CN105140951A - 多种新能源电能汇集与微电网协调运行系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种多种新能源的电能汇集与微电网协调运行系统及方法，新能源的电能汇集协调方法。系统包括：直流母线(1)，给逆变单元提供稳定的直流电压；电池能量存储单元(2)，平衡稳定直流母线的直流电压；逆变单元(3)，将直流母线直流转换为交流并入交流母线；新能源(4)，新能源将电能以直流电流源形式汇入直流母线；卸荷单元(5)，平衡稳定直流母线的直流电压；交流母线(6)，给应用设备提供电源；辅助发电机(7)，给直流母线提供直流电压；控制系统(8)，控制各单元维持微电网的能量平衡。本发明使自然能源电力间相互互补，增强自然能源无常变化的抵御能力；多种能源的叠加同时也利于能量功率的增加，为大功率负载的使用提供条件。

Description

多种新能源电能汇集与微电网协调运行系统及方法

技术领域

本发明涉及新能源的电能汇集协调方法。

背景技术

目前各种新能源电能大多是采用离网、独立系统的运行方式。如图1所示的太阳能先是将太阳的辐射能力转换为微弱的直流电压，经电缆传送到太阳能控制器升压到较高电压，一般有12V/24V/48V等，然后分为两路一路送往蓄电池中存储起来，另一路经逆变器供用户使用。相应的风能、潮汐能、地热能也同然。这样的运行方式，具有以下缺点：1、能源单一，各自为阵，缺乏互补；2、电力功率有限，难以承受大负载的冲击，抗冲击力度小；3、电压稳定性差，在风能、太阳等自然因素变化无常情况下，可把控程度小甚至没有；4、可调节调用的潜在能量较小，无法形成一股强大的能源；5、新能源电能系统既考虑功率的输送，也要兼并系统电压、功率因数的控制等，无法追求新能源功率的最大化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新能源可随时输入的多种新能源的电能汇集与微电网协调运行系统。

本发明的另一目的在于提供一种新能源可随时输入的多种新能源的电能汇集与微电网协调运行方法。

本发明的目的可以这样实现，设计一种多种新能源的电能汇集与微电网协调运行系统，包括：

直流母线，给逆变单元提供稳定的直流电压；

电池能量存储单元，平衡稳定直流母线的直流电压；

逆变单元，将直流母线直流转换为交流并入交流母线；

新能源，新能源将电能以直流电流源形式汇入直流母线；

卸荷单元，平衡稳定直流母线的直流电压；

交流母线，给应用设备提供电源；

辅助发电机，给直流母线提供直流电压；

控制系统，控制各单元维持微电网的能量平衡。

进一步地，电池能量存储单元包括蓄电池、充放电装置、连接直流母线的开关；

逆变单元包括逆变器、变压器、连接直流母线的开关、连接交流母线的开关；

卸荷单元包括卸荷控制器、卸荷负载、连接直流母线的开关；

辅助发电机包括辅助发电机、辅助发电机控制器、连接直流母线的开关；

控制系统包括PLC控制系统、逆变控制器、辅助发电机控制器、电池能量存储控制器、卸荷控制器、交直流配电柜，PLC控制系统与逆变控制器、辅助发电机控制器、电池能量存储控制器、卸荷控制器之间通过网络和人机接口连接交换传递信息。

进一步地，逆变控制器包括逆变控制器模块、人机接口，逆变控制器模块与人机接口之间互通信息，逆变控制器模块设有通讯接口，人机接口设有I/O接口；

辅助发电机控制器包括逻辑控制器、人机接口、辅助发电机控制器模块，逻辑控制器分别与人机接口、辅助发电机控制器模块之间互通信息，逻辑控制器设有通讯接口和I/O接口；

电池能量存储控制器包括电池能量存储控制器模块、人机接口，电池能量存储控制器模块与人机接口之间互通信息，电池能量存储控制器模块设有通讯接口，人机接口设有I/O接口；

卸荷控制器包括卸荷控制器模块、人机接口，卸荷控制器模块与人机接口之间互通信息，卸荷控制器模块设有通讯接口，人机接口设有I/O接口；

交直流配电柜设有I/O接口。

本发明的另一目的可以这样实现，设计一种多种新能源的电能汇集与微电网协调运行方法，

建立直流母线电压并通过电池储能单元保持稳定；

新能源机组电能以直流电流源汇入直流母线，直流母线通过逆变单元转换为交流电并入微电网；

控制系统通过逻辑控制和数据通信对微电网进行功率调控，对新能源的输入控制并适时对应用负载做出调节使微电网达到能量整体平衡；并通过电池储能单元和卸荷单元确保直流母线电压的稳定。

开机，检测电池储能单元的荷电状态，若电池储能单元的荷电状态小于等于50，发电机启动建立直流母线电压，检测直流母线电压是否大于设定值，电池储能单元进行预充电，电池储能单元充电完成，电池储能单元通过充放电维持直流母线电压平衡，在电池储能单元充电受限时，直流母线电压升高，开启卸荷单元，同时电池储能单元放电，直流母线电压恢复，进入电池储能单元通过充放电维持直流母线电压平衡模式；若电池储能单元的荷电状态大于50，电池储能单元启动建立直流母线电压。

本发明汇集多种新能源电力，使自然能源电力间相互互补，增强自然能源无常变化的抵御能力；多种能源的叠加同时也利于能量功率的增加，为大功率负载的使用提供条件。

附图说明

图1是现有技术的示意图；

图2是本发明较佳实施例应用的示意图；

图3是本发明较佳实施例的控制架构图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的描述。

如图2所示，一种多种新能源的电能汇集与微电网协调运行系统，包括：

直流母线1，给逆变单元提供稳定的直流电压；

电池能量存储单元2，平衡稳定直流母线的直流电压；

逆变单元3，将直流母线直流转换为交流并入交流母线；

新能源4，新能源将电能以直流电流源形式汇入直流母线；

卸荷单元5，平衡稳定直流母线的直流电压；

交流母线6，给应用设备提供电源；

辅助发电机7，给直流母线提供直流电压；

控制系统8，控制各单元维持微电网的能量平衡。

电池能量存储单元2包括蓄电池21、充放电装置22、连接直流母线的开关23；

逆变单元3包括逆变器31、变压器32、连接直流母线的开关33、连接交流母线的开关34；

卸荷单元5包括卸荷控制器51、卸荷负载52、连接直流母线的开关53；

辅助发电机7包括辅助发电机71、辅助发电机控制器72、连接直流母线的开关73；

如图3所示，控制系统8包括PLC控制系统81、逆变控制器38、辅助发电机控制器72、电池能量存储控制器28、卸荷控制器51、交直流配电柜82，PLC控制系统81与逆变控制器38、辅助发电机控制器72、电池能量存储控制器28、卸荷控制器51之间通过网络和人机接口连接交换传递信息。

逆变控制器38包括逆变控制器模块35、人机接口36，逆变控制器模块35与人机接口36之间互通信息，逆变控制器模块35设有通讯接口，人机接口36设有I/O接口；

辅助发电机控制器72包括逻辑控制器77、人机接口76、辅助发电机控制器模块75，逻辑控制器77分别与人机接口76、辅助发电机控制器模块75之间互通信息，逻辑控制器77设有通讯接口和I/O接口；

电池能量存储控制器28包括电池能量存储控制器模块25、人机接口26，电池能量存储控制器模块25与人机接口26之间互通信息，电池能量存储控制器模块25设有通讯接口，人机接口26设有I/O接口；

卸荷控制器51包括卸荷控制器模块55、人机接口56，卸荷控制器模块55与人机接口56之间互通信息，卸荷控制器模块55设有通讯接口，人机接口56设有I/O接口；

交直流配电柜82设有I/O接口。所有的连接开关均安装在交直流配电柜82内。

风、光、潮、地热等新能源机组电能汇集综合工程项目，用于偏远地区，如海岛、平原等自然能源丰富。本发明将多种新能源汇集及其协调运行，实现多种新能源的并网利用。从图2可以看出，本实施例中风、光、潮等各种新能源电能通过电流源形式汇集到600V直流母线系统，而新能源的汇集取决于系统600V直流母线电压的建立，并由其保持以保证新能源随时输入的条件。

一种多种新能源的电能汇集与微电网协调运行方法，

建立直流母线电压并通过电池储能单元保持稳定；

新能源机组电能以直流电流源汇入直流母线，直流母线通过逆变单元转换为交流电并入微电网；

控制系统通过逻辑控制和数据通信对微电网进行功率调控，对新能源的输入控制并适时对应用负载做出调节使微电网达到能量整体平衡；并通过电池储能单元和卸荷单元确保直流母线电压的稳定。

开机，检测电池储能单元的荷电状态，若电池储能单元的荷电状态小于等于50，发电机启动建立直流母线电压，检测直流母线电压是否大于设定值，电池储能单元进行预充电，电池储能单元充电完成，电池储能单元通过充放电维持直流母线电压平衡，在电池储能单元充电受限时，直流母线电压升高，开启卸荷单元，同时电池储能单元放电，直流母线电压恢复，进入电池储能单元通过充放电维持直流母线电压平衡模式；若电池储能单元的荷电状态大于50，电池储能单元启动建立直流母线电压。

本实施例中检测直流母线电压的设定值为575伏。

本发明将风、光、潮、地热等新能源机组电能汇集，功率输送采用电流源形式，拓扑框架为BOOST升压结构，电能的汇集与微电网协调主要取决于电能转换与能量管理系统的能量平衡。首先，电能汇集由BESS能量存储系统建立直流母线电压并保持稳定，而后新能源机组电能以直流电流源形式汇入并网，无振荡、无冲击。

而微电网的协调运行涉及两个层面的功率平衡，一个是粗犷的、一个是精细化的。亦即，能量管理系统负责大功率的接入与吸收，因大功率的负载调节采用有级投切，且环节众多响应相对较慢，无法做到电压持续稳定要求的时间精度；能量存储系统与卸荷负载组成的“削峰填谷”部份，随时进行ms级的响应达到无缝切换，以满足电压不间断的要求，最终实现微电网总体协调运行。

从图3可知，PLC控制系统通过逻辑控制和数据通信负责大范围的功率调控，对新能源做出预测，并适时对负载做出调节，以达到能量整体平衡，但此时的调节不是很精准的，还会有10％的功率盈余或欠缺，要保证600V直流母线电压精准、稳定，还需通过蓄电池储能或DumpLoad负载消耗，也即由能量存储系统、DumpLoad负载控制系统再一次细致的、快速的充放电修正以保证直流母线电压的稳定。

本发明具有以下优点：1、将单一新能源电力的孤岛和远离电网的孤岛进行组网，实现单一能源间电力衔接和联网调度；2、汇集多种新能源电力，使自然能源电力间相互互补，增强自然能源无常变化的抵御能力；3、多种能源的叠加同时也利于能量功率的增加，为大功率负载的使用提供条件；4、可扩展新能源电能容量，起到汇小流为大河的作用；5、新能源机组不承担电压控制，也无需考虑电网频率，只追求当前环境工况下的最大功率输出，提高了功率输出量。

本发明有效拓展同时可接入的新能源机组数量，还大大提高电网对新能源机组本身特性的适应能力，拓展了技术适用的应用领域。

Claims (5)

1.一种多种新能源的电能汇集与微电网协调运行系统，其特征在于包括：

直流母线(1)，给逆变单元提供稳定的直流电压；

电池能量存储单元(2)，平衡稳定直流母线的直流电压；

逆变单元(3)，将直流母线直流转换为交流并入交流母线；

新能源(4)，新能源将电能以直流电流源形式汇入直流母线；

卸荷单元(5)，平衡稳定直流母线的直流电压；

交流母线(6)，给应用设备提供电源；

辅助发电机(7)，给直流母线提供直流电压；

控制系统(8)，控制各单元维持微电网的能量平衡。

2.根据权利要求1所述的多种新能源的电能汇集与微电网协调运行系统，其特征在于：

电池能量存储单元(2)包括蓄电池(21)、充放电装置(22)、连接直流母线的开关(23)；

逆变单元(3)包括逆变器(31)、变压器(32)、连接直流母线的开关(33)、连接交流母线的开关(34)；

卸荷单元(5)包括卸荷控制器(51)、卸荷负载(52)、连接直流母线的开关(53)；

辅助发电机(7)包括辅助发电机(71)、辅助发电机控制器(72)、连接直流母线的开关(73)；

控制系统(8)包括PLC控制系统(81)、逆变控制器(38)、辅助发电机控制器(72)、电池能量存储控制器(28)、卸荷控制器(51)、交直流配电柜(82)，PLC控制系统(81)与逆变控制器(38)、辅助发电机控制器(72)、电池能量存储控制器(28)、卸荷控制器(51)之间通过网络和人机接口连接交换传递信息。

3.根据权利要求1所述的多种新能源的电能汇集与微电网协调运行系统，其特征在于：

逆变控制器(38)包括逆变控制器模块(35)、人机接口(36)，逆变控制器模块(35)与人机接口(36)之间互通信息，逆变控制器模块(35)设有通讯接口，人机接口(36)设有I/O接口；

辅助发电机控制器(72)包括逻辑控制器(77)、人机接口(76)、辅助发电机控制器模块(75)，逻辑控制器(77)分别与人机接口(76)、辅助发电机控制器模块(75)之间互通信息，逻辑控制器(77)设有通讯接口和I/O接口；

电池能量存储控制器(28)包括电池能量存储控制器模块(25)、人机接口(26)，电池能量存储控制器模块(25)与人机接口(26)之间互通信息，电池能量存储控制器模块(25)设有通讯接口，人机接口(26)设有I/O接口；

卸荷控制器(51)包括卸荷控制器模块(55)、人机接口(56)，卸荷控制器模块(55)与人机接口(56)之间互通信息，卸荷控制器模块(55)设有通讯接口，人机接口(56)设有I/O接口；

交直流配电柜(82)设有I/O接口。

4.一种多种新能源的电能汇集与微电网协调运行方法，其特征在于：

建立直流母线电压并通过电池储能单元保持稳定；

新能源机组电能以直流电流源汇入直流母线，直流母线通过逆变单元转换为交流电并入微电网；

控制系统通过逻辑控制和数据通信对微电网进行功率调控，对新能源的输入控制并适时对应用负载做出调节使微电网达到能量整体平衡；并通过电池储能单元和卸荷单元确保直流母线电压的稳定。

5.根据权利要求4所述的多种新能源的电能汇集与微电网协调运行方法，其特征在于：

开机，检测电池储能单元的荷电状态，若电池储能单元的荷电状态小于等于50，发电机启动建立直流母线电压，检测直流母线电压是否大于设定值，电池储能单元进行预充电，电池储能单元充电完成，电池储能单元通过充放电维持直流母线电压平衡，在电池储能单元充电受限时，直流母线电压升高，开启卸荷单元，同时电池储能单元放电，直流母线电压恢复，进入电池储能单元通过充放电维持直流母线电压平衡模式；若电池储能单元的荷电状态大于50，电池储能单元启动建立直流母线电压。