CN104022527A - 直流微网系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种直流微网系统，其包括：直流母线；发电系统，生成直流电并将该直流电加载至直流母线；用电系统，连接所述直流母线，所述用电系统包括储能单元和负载；双向AC/DC变换器，将所述直流母线连接至交流主网。与现有技术相比，本发明所提供的直流微网系统为直流配电的应用形式提供了一种有效的研究方法，是交流微网利用形式的有效补充；本发明的并网自平衡控制策略以最大限度地消纳吸收可再生能源为控制目标，同时使直流微网最大限度就地平衡，减少与主网的功率交换，可以使直流微网稳定高效地运行。

Description

直流微网系统
技术领域
本发明涉及电网技术领域，尤其涉及一种直流微网系统。
背景技术
近几年，在分布式电源接入技术不断发展的趋势下，多种分布式电源联合起来以微电网的形式接入配电网的需求也在不断增多。微电网可以解决分布式电源接入对于电网带来的协调问题，可以充分发挥分布式电源的节能、环保特性，挖掘分布式电源为电网和用户带来的价值与效益。
目前常见的利用方式是交流微网，但是高渗透率微网的复杂动态行为可能会带来很多问题，包括交流微网与交流电网的安全稳定运行、微网及含微网的配电系统存在的继电保护、并网控制和分布式电源的协调控制；并且，很多新能源的发电都是以直流电方式发出，经过AC-DC-AC的方式必然会存在能量的不必要损耗，针对目前传统交流微网系统存在的问题，有必要探索一种新型的直流微网系统以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直流微网系统。
为达到上述发明目的，本发明提供了一种直流微网系统，其包括：直流母线；发电系统，生成直流电并将该直流电加载至直流母线；用电系统，连接所述直流母线，所述用电系统包括储能单元和负载；双向AC/DC变换器，将所述直流母线连接至交流主网。
优选的，所述发电系统包括模拟风机和光伏电池板。
优选的，所述发电系统包括连接于所述光伏电池板和直流母线之间的光伏DC/DC变换器。
优选的，所述储能单元包括蓄电池，所述负载包括智能家居设备。 
优选的，所述储能单元还包括连接所述蓄电池输出端和直流母线之间的储能双向DC/DC变换器；所述负载包括连接所述负载和直流母线之间的负载DC/DC变换器。 
优选的，所述直流微网系统还包括连接于发电系统和直流母线之间的、连接于用电系统与直流母线的、连接于双向AC/DC变换器与直流母线之间的直流断路器组件。
优选的，所述直流微网直流母线电压范围是380V~4V
优选的，所述直流微网系统还包括控制器，所述控制器用于
检测直流微网与交流电网的交换功率Pex；
检测储能双向DC/DC变换器运行功率Pbat；
在Pex>0时，判断储能双向DC/DC变换器的状态，Pbat>0代表储能单元处于充电状态，Pbat<0代表储能单元处于放电状态；
在Pex<0时，判断储能双向DC/DC变换器的状态，Pbat>0代表储能单元处于充电状态，Pbat<0代表储能单元处于放电状态。
与现有技术相比，本发明所提供的直流微网系统为直流配电的应用形式提供了一种有效的研究方法，是交流微网利用形式的有效补充；本发明的并网自平衡控制策略以最大限度地消纳吸收可再生能源为控制目标，同时使直流微网最大限度就地平衡，减少与主网的功率交换，可以使直流微网稳定高效地运行。
附图说明
图1为本发明一实施例中直流微网系统的模块图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
以下将结合附图所示的各实施例对本发明进行详细描述。但这些实施例并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施例所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
参图1所示，本发明一实施例中，直流微网系统100，包括：直流母线10、发电系统、用电系统以及双向AC/DC变换器40。
其中，所述直流10是指连接各个子系统的直流母排。
发电系统，用于生成直流电并将该直流电加载至直流母线10。
所述发电系统包括模拟风机21和光伏电池板22。二者分别获取风能和太阳能转化为电能输出。
所述模拟风机21是指以直流电机作为原动机，永磁电机作为发电机的风力发电模拟系统。
优选的，所述发电系统包括连接于所述光伏电池板22和直流母线10之间的光伏DC/DC变换器23。
所述光伏DC/DC变换器23，其输入侧接至光伏电池汇流箱（未图示），输出侧经直流断路24器接至直流母线10，用于实现光伏电池板22的输出最大功率跟踪，提高太阳能利用效率。
其中，用电系统，连接直流母线10，所述用电系统包括储能单元31和负载32。优选的，所述储能单元31包括蓄电池，具体可为磷酸铁锂电池。所述负载32包括智能家居设备。 
优选的，所述储能单元31还包括连接所述蓄电池输出端和直流母线10之间的储能双向DC/DC变换器33；所述负载32包括连接所述负载和直流母线之间的负载DC/DC变换器34。 
所述储能双向DC/DC变换器33，其一侧接至磷酸铁锂电池输出侧，另一侧通过断路器50接至直流母线，该储能双向DC/DC变换器33为整个直流微网提供电压支撑。
所述负载DC/DC变换器34，其一侧通过断路器50连接至直流母线，另一侧接至智能家居系统，为智能家居提供电能。
所述智能家居，是以24V作为供电电源。
所述双向AC/DC变换器40，其一侧通过断路器接至直流母线10，另一侧通过并网点开关接至大电网，该双向AC/DC变换器40为整个直流微网系统与外围电网的连接起了很好的桥梁作用。
直流微网系统100还包括所述运行控制器61，其作用是协调各个子系统的有效运行，通过优化控制策略，保证直流微网健康、安全、有效地运行。
所述能量管理系统62，是由应用功能、支撑平台、操作系统和硬件平台组成。
控制器61协调各个子系统的有效运行，通过优化控制策略，包括并网时制定并网运行控制策略、离网时制定离网运行控制策略以及并离网切换过程中制定并离网切换控制策略。所述控制器61由应用功能、支撑平台、操作系统和硬件平台组成。应用功能包括：微电网分析，电能量计费、微电网调度管理、微电网经济运行、数据采集与监控SCADA、信息管理以及微电网电能质量检测与治理；支撑平台包括实时数据服务、历史数据服务、图形界面服务、通用报表服务、权限管理服务、通用告警服务、通用计算服务；操作系统包括：TRU64、AIX、Solaris、HP UX、Linux、Windows；硬件平台包括：ALPHA、IBM、SUN、PC。
所述直流微网直流母线电压范围是380V~4V。
本发明所提供的直流微网100通过控制器61来实现直流微网系统与交流主网并网后的自平衡控制，控制器61具体用于：
检测储能双向DC/DC变换器33运行功率、光伏DC/DC变换器23输出功率、模拟风机21输出功率、双向AC/DC变换器40运行功率、负载DC/DC变换器34运行功率；
判断双向AC/DC变换器40与交流电网侧的交换功率Pex，Pex>0代表从电网吸收功率，Pex<0代表向电网输出功率；
若Pex>0；判断储能双向DC/DC变换器33的状态，Pbat>0代表储能单元31处于充电状态，Pbat<0代表储能单元31处于放电状态；
(1)若Pbat >0，储能单元31处于充电状态，则判断减少储能单元31充电是否满足要求，即判断Pbat是否大于Pex；
i)若Pbat>Pex，则判断储能单元31是否能进行充电，即蓄电池的SOC是否满足充电条件，若能进行充电，则向储能单元31下达充电指令Pbat=Pbat- Pex，若储能单元31不能进行充电，则向储能单元31下达待机指令；
ii)若Pbat<Pex，则判断储能单元31是否能进行放电，即判断储能单元31SOC是否满足放电条件，若能进行放电，则判断储能单元31进行放电是否能满足调节需求，若储能单元31放电能满足调节要求，则向储能单元31下达放电指令Pbat=Pex- Pbat，若储能单元31放电不能满足调节需求，则向储能单元31下达放电指令Pbat=Pdischargemax，其中Pdischargemax是储能单元31最大的放电功率；若储能单元31不能进行放电，则向储能单元31下达待机指令；
(2) 若Pbat <0，储能单元31处于放电状态，则判断储能单元31能否放电；
i)若储能单元31能进行放电，则判断增加储能单元31放电功率是否满足调节要求，即判断Pex- Pbat是否小于Pdischargemax，若满足调节要求，则向储能单元31下达放电指令Pbat=Pex- Pbat，不满足调节要求则向储能单元31下达放电指令Pbat=Pdischargemax；
ii)若储能单元31不能进行放电，则向储能单元31下达待机指令；
若Pex<0；判断储能双向DC/DC变换器33的状态，Pbat>0代表储能单元31处于充电状态，Pbat<0代表储能单元31处于放电状态；
(1)若Pbat >0，储能单元31处于充电状态，则判断储能单元31能否进行充电，即判断储能单元31SOC是够满足充电条件；
i)若储能单元31能进行充电，则判断增加储能单元31充电功率是否满足调节需求，即判断Pbat- Pex是否小于Pchargemax，若满足调节需求，则向储能单元31下达充电指令Pbat=Pbat- Pex，不满足调节要求则向储能单元31下达充电指令Pbat=Pchargemax，其中Pchargemax是储能单元31最大的充电功率；
ii)若储能单元31不能进行充电，则向储能单元31下达待机指令；
 (2)若Pbat <0，储能单元31处于放电状态，则判断减少储能单元31充电是否满足要求，即判断Pbat是否小于Pex；
i)若Pbat<Pex，则判断储能单元31是否能进行放电，即储能单元31SOC是够满足放电条件，若能进行放电，则向储能单元31下达放电指令Pbat=Pbat- Pex，若储能单元31不能进行放电，则向储能单元31下达待机指令；
ii)若Pbat>Pex，则判断储能单元31是否能进行充电，即判断储能单元31SOC是够满足充电条件，若能进行充电，则判断储能单元31进行充电是否能满足调节需求，若储能单元31充电能满足要求，则向储能单元31下达充电指令Pbat=-(Pex+Pbat)，若储能单元31充电不能满足调节要求，则向储能单元31下达充电指令Pbat=Pchargemax；若储能单元31不能进行放电，则向储能单元31下达待机指令。
本发明的一种直流微网系统为直流配电的应用形式提供了一种有效的研究方法，是交流微网利用形式的有效补充；本发明的并网自平衡控制策略以最大限度地消纳吸收可再生能源为控制目标，同时使直流微网最大限度就地平衡，减少与主网的功率交换，可以使直流微网稳定高效地运行。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种直流微网系统，其特征在于，所述直流微网系统包括：
直流母线；
发电系统，生成直流电并将该直流电加载至直流母线；
用电系统，连接所述直流母线，所述用电系统包括储能单元和负载；
双向AC/DC变换器，将所述直流母线连接至交流主网。
2.如权利要求1所述的直流微网系统，其特征在于，所述发电系统包括模拟风机和光伏电池板。
3.如权利要求2所述的直流微网系统，其特征在于，所述发电系统包括连接于所述光伏电池板和直流母线之间的光伏DC/DC变换器。
4.如权利要求1所述的直流微网系统，其特征在于，所述储能单元包括蓄电池，所述负载包括智能家居设备。
5.如权利要求4所述的直流微网系统，其特征在于，所述储能单元还包括连接所述蓄电池输出端和直流母线之间的储能双向DC/DC变换器；所述负载包括连接所述负载和直流母线之间的负载DC/DC变换器。
6.如权利要求1所述的直流微网系统，其特征在于，所述直流微网系统还包括连接于发电系统和直流母线之间的、连接于用电系统与直流母线的、连接于双向AC/DC变换器与直流母线之间的直流断路器组件。
7.如权利要求1所述的直流微网系统，其特征在于，所述直流微网直流母线电压范围是380V~4V。
8.如权利要求1所述的直流微网系统，其特征在于，所述直流微网系统还包括控制器，所述控制器用于
检测直流微网与交流电网的交换功率Pex；
检测储能双向DC/DC变换器运行功率Pbat；
在Pex>0时，判断储能双向DC/DC变换器的状态，Pbat>0代表储能单元处于充电状态，Pbat<0代表储能单元处于放电状态；
在Pex<0时，判断储能双向DC/DC变换器的状态，Pbat>0代表储能单元处于充电状态，Pbat<0代表储能单元处于放电状态。
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