CN102790391A - 一种柴发与燃气三联供混合供能微网系统及其控制方法 - Google Patents

一种柴发与燃气三联供混合供能微网系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柴发与燃气三联供混合供能微网系统，包括交流母线、冷/热负荷以及电负荷，所述冷/热负荷经电负荷与交流母线连接，以及分别与所述交流母线连接的光伏发电系统以及柴油发电系统；还包括：分别与所述交流母线、冷热负荷连接三联供系统；以及，分别与所述光伏发电系统、柴油发电系统以及三联供系统连接的控制系统。本发明还公开了一种柴发与燃气三联供混合供能微网系统的控制方法。本发明一方面在运行期间有两种主控电源可供选择，使系统可靠性增加；另一方面可提供多种能源(冷/热/电)输出，在满足电负荷需求的同时，也可以直接满足冷/热负荷的需求，能源利用效率较高，并且有效降低了系统的供能成本。

Description

一种柴发与燃气三联供混合供能微网系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及领域微网供电系统，特别涉及一种柴发与燃气三联供混合供能微网系统及其控制方法。
背景技术
微网独立供电系统常用于供应偏远地区或海岛地区的居民或其他用电，这类微网中的分布式电源一般包括光伏发电、风力发电、柴油发电机(以下简称柴发)和蓄电池储能系统等，通过对这些电源的协调控制保证对该地区负荷的正常供电。
中国专利(公开号为CN102157978A，公开日期为2011年8月17日)的发明专利公开了一种风光柴储孤立微网系统及其控制方法，其是通过蓄电池、光伏阵列、风机发电以及柴发发电来实现能源的经济调度运行的。
传统微网系统的类型包括光储型微网、风光储型微网、风光柴储型微网等几大类，并且均是侧重发电和用电，而考虑到海岛资源限制及交通运输条件等原因，且柴发运行效率有限，因而导致传统的微网系统不能实现最经济的运行方式，另外考虑到冷/热负荷需求，传统微网系统基本都是依靠电力来满足该部分负荷的需求，其供能效率非常的有限；而在现有技术中很少有侧重于以满足具有综合能源(冷/热/电)需求的负荷、并最大化提高能源利用效率的微网系统。
综上，由光伏(风电)和柴发组成的孤岛微网系统在满足电负荷需求的同时，需将电能再转换成冷量和热量，以此满足不同的冷/热负荷的需求，此类微网系统存在以下弊端：1)、发电成本较高；2)、能量转换过程中能源利用效率较低；3)、系统只有一个主电源供电，如遇柴发检修时系统需要停电，造成系统供电可靠性降低。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种成本低、能量利用率高以及可靠性较高的柴发与燃气三联供混合供能微网系统。
本发明的第二目的在于提供一种根据上述的柴发与燃气三联供混合供能微网系统的控制方法。
为了解决上述提出的第一问题，本发明提供如下技术方案：
一种柴发与燃气三联供混合供能微网系统，包括交流母线、冷/热负荷以及电负荷，所述冷/热负荷经电负荷与交流母线连接，以及分别与所述交流母线连接的光伏发电系统以及柴油发电系统；
还包括：分别与所述交流母线、冷热负荷连接三联供系统；
以及，分别与所述光伏发电系统、柴油发电系统以及三联供系统连接的控制系统。
本发明的柴发与燃气三联供混合供能微网系统，优选的，所述光伏发电系统包括PV阵列、变流器，所述PV阵列经变流器与所述交流母线连接。
为了解决上述提出的第二问题，本发明提供如下技术方案：
一种柴发与燃气三联供混合供能微网系统的控制方法，包括以下步骤：
第一步、微网系统运行，控制系统判断有无冷/热负荷需求，如有则进入第二步，如无则进入第四步；
第二步、控制系统输出控制光伏发电系统以及三联供系统开启运行，柴油发电系统不运行，然后进入第三步；
第三步、控制系统判断系统净负荷P＝(P1+P2)-(P3+P4)是否大于零；
如系统净负荷P大于零，则控制系统输出柴油发电系统开启运行，并使系统净负荷P满足P＝(P1+P2)-(P3+P4+P5)＜0；
如系统净负荷P小于零，则微网系统持续运行至P1、P2值均为零；
(式中，P1为电负荷的负荷值，P2为冷/热负荷的负荷值，P3为三联供系统的输出负荷值，P4为光伏发电系统的输出负荷值，P5为柴油发电系统的输出负荷值)。
第四步、控制系统输出光伏发电系统以及柴油发电系统开启运行，三联供系统不运行，并使系统净负荷P满足P＝P1-(P4+P5)＜0，系统持续运行至P1、P2值均为零。
本发明的柴发与燃气三联供混合供能微网系统的控制方法，优选的，所述第二步中系统净负荷P大于零还具体包括：
如光伏发电系统发电盈余时，即P4增加，控制系统输出控制信号减小三联供系统的输出负荷值P3以及柴油发电系统的输出负荷值P5；
如光伏发电系统发电不足时，即P4减少，控制系统输出控制信号增加三联供系统的输出负荷值P3以及柴油发电系统的输出负荷值P5。
本发明的柴发与燃气三联供混合供能微网系统的控制方法，优选的，所述第二步中系统净负荷P小于零还具体包括：
如光伏发电系统发电盈余时，即P4增加，控制系统输出控制信号减小三联供系统的输出负荷值P3；
如光伏发电系统发电不足时，即P4减少，控制系统输出控制信号增加三联供系统的输出负荷值P3。
本发明的柴发与燃气三联供混合供能微网系统的控制方法，优选的，所述第四步中系统净负荷P小于零还具体包括：
如光伏发电系统发电盈余时，即P4增加，控制系统输出控制信号减小柴油发电系统的输出负荷值P5；
如光伏发电系统发电不足时，即P4减少，控制系统输出控制信号增加柴油发电系统的输出负荷值P5。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明中微网系统运行期间有两种主控电源可供选择，即：柴油发电系统以及三联供系统，使得微网系统供电可靠性较高；
2、本发明中微网系统可以提供多种能源(冷/热/电)输出，在满足电负荷需求的同时，也可以直接满足冷/热负荷的需求，能源利用效率较高，并且有效降低了系统的供能成本。
附图说明
图1为本发明的柴发与燃气三联供混合供能微网系统框架图；
图2为本发明的柴发与燃气三联供混合供能微网系统控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明做进一步详细的说明。
参阅图1所示，本发明提供一种柴发与燃气三联供混合供能微网系统，包括交流母线、冷/热负荷以及电负荷，所述冷/热负荷经电负荷与交流母线连接，以及分别与所述交流母线连接的光伏发电系统1以及柴油发电系统2；还包括：分别与所述交流母线、冷热负荷连接三联供系统3；以及，分别与所述光伏发电系统1、柴油发电系统2以及三联供系统3连接的控制系统4；而在本发明中，所述的光伏发电系统1包括PV阵列5、变流器6，所述PV阵列5经变流器6与所述交流母线连接。
另外，三联供系统是燃气冷热电三联供系统，即CCHP(Combined Cooling，Heating and Power)，是以天然气为主要燃料带动燃气轮机、微燃机或内燃机发电机等燃气发电设备运行，产生的电力供应用户的电力需求，系统发电后排出的余热通过余热回收利用设备(余热锅炉或者余热直燃机等)向用户供热、供冷，通过这种方式大大提高整个系统的一次能源利用率，实现了能源的梯级利用，还可以提供并网电力作能源互补，整个系统的经济收益及效率均相应增加；而三联供系统、以及柴油发电系统均属于现有技术中的方案，再次不再进行赘述。
参阅图2所示，为本发明的燃气三联供混合供能微网系统控制方法，其是将柴发、三联供系统以及光伏发电系统如何实现能源的有效利用的控制策略，下面将进行介绍。
一种柴发与燃气三联供混合供能微网系统的控制方法，包括以下步骤：
第一步、微网系统运行，由控制系统4判断有无冷/热负荷的需求，如有则进入第二步，如无则进入第四步；
第二步、由控制系统4输出控制光伏发电系统1以及三联供系统3开启运行，柴油发电系统2不运行，然后进入第三步；
第三步、控制系统4判断系统净负荷P＝(P1+P2)-(P3+P4)是否大于零；
如系统净负荷P大于零，则控制系统4输出柴油发电系统2开启运行，并使系统净负荷P满足P＝(P1+P2)-(P3+P4+P5)＜0；此时，如光伏发电系统1发电盈余时，即P4增加，控制系统4输出控制信号减小三联供系统3的输出负荷值P3以及柴油发电系统2的输出负荷值P5；如光伏发电系统1发电不足时，即P4减少，控制系统4输出控制信号增加三联供系统3的输出负荷值P3以及柴油发电系统2的输出负荷值P5。
如系统净负荷P小于零，则微网系统持续运行至P1、P2值均为零，即没有电负荷以及冷/热负荷；此时，如光伏发电系统1发电盈余时，即P4增加，控制系统4输出控制信号减小三联供系统3的输出负荷值P3；如光伏发电系统1发电不足时，即P4减少，控制系统4输出控制信号增加三联供系统3的输出负荷值P3。
在此，式中的标号为：P1为电负荷的负荷值，P2为冷/热负荷的负荷值，P3为三联供系统的输出负荷值，P4为光伏发电系统的输出负荷值，P5为柴油发电系统的输出负荷值。
第四步、控制系统4输出光伏发电系统1以及柴油发电系统2开启运行，三联供系统3不运行，并使系统净负荷P满足P＝P1-(P4+P5)＜0，系统持续运行至P1、P2值均为零，即没有电负荷以及冷/热负荷；此时，如光伏发电系统1发电盈余时，即P4增加，控制系统4输出控制信号减小柴油发电系统2的输出负荷值P5；如光伏发电系统1发电不足时，即P4减少，控制系统4输出控制信号增加柴油发电系统2的输出负荷值P5。
综上所述，本发明的是设计一个由光伏发电系统、柴油发电系统和三联供系统(燃气发电机)组成的孤立微网系统，通过对系统中柴发和三联供系统(燃气发电机)两种主控电源的协调控制及系统级的经济调度策略，实现整个微网系统的经济运行、能源利用效率提升和供电可靠性提升，同时在微网系统运行期间，如一个主电源出现故障，可由另一个主电源向负荷持续供电，因此本发明的优点在于：有两种主控电源可供选择，系统供电可靠性较高；可提供多种能源(冷/热/电)输出，在满足电负荷需求的同时，可以直接满足冷/热负荷的需求，能源利用效率较高，并且有效降低了系统的供能成本。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，而其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种柴发与燃气三联供混合供能微网系统，包括交流母线、冷/热负荷以及电负荷，所述冷/热负荷经电负荷与交流母线连接，以及分别与所述交流母线连接的光伏发电系统(1)以及柴油发电系统(2)；
其特征在于，还包括：
分别与所述交流母线、冷热负荷连接三联供系统(3)；
以及，分别与所述光伏发电系统(1)、柴油发电系统(2)以及三联供系统(3)连接的控制系统(4)。
2.根据权利要求1所述的柴发与燃气三联供混合供能微网系统，其特征在于，所述光伏发电系统(1)包括PV阵列(5)、变流器(6)，所述PV阵列(5)经变流器(6)与所述交流母线连接。
3.一种根据权利要求1所述的柴发与燃气三联供混合供能微网系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、所述微网系统运行，控制系统(4)判断有无冷/热负荷需求，如有则进入步骤S2，如无则进入步骤S4；
S2、所述控制系统(4)输出控制光伏发电系统(1)以及三联供系统(3)开启运行，柴油发电系统(2)不运行，然后进入步骤S3；
S3、所述控制系统(4)判断系统净负荷P＝(P1+P2)-(P3+P4)是否大于零；
如系统净负荷P大于零，则所述控制系统(4)输出柴油发电系统(2)开启运行，并使系统净负荷P满足P＝(P1+P2)-(P3+P4+P5)＜0；
如系统净负荷P小于零，则微网系统持续运行至P1、P2值均为零；
(式中，P1为电负荷的负荷值，P2为冷/热负荷的负荷值，P3为三联供系统的输出负荷值，P4为光伏发电系统的输出负荷值，P5为柴油发电系统的输出负荷值)。
S4、所述控制系统(4)输出光伏发电系统(1)以及柴油发电系统2开启运行，以及三联供系统(3)不运行，并使系统净负荷P满足P＝P1-(P4+P5)＜0，系统持续运行至P1、P2值均为零。
4.根据权利要求3所述的柴发与燃气三联供混合供能微网系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S2中系统净负荷P大于零还具体包括：
4.1、如光伏发电系统(1)发电盈余时，即P4增加，所述控制系统(4)输出控制信号减小所述三联供系统(3)的输出负荷值P3以及所述柴油发电系统(2)的输出负荷值P5；
4.2、如光伏发电系统(1)发电不足时，即P4减少，所述控制系统(4)输出控制信号增加所述三联供系统(3)的输出负荷值P3以及所述柴油发电系统(2)的输出负荷值P5。
5.根据权利要求3所述的柴发与燃气三联供混合供能微网系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S2中系统净负荷P小于零还具体包括：
5.1、如光伏发电系统(1)发电盈余时，即P4增加，所述控制系统(4)输出控制信号减小所述三联供系统(3)的输出负荷值P3；
5.2、如光伏发电系统(1)发电不足时，即P4减少，所述控制系统(4)输出控制信号增加所述三联供系统(3)的输出负荷值P3。
6.根据权利要求3所述的柴发与燃气三联供混合供能微网系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S4中系统净负荷P小于零还具体包括：
6.1、如光伏发电系统(1)发电盈余时，即P4增加，所述控制系统(4)输出控制信号减小所述柴油发电系统(2)的输出负荷值P5；
6.2、如光伏发电系统(1)发电不足时，即P4减少，所述控制系统(4)输出控制信号增加所述柴油发电系统(2)的输出负荷值P5。
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