能開關，使集中式儲能接入系統，以保證系統的穩定性。此時，集中式儲能作為主微源，採用V/f控制模式，微電網子網I以及微電網子網K中的主微源由V/f控制模式轉為PQ控制模式，使系統能夠穩定運行。