CN104280624A - 多功能智能型微电网应用平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新能源接入电网领域，特别涉及一种多功能智能型微电网应用平台。该应用平台其包括微电网A和微电网B；所述微电网A为交流母线系统，其包括LM1、LM2、LM3和LM4四段母线，在各段母线之间设有电力电缆模拟阻抗；所述微电网B为直流母线系统，其包括LM5、LM6和LM7三段母线。本发明提供的平台含有多种分布式电源与储能系统，满足不同研究机构的研究目的需求。

Description

多功能智能型微电网应用平台

技术领域

本发明涉及新能源接入电网领域，特别涉及一种多功能智能型微电网应用平台。

背景技术

随着国民经济的不断发展，电力需求的迅速增长，传统电网模式存在的成本高、运行维护难度大等弊端日益突出。为了更好地适应用户越来越高的用电安全和可靠性要求，以及多样化供电需求，近几年分布式发电模式越来越受到重视。

由于风能和太阳能所具有的随机性，现有电网无法满足大规模风能和太阳能发电接入的要求，这已成为我国可再生能源分布式发电大规模发展的主要障碍。

为了更好地利用分布式发电的优势、解决分布式发电对电网的冲击和负面影响，美国电气可靠性技术解决方案联合会（CERTS）提出了一种充分利用分布式能源的微电网技术，并建立微电网实验平台进行研究。

在欧洲已经初步形成微电网的运行、控制、保护以及通信等基本理论，其主要集中在微电网控制策略和微电网规划、多网协调管理、运行优化等领域，并建立了微电网测试平台。

在日本建立了多个系统性示范工程，在微电网的网架拓扑结构、微电网集成控制、热电冷联供的综合利用方面开展了一系列的研究工作。

虽然国内建立了很多微电网实验室和示范工程，但总体上停留在微电网的某一方面研究，尚未有一种综合性、智能型的微电网应用平台，既能满足微电网关键设备研发（满足发电企业及高校），又能满足微电网接入电网技术研究（满足电网公司等电网研究机构），同时又能满足实际示范工程设计方法研究的综合性微电网平台（满足实际示范工程需求）。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种设计合理、能够同时满足关键设备研发与测试、电网接入技术研究、微电网实际示范工程设计研究的多功能智能型微电网应用平台。

（二）技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种多功能智能型微电网应用平台，其特征在于，包括微电网A和微电网B；所述微电网A为交流母线系统，其包括LM1、LM2、LM3和LM4四段母线，在各段母线之间设有电力电缆模拟阻抗；所述微电网B为直流母线系统，其包括LM5、LM6和LM7三段母线。

优选地，所述LM1母线挂有光伏发电单元和模拟负载；所述LM2母线挂有风电发电单元和模拟负载；所述LM3母线挂有风力发现模拟电源、柴油发电机模拟器和模拟负载；所述LM4母线挂有其它分布式单元接口和模拟负载。

优选地，所述微电网A通过开关K1与外电网相连。

优选地，所述LM5母线挂有直流负载、锂电池储能单元、超级电容以及双向DC/DC单元；所述LM6母线挂有双向DC/DC、超级电容以及力电缆模拟阻抗，以及直流微电网其它平台接口；所述LM7母线挂有锂电池储能单元、双向DC/DC以及力电缆模拟阻抗。

优选地，所述LM5母线通过双向储能变流器接入交流母线系统，所述交流母线系统通过开关KK1和开关KK2与所述微电网A相连。

优选地，所述开关KK1和开关KK2为微电网联络开关；当所述开关KK1断开、所述开关KK2闭合时，所述微电网A与所述微电网B并联运行，组成两个微电网系统；当所述开关KK1闭合、所述开关KK2断开时，所述微电网A与所述微电网B联合成一个微电网运行，所述联合的微电网通过所述开关K1与外电网相连。

优选地，所述平台还包括微电网控制单元、微电网能量监控、保护装置以及调度控制器。

优选地，所述平台为开放式平台，提供即插即用接口。

（三）有益效果

根据本发明提供的多功能智能型微电网应用平台，其具有以下优点：

1）本发明提供的平台含有多种分布式电源与储能系统，满足不同研究机构的研究目的需求；

2）本发明提供的平台，可以作为测试和研发平台，可以作为微电网接入大电网控制策略与安全、可靠性研究与验证平台，也可以作为微电网实际示范工程设计、验证平台；

3）本发明提出了微电网内部运行模式灵活，通过组合柜，可以方便的改变微电网拓扑结构，可以实现测试平台与功能性验证平台快速转换，以及多微电网并联运行及联合组成大的微电网运行模式；

4）本发明提供的平台在不同模式下，微电网实现了多种控制策略的研究，如在并网模式下，微电网系统均处于功率平衡状态，可以平抑波动、时移、改善电能质量、并网与孤岛运行模式转换等，在孤岛情况下，可以自由选择储能系统或者柴油发电机器作为微电网内部电压、频率的参考，其它新能源如何接入等；

5）本发明提供的平台为开放式平台，提供即插即用接口，通过便捷的系统接入方式，可以方便、安全的接入不同的电气设备和检测设备，组成所需要的检测平台或功能验证平台，只要在中央控制器进行配置即可完成，实验、检测过程、数据处理自动化；

6）本发明提供的平台设置多层监控系统和能量管理系统，具有较好的开放性、安全性、集成性、维护性、可扩展性等，通过开放通讯协议与点表，用户可以在此平台上实现二次开发，可以实现不同算法的研究与验证；

7）本发明提供的平台保护装置能够快速响应系统中的故障，做出响应的保护动作，保护系统的安全运行，同时微电网中央控制器会配合系统做出故障排错的逻辑控制。

附图说明

图1是本发明提供的多功能智能型微电网应用平台结构示意图；

图2是本发明提供的平台的并网运行方式的逻辑控制流程图；

图3是本发明提供的平台的孤岛运行方式的逻辑控制流程图；

图4是本发明提供的平台的检测运行方式的逻辑控制流程图；

图5是本发明提供的平台监控与能量管理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，根据本发明提供的一个实施例，

其中，微电网A为交流母线系统，其包括LM1、LM2、LM3、LM4四段母线，在各段母线之间设有电力电缆模拟阻抗，可以模拟1.5km电网线路，微电网A通过开关K1与外电网相连。

LM1母线挂有光伏发电单元和模拟负载，在本实施例中，光伏发电单元包括2套50kW光伏阵列，模拟负载可以是30kW+30kVar+30kVar。

LM2母线挂有风电发电单元和模拟负载，在本实施例中，风电发电单元包括4台5kW风力发电机，模拟负载可以是30kW+30kVar+30kVar。

LM3母线挂有风力发现模拟电源、柴油发电机模拟器和模拟负载，在本实施例中，风力发现模拟电源可以是30kW，柴油发电机模拟器可以是15kW，模拟负载可以是30kW+30kVar+30kVar。

LM4母线挂有其它分布式单元接口和模拟负载。

微电网B为直流母线系统，其包括LM5、LM6、LM7三段母线。

母线LM5挂有直流负载、锂电池储能单元、超级电容以及双向DC/DC单元，LM5直流母线通过双向储能变流器接入交流母线系统，同时这段交流母线系统与微电网A通过开关KK1和开关KK2相连，从而与外电网相连在本实施例中，直流负载可以是2套20kW，锂电池储能单元可以是2套200kWh，超级电容可以是10kW，双向储能变流器可以是2台50kW。

LM6母线挂有双向DC/DC、超级电容、电力电缆模拟阻抗以及直流微电网其它平台接口，在本实施例中，超级电容可以是10kW，电力电缆模拟阻抗可以模拟500m电力电缆距离。

LM7母线挂有锂电池储能单元、双向DC/DC以及电力电缆模拟阻抗，在本实施例中，电力电缆模拟阻抗可以模拟1km电力电缆距离。

KK1和KK2为微电网联络开关，当平台KK1断开，闭合KK2，微电网A与微电网B并联运行，组成两个微电网系统；当平台KK1闭合，KK2断开，微电网A与微电网B联合运行，联合成一个大的微电网运行，该大的微电网通过开关K1与外电网相连。

微电网A和微电网B并联运行时，平台模拟成两套微电网系统，两个电网接入点，可以模拟分布式发电和分布式储能，通过分布式储能补偿分布式发电单元，用于平衡电网功率。

在本实施例中，微电网B中储能系统为超级电容与锂电池储能，在系统并网运行模式下，超级电容与锂电池互补实现微电网A中新能源波动平抑功能，或平抑电网波动等。

微电网A和微电网B联合运行时，平台模拟成一套大型微电网系统，一个接入电网入点，可以形成一套可控的主动配电网，提供一套主动配电网研究平台。

在本实施例中，微电网B中储能系统为超级电容与锂电池储能，在系统孤岛运行模式下，超级电容提供短时间供电，随后启动锂电池双向变流器或柴油发电机提供微电网系统内部的电压和频率参考。

微电网A与微电网B在系统组合控制柜的逻辑控制下，可以显示由微电网应用平台转变为关键设备检测平台，如闭合开关K1和开关K2，断开其它断路器，形成光伏逆变器检测平台，检测平台由光伏逆变器、可编程模拟器负载，以及检测设备组成，可以按照国家标准检测项目对光伏并网逆变器进行检测，同样，闭合不同的断路器，断开不同断路器，即可组合成储能双向变流器检测平台、多能互补检测平台、储能系统检测平台等。

当不进行任何测试与试验时，系统按照最经济性运行模式并网发电。

图2示出了微电网平台的孤岛运行方式的逻辑控制流程图。

图3示出了微电网平台的检测运行方式的逻辑控制流程图。

如图4所示，根据本实施例，平台的能量监控与能量管理结构由过程层、间隔层、站控层组成，监控系统的建设为开放性、安全性、可维护性、可扩展，接收更高层能量调度管理指令。

根据本发明提出的微电网平台，其具备新能源发电系统关键设备应用与检测，可在该平台上完成关键设备的研究与检测，重点用于检验电力电子产品并入电网后，对配电网的影响，以及多台电力电子并联对配电网的影响，包括电网用电质量与安全，以及不同种类的用电负荷对电力电子产品的影响，用于微电网关键设备入网检测。

根据本发明提出的微电网平台，其配备了电网模拟系统，可以模拟微电网接入配电网后对配电网的影响，研究新能源大规模并网后对电网电压稳定、功角稳定、频率稳定及电能质量等运行指标的影响等等，同时，多微电网联网，可模拟未来主动配电网的运行、管理与控制的环境，提供了主动配电网研究的平台，同时为实际微电网示范工程设计提供了研究依据。

根据本发明提出的微电网平台，其为开放式平台，提供即插即用接口，通过便捷的系统接入方式，可以方便、安全的接入不同的电气设备和检测设备，组成所需要的检测平台或功能验证平台，只要在中央控制器进行配置即可完成，实验、检测过程、数据处理自动化。

根据本发明提出的微电网平台，其为微电网平台提供完善、开放的能量管理与调度控制系统，完善性表现在能量管理软件涉及了微电网核心控制领域的各种功能，能够体现系统的完备性；开放性表现在系统可以根据要求进行定制升级，通讯协议和通讯点表开放，特别适合高校、科研单位等用户进行二次开发与应用。

根据本发明提出的微电网平台，其提供的关键设备研发与测试描述如下：

1、光伏发电单元设备研发与测试，可实现光伏电池组件发电基础理论及其特性曲线测定、光伏发电系统最大功率跟踪控制理论及运行检测、光伏并网发电系统的孤岛检测技术、光伏逆变器低电压穿越技术等；

2、风力发电单元设备研发与测试，可实现风力机特性模拟实验、风力发电系统并网、脱网连续运行实验、风力发电最大功率点跟踪技术、风力发电中的低电压穿越运行技术、直驱风力发电机励磁控制算法设计等；

3、储能系统单元设备研发与测试，可实现储能双向变流器研发与测试、BMS检测、多储能介质研发与测试、可实现多种储能互补实验、各种储能介质的电气特性、应用范围、储能介质与传统电器设备、电力电子产品如何进行匹配等；

4、应用平台提供了多种新能源接口技术，安全、可靠、方便、快捷的进行能源接口扩展。

根据本发明提出的微电网平台，其提供的电网接入技术研究描述如下：

微电网对配电网的影响，主要反映在系统稳定性方面，该实验平台可以研究发电系统对负载供电的可靠性，即保证电压及电压偏差满足使用要求、频率及频率偏差满足使用要求、系统应能承受负荷的投入与切除带来的冲击、应能承受各种非正常方式或故障方式带来的大干扰和小扰动等，主要研究内容可包括微电网不同渗透率情况下，电压频率的优化、微电网稳定计算与分析、提高微电网运行可靠性与稳定性的措施、微电网继电保护及安全自动装置设定等内容。

根据本发明提出的微电网平台，其提供的实际示范工程设计研究描述如下：

利用多功能智能型微电网应用平台可实现微电网设计分析、各新能源发电单元配比分析等，可实现并网与孤岛运行切换、平抑波动、削峰填谷、时移、改善电能质量、孤岛运行等各种功能进行研究。

根据本发明提出的微电网平台，其采用三相五线制接线方式，有效减少杂散电流和外界谐波的干扰。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多功能智能型微电网应用平台，其特征在于，包括微电网A和微电网B；

所述微电网A为交流母线系统，其包括LM1、LM2、LM3和LM4四段母线，在各段母线之间设有电力电缆模拟阻抗；

所述微电网B为直流母线系统，其包括LM5、LM6和LM7三段母线。

2.如权利要求1所述的多功能智能型微电网应用平台，其特征在于，

所述LM1母线挂有光伏发电单元和模拟负载；

所述LM2母线挂有风电发电单元和模拟负载；

所述LM3母线挂有风力发现模拟电源、柴油发电机模拟器和模拟负载；

所述LM4母线挂有其它分布式单元接口和模拟负载。

3.如权利要求1或2所述的多功能智能型微电网应用平台，其特征在于，所述微电网A通过开关K1与外电网相连。

4.如权利要求1所述的多功能智能型微电网应用平台，其特征在于，

所述LM5母线挂有直流负载、锂电池储能单元、超级电容以及双向DC/DC单元；

所述LM6母线挂有双向DC/DC、超级电容以及力电缆模拟阻抗，以及直流微电网其它平台接口；

所述LM7母线挂有锂电池储能单元、双向DC/DC以及力电缆模拟阻抗。

5.如权利要求1或2所述的多功能智能型微电网应用平台，其特征在于，

所述LM5母线通过双向储能变流器接入交流母线系统，所述交流母线系统通过开关KK1和开关KK2与所述微电网A相连。

6.如权利要求5所述的多功能智能型微电网应用平台，其特征在于，

所述开关KK1和开关KK2为微电网联络开关；

当所述开关KK1断开、所述开关KK2闭合时，所述微电网A与所述微电网B并联运行，组成两个微电网系统；

当所述开关KK1闭合、所述开关KK2断开时，所述微电网A与所述微电网B联合成一个微电网运行，所述联合的微电网通过所述开关K1与外电网相连。

7.如权利要求1、2或4所述的多功能智能型微电网应用平台，其特征在于，所述平台还包括微电网控制单元、微电网能量监控、保护装置以及调度控制器。

8.如权利要求1、2或4所述的多功能智能型微电网应用平台，其特征在于，所述平台为开放式平台，提供即插即用接口。