CN103915836B - 一种基于多种分布式电源的实验室用智能微电网系统 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种基于多种分布式电源的实验室用智能微电网系统。该系统包括一次系统与二次系统，一次系统包括光伏发电系统、储能系统、风电系统、柴油发电系统和负荷设备；光伏发电系统由光伏电池板、光伏直流配电箱和光伏逆变器组成；储能系统由锂电池组和储能双向变流器组成；风电系统由垂直轴风力发电机、水平轴风力发电机、垂直轴风力发电机控制器、水平轴风力发电机控制器和风电系统配电箱组成；负荷设备包括灯泡组、负载箱、电动机和电子负载。二次系统是智能微电网的控制系统。本发明结构简单，搭建方便，成本低，易于实现，对开展微电网系统能量管理优化、安全稳定控制策略的研究具有重要的工程应用价值。

Description

一种基于多种分布式电源的实验室用智能微电网系统
技术领域
本发明属于智能电网技术领域，具体涉及一种基于多种分布式电源的实验室用智能微电网系统。
背景技术
为了弥补大规模集中发电、输电的不足，近年来兴起的分布式电源发电及微型电网系统越来越受到重视。微电网系统将发电系统、储能系统、负荷相结合，通过相关控制装置间的配合，可以同时向用户提供电能和热能，并能够适时有效地支撑大电网。它不仅解决了分布式电源发电系统的大规模接入问题，充分发挥了分布式发电系统的各项优势，还为用户带来了其他多方面的效益。
目前我国在微电网系统方面的研究和现场运行经验较少，随着新能源的不断开发利用和分布式电源发电进入快速发展阶段，有必要发展一种适用于新能源发电的智能微电网，以开展微电网关键技术研究。
经对现有技术文献的检索发现，中国专利申请号为：201220002686.4，名称为：一种实验室用的微电网系统，该申请内的微电网系统包括风力发电系统、太阳能发电系统。蓄电池储能系统、发电机系统、负荷系统、电能质量治理系统和模拟母线，但该系统只包括一次系统，未涉及二次系统设计，微电网系统不具备完善的功能，不适用于能量管理优化与安全稳定控制策略的研究。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种对开展微电网系统监测、通信和控制方面的研究具有重要意义的一种基于多种分布式电源的实验室用智能微电网系统。
为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于多种分布式电源的实验室用智能微电网系统，其包括一次系统与二次系统；
所述一次系统包括：光伏发电系统、储能系统、风电系统、柴油发电系统和负荷设备。光伏发电系统、储能系统、风电系统、柴油发电系统和负荷设备均通过断路器和接触器与微电网母线相连接；微电网母线通过接触器和断路器380V电网相连接。所述二次系统是主控硬件采用可编程逻辑控制器PLC的智能微电网的控制系统MGCC，包括中央处理器模块、通信模块、数字量输入DI模块、数字量输出DO模块、模拟量输入AI模块、模拟量输出AO模块和温度模块。
所述的一种基于多种分布式电源的实验室用智能微电网系统，所述光伏发电系统由光伏电池板、光伏直流配电箱和光伏逆变器组成；所述储能系统由锂电池组和储能双向变流器组成；所述风电系统由垂直轴风力发电机、水平轴风力发电机、垂直轴风力发电机控制器、水平轴风力发电机控制器和风电系统配电箱组成；所述负荷设备包括：灯泡组、负载箱、电动机和电子负载。
所述光伏发电系统中光伏电池板与光伏直流配电箱相连，光伏直流配电箱与光伏逆变器相连接；所述储能系统中串联后的锂电池组与储能双向变流器相连接；所述风电系统中垂直轴风力发电机与垂直轴风力发电机控制器相连接，水平轴风力发电机与水平轴风力发电机控制器相连接；垂直轴风力发电机控制器和水平轴风力发电机控制器与风电系统配电箱相连接；所述负荷设备中灯泡组、负载箱、电动机和电子负载并联，通过断路器和接触器与微电网母线直接相连接；
所述中央处理器模块传输数据至综合监控与能量管理系统；
所述通信模块从光伏发电系统、储能系统、风电系统、柴油发电系统和负荷设备端采集数据并下达通信控制指令；
所述数字量输入DI模块采集所有断路器状态；
所述数字量输出DO模块输出继电器控制信号；
所述模拟量输入AI模块采集风速、风向、光照强度相关信号；
所述模拟量输出AO模块为备用输出；
所述温度模块采集环境温度数据。
所述中央处理器CPU模块采用型号为PC3486的PLC；所述通信模块采用型号为IF1030的通信模块；所述数字量输入DI模块采用型号为DI9371的数字量输入模块；所述数字量输出DO模块采用型号为DO9322的数字量输出模块；所述模拟量输入AI模块采用型号为AI4622的模拟量输入模块；所述模拟量输出AO模块采用型号为AO4622的模拟量输出模块；所述温度模块采用型号为AT4222的温度模块。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和显著效果：本发明建立基于多种分布式电源的实验室用智能微电网系统，具有结构简单，构造成本低，可实时监控微电网各分布式电源和负荷的实时运行状态，对开展微电网系统能量优化管理有重要工程应用价值；同时，智能微电网的控制系统通过采集数据快速判据确定微电网关键节点的工作状况，能够实现微电网系统紧急调压调频决策，可快速验证微电网安全稳定控制策略的有效性。
附图说明
图1是基于多种分布式电源的实验室用智能微电网系统结构图。
图2是智能微电网二次系统架构。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例详细说明本发明的技术方案，以便更清楚、直观地理解本发明实质。
图1是基于多种分布式电源的实验室用智能微电网系统结构示意图。
一种基于多种分布式电源的实验室用智能微电网系统，其包括一次系统与二次系统；
所述一次系统包括：光伏发电系统、储能系统、风电系统、柴油发电系统和负荷设备。光伏发电系统、储能系统、风电系统、柴油发电系统和负荷设备均通过断路器和接触器与微电网母线相连接；微电网母线通过接触器和断路器380V电网相连接。所述二次系统是主控硬件采用可编程逻辑控制器PLC的智能微电网的控制系统，包括中央处理器模块、通信模块、数字量输入DI模块、数字量输出DO模块、模拟量输入AI模块、模拟量输出AO模块和温度模块。
所述光伏发电系统由光伏电池板、光伏直流配电箱和光伏逆变器组成；所述储能系统由锂电池组和储能双向变流器组成；所述风电系统由垂直轴风力发电机、水平轴风力发电机、垂直轴风力发电机控制器1、水平轴风力发电机控制器2和风电系统配电箱组成；所述负荷设备包括：灯泡组、负载箱、电动机和电子负载。
所述光伏发电系统中光伏电池板与光伏直流配电箱相连，光伏直流配电箱与光伏逆变器相连接；所述储能系统中串联后的锂电池组与储能双向变流器相连接；所述风电系统中垂直轴风力发电机与垂直轴风力发电机控制器1相连接，水平轴风力发电机与水平轴风力发电机控制器2相连接；垂直轴风力发电机控制器1和水平轴风力发电机控制器2与风电系统配电箱相连接；所述负荷设备中灯泡组、负载箱、电动机和电子负载并联，通过断路器和接触器与微电网母线直接相连接；
仅作为优选实施方式，用于该微电网系统的相关配置如下：
中央处理器CPU模块：PLC型号为PC3486：含串行通讯标准RS232接口，程序配置Modbus RTU（应用层报文异步串行传输模式）从站，传输数据至综合监控与能量管理系统；
通信模块：型号IF1030，串行通讯标准RS485接口，程序配置Modbus RTU（应用层报文异步串行传输模式）主站，从光伏发电系统、储能系统、风电系统、柴油发电系统和负荷设备端采集数据并下达通信控制指令；
数字量输入DI模块2个：型号DI9371，12路数字输入，24Vdc，采集所有断路器状态；
数字量输出DO模块2个： 型号DO9322，12路数字输出，24Vdc\0.5A，输出继电器控制信号；
模拟量输入AI模块：型号AI4622，4路模拟输入，可自定义为±10V或0-20mA，采集风速、风向、光照强度相关信号；
模拟量输出AO模块：型号AO4622，4路模拟输出，可自定义为±10V或0-20mA，备用输出；
温度模块：型号AT4222，4路温度输入，采集环境温度数据。
系统工作原理如下：
智能微电网的控制系统通过通信模块实时采集各分布式电源设备运行数据，对各分布式电源的实时运行信息、报警信息进行实时监视；并对光伏发电系统、储能系统、风电系统、柴油发电系统进行分析；同时，对微电网负荷设备进行监控，必要时微电网低频低压减载或高频切机、实现微电网功率实时平衡控制。综合监控与能量管理系统统一监视微电网运行综合信息，包括频率、电压和联络线功率，并实时统计储能系统荷电状态、微电网总发电出力、微电网总有功负荷、总无功负荷、敏感负荷总有功、可控负荷总有功、完全可切除负荷总有功，并监视微电网内部各断路器开关状态、各支路有无功功率、微电网运行状态等实时信息，实现整个微电网的实时监测、控制和统计管理。
智能微电网的控制系统是微电网系统紧急调压、 调频决策中心， 它接入微电网关键控制点的电流电压、断路器开关状态以及其他用以判明系统关键设备运行状态的信号，采取快速判据确定微电网关键节点的工作状况，确定储能双向变流器 PCS 的工作模式。并离网模式切换也由智能微电网的控制系统完成。具备以下基本功能：（1）与综合监控与能量管理系统通讯，接受综合监控与能量管理系统上级指令，并向上级反馈控制结果；（2）微电网工况参数的调节和控制：微电网频率、电压的二次调节，光伏发电系统、储能系统、风电系统、柴油发电系统功率的直接调节；（3）稳定控制低频减载：低压减载、高周切机、电流互感器TA 断线判别、电压互感器TV 断线、紧急控制轮、控制回路异常告警、自检功能；（4）微电网自动黑启动；
与现有技术相比，本发明具有如下优点和显著效果：本发明建立基于多种分布式电源的实验室用智能微电网系统，结构简单，搭建方便，成本低。可实时监控微电网各分布式电源和负荷的实时运行状态，对开展微电网系统能量优化管理有重要工程应用价值；同时，智能微电网的控制系统通过采集数据快速判据确定微电网关键节点的工作状况，能够实现微电网系统紧急调压调频决策，可快速验证微电网安全稳定控制策略的有效性。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于多种分布式电源的实验室用智能微电网系统，其特征在于，包括一次系统与二次系统；
所述一次系统包括：光伏发电系统、储能系统、风电系统、柴油发电系统和负荷设备，光伏发电系统、储能系统、风电系统、柴油发电系统和负荷设备均通过断路器和接触器与微电网母线相连接；微电网母线通过接触器和断路器与380V电网相连接；
所述二次系统是主控硬件采用可编程逻辑控制器PLC的智能微电网的控制系统，包括中央处理器CPU模块、通信模块、数字量输入DI模块、数字量输出DO模块、模拟量输入AI模块、模拟量输出AO模块和温度模块；所述光伏发电系统由光伏电池板、光伏直流配电箱和光伏逆变器组成；所述储能系统由锂电池组和储能双向变流器组成；所述风电系统由垂直轴风力发电机、水平轴风力发电机、垂直轴风力发电机控制器、水平轴风力发电机控制器和风电系统配电箱组成；所述负荷设备包括灯泡组、负载箱、电动机和电子负载；
所述光伏发电系统中光伏电池板与光伏直流配电箱相连，光伏直流配电箱与光伏逆变器相连接；
所述储能系统中串联后的锂电池组与储能双向变流器相连接；
所述风电系统中垂直轴风力发电机与垂直轴风力发电机控制器相连接，水平轴风力发电机与水平轴风力发电机控制器相连接；垂直轴风力发电机控制器和水平轴风力发电机控制器均与风电系统配电箱相连接；
所述负荷设备中灯泡组、负载箱、电动机和电子负载均各自通过一个断路器和一个接触器与微电网母线相连接；
所述中央处理器CPU模块传输数据至综合监控与能量管理系统；所述通信模块从光伏发电系统、储能系统、风电系统、柴油发电系统和负荷设备端采集数据并下达通信控制指令；所述数字量输入DI模块采集所有断路器状态；所述数字量输出DO模块输出继电器控制信号；所述模拟量输入AI模块采集风速、风向、光照强度相关信号；所述模拟量输出AO模块为备用输出；所述温度模块采集环境温度数据；所述中央处理器CPU模块采用型号为PC3486的PLC；所述通信模块采用型号为IF1030的通信模块；所述数字量输入DI模块采用型号为DI9371的数字量输入模块；所述数字量输出DO模块采用型号为DO9322的数字量输出模块；所述模拟量输入AI模块采用型号为AI4622的模拟量输入模块；所述模拟量输出AO模块采用型号为AO4622的模拟量输出模块；所述温度模块采用型号为AT4222的温度模块；所述智能微电网的控制系统是微电网系统紧急调压、 调频决策中心， 它接入微电网关键控制点的电流电压、断路器开关状态的用以判明系统关键设备运行状态的信号，采取快速判据确定微电网关键控制点的工作状况，确定储能双向变流器 PCS 的工作模式；并离网模式切换也由智能微电网的控制系统完成；智能微电网的控制系统具备以下功能：（1）与综合监控与能量管理系统通讯，接受综合监控与能量管理系统上级指令，并向上级反馈控制结果；（2）微电网工况参数的调节和控制：微电网频率、电压的二次调节，光伏发电系统、储能系统、风电系统、柴油发电系统功率的直接调节；（3）稳定控制低频减载：低压减载、高周切机、电流互感器TA 断线判别、电压互感器TV 断线、紧急控制轮、控制回路异常告警、自检功能；（4）微电网自动黑启动。
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EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
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Application publication date: 20140709

Assignee: Guangzhou Development Zone Yuedian new energy Co.,Ltd.

Assignor: SOUTH CHINA University OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2023980036273

Denomination of invention: An Intelligent Microgrid System for Laboratory Use Based on Multiple Distributed Power Sources

Granted publication date: 20161005

License type: Common License

Record date: 20230615