CN105244917A - 具有调节能源与负荷平衡功能的微电网系统 - Google Patents

具有调节能源与负荷平衡功能的微电网系统 Download PDF

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Abstract

一种具有调节能源与负荷平衡功能的微电网系统，包括微能源发电系统、负荷系统、微电网及功率平衡系统；微能源发电系统包括若干并联的发电设备，所述发电设备包括至少一光热发电装置；功率平衡系统包括第一控制装置、第二控制装置、及储能装置；该光热发电装置包括太阳能集热器、热交换器、螺杆动力机、连接螺杆动力机的发电机、冷凝器及第一工质泵、第二工质泵，储能装置与太阳能集热器并联设置；该光热发电装置的储能装置为一储热设备。本发明的具有调节能源与负荷平衡功能的微电网系统，通过设置功率平衡系统平衡微能源发电系统及负荷系统的功率，响应速度快，有效降低电能与负荷变化对微电网造成的冲击，简单有效、稳定、灵活，成本低。

Description

具有调节能源与负荷平衡功能的微电网系统
技术领域
本发明涉及能源发电利用领域，尤其涉及一种具有调节能源与负荷平衡功能的微电网系统。
背景技术
传统的分布式发电的微电网系统(简称微网)是由各种微电源、储能装置、负荷、保护和监控装置等组成的小型电网，能够实现自我控制、保护和管理。微电网的能源输入形式主要由太阳能、风能、生物质等一些可再生能源。由于其环保、灵活、投资少、周期短等优点，受到广泛关注。由于微网能源的构成与大电网有明显不同，所以许多技术都有显著差别，存在着不少特殊的技术难点。如何降低或消除电能或负荷突变对微电网产生的冲击，便是其中一个技术难题；问题在于：
1、相比大电网，微电网的能源输入的太阳能、风能具有显著的间歇性和随机性的特点，大幅度增加了电能输入控制的难度，导致输入电网的电能忽高忽低，对电网产生冲击；
2、大电网其容量相当于无限大，个体用户的负荷突变对大电网的冲击影响极小，而微网容量有限，系统惯性小，阻尼不足，用户的负荷的突变对电网有明显冲击影响，其影响程度严重的将会导致微网系统崩溃，无法正常供电。
传统的解决方案采用蓄电池充电和放电延长调整输入电能的相应时间，改善电网受到电能或负荷突变的冲击。然而蓄电池充电是恒压或者恒流过程，而非恒功率过程，即在蓄电池充电时，恒流充电过程随充电量的增加电压呈线性升高，功率从充电开始的最小值达到充电完成后的最大值；而恒压充电过程随充电量的增加电流呈线性降低，功率从充电开始的最大值达到充电完成后的最小值。放电过程则相反；而微网在受到能源与负荷的冲击时，主要是功率的剧烈变化，必须保证在电压恒定的情况下迅速调整输入或输出的电流，蓄电池的特性限制了对微电网功率调节的作用，对电源与负荷突变的冲击抑制作用有限。
发明内容
本发明实施例提供了一种简单有效、成本低的具有调节能源与负荷平衡功能的微电网系统。
一种具有调节能源与负荷平衡功能的微电网系统，包括微能源发电系统、负荷系统、连接微能源发电系统及负荷系统的微电网、及功率平衡系统；所述微能源发电系统包括若干并联的发电设备，所述发电设备包括至少一光热发电装置；所述功率平衡系统包括分别连接各发电设备的第一控制装置、分别连接负荷系统的第二控制装置、及至少连接所述光热发电装置的储能装置；该光热发电装置包括太阳能集热器、与太阳能集热器连接并形成回路的热交换器、与热交换器两端连接的螺杆动力机、连接螺杆动力机的发电机、设置在热交换器及螺杆动力机之间的冷凝器及第一工质泵、设置在热交换器与太阳能集热器之间的第二工质泵，所述储能装置与太阳能集热器并联设置；该光热发电装置的储能装置为一储热设备。
进一步地，所述太阳能集热器的两端分别设有第一控制阀，所述储能装置的两端分别设有第二控制阀，该第一控制阀、第二控制阀与第一控制装置连接。
进一步地，所述第一控制装置具有检测模块及控制模块，该检测模块连接在发电机及微电网之间，以检测发电机的输出功率；该控制模块连接该检测模块、微电网及所述储能装置。
进一步地，所述第二控制装置与负荷系统及微电网连接，检测负荷系统的需求功率并反馈到第一控制装置。
进一步地，所述储能装置为一电加热器。
进一步地，所述发电设备还包括风力发电机或者生物质发电机等微能源发电设备。
进一步地，所述储能装置还包括小型水电站的抽水蓄能。
进一步地，所述储能装置还包括电加热装置以对水加热后为用户供暖供热。
进一步地，所述储能装置还包括海水的淡化装置。
进一步地，所述功率平衡系统为有级调功。
从以上技术方案可以看出，本发明的具有调节能源与负荷平衡功能的微电网系统，通过设置功率平衡系统平衡微能源发电系统及负荷系统的功率，响应速度快，有效降低电能与负荷变化对微电网造成的冲击，简单有效、稳定、灵活，成本低。
附图说明
图1为本发明的具有调节能源与负荷平衡功能的微电网系统的连接示意图。
图2为图1的具有调节能源与负荷平衡功能的微电网系统采用光热发电装置的连接示意图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案能更清晰地表示出来，下面结合附图对本发明作进一步说明。
请参照图1及图2，为本发明的一种较佳实施例的具有调节能源与负荷平衡功能的微电网系统，包括微能源发电系统10、负荷系统20、连接微能源发电系统10及负荷系统20的微电网、及功率平衡系统30；所述微能源发电系统10包括若干并联的发电设备，该发电设备包括至少一光热发电装置40；所述发电设备还包括其它不同于光热发电装置40的发电装置，如风力发电装置、生物质发电装置等属于微能源发电装置(即区别于大能源发电如煤炭火力发电、水力发电、核电等)；所述负荷系统20包括若干负荷21。
所述功率平衡系统30包括分别连接各发电设备的第一控制装置31、分别连接各负荷21的第二控制装置32、及至少连接所述光热发电装置40的储能装置33。
请参阅图2，为所述光热发电装置40与功率平衡系统30的结构连接示意图。该光热发电装置40包括太阳能集热器45、与太阳能集热器45连接并形成回路的热交换器50、与热交换器50两端连接的螺杆动力机60、连接螺杆动力机60的发电机61、设置在热交换器50及螺杆动力机60之间的冷凝器70及第一工质泵81、设置在热交换器50与太阳能集热器45之间的第二工质泵82，所述储能装置33与太阳能集热器45并联设置。在本实施例中，连接所述光热发电装置40的储能装置33为一储热设备。所述第一控制装置31与储能装置33连接。所述发电机61与微电网连接。所述太阳能集热器45的两端分别设有第一控制阀450，所述储能装置33的两端分别设有第二控制阀330，该第一控制阀450、第二控制阀330与第一控制装置31连接。
在本实施例中，所述第一控制装置31具有检测模块310及控制模块319，其中该第一控制装置31的检测模块310连接在发电机61及微电网之间，以检测发电机61的输出功率。所述第一控制装置31的控制模块319连接该检测模块310、微电网及所述储能装置33。在本实施例中，该储能装置33为一电加热器。所述第二控制装置32与各负荷21及微电网连接，检测负荷系统20的需求功率并反馈到第一控制装置31。
工作时，所述第一控制阀450打开，第二控制阀330关闭，太阳能集热器45内的工质吸收太阳能的热量后流动至热交换器50进行交换热量，热交换器50内受热的工质流动至螺杆动力机60做功带动发电机61发电，从而向微电网输出电量。功率平衡系统30检测包括光热发电装置40的整个微能源发电系统10的输出功率、及负荷系统20的需求功率。正常状态下，该微能源发电系统10的输出功率与负荷系统20的需求功率相等或者在允许的范围内小幅波动。
当能源发生变化(阳光辐射的变化)时，功率平衡系统30检测到微能源发电系统10的输出功率突然增大，或者负荷系统20的需求功率突然降低，并且差值超出设定范围时，功率平衡系统30根据差值对储能装置33的工质进行加热，从而使储能装置33产生需求功率，以平衡微能源发电系统10的输出功率，使得微电网平衡免受冲击；
当功率平衡系统30检测到微能源发电系统10的输出功率突然变小，或者负荷系统20的需求功率突然增大时，并且差值超出设定范围时，功率平衡系统30根据差值启动储能装置33，即第二控制阀330从而将储能装置33的受热工质流向螺杆动力机60做功带动发电机61发电，增大整个微能源发电系统10的输出功率，以平衡微能源发电系统10的输出功率。
可以理解地，在保证其中微能源发电系统10的发电设备至少包括一个光热发电装置40的情况下，其它的发电设备可以是风力发电机、生物质发电机等等微能源发电设备，其输出功率的波动同样可以通过功率平衡系统30检测以及设置在光热发电装置40内的储能装置33进行调节。在其它实施例中，在保证至少具有一个设置在光热发电装置40内的储能装置33时，还可以设置多个外设的储能装置33，这些外设的储能装置33可以是小型水电站的抽水蓄能、或者电加热装置对水加热后为用户供暖供热，或者也可以是海水的淡化装置，产生淡水；其中小型水电站的抽水蓄能产生电能返回电网，而后面的两种方式所吸收的功率不再产生电能返回电网。所述功率平衡系统30可以是无级调功或者有级调功，当有级调功时，将功率平衡系统30分割成多个功率相等的模块，使用断路器、接触器等元器件，根据功率变化情况一次投切一组或数组即可。
本发明的具有调节能源与负荷平衡功能的微电网系统，通过设置功率平衡系统30平衡微能源发电系统10及负荷系统20的功率，具体地是控制储能装置33的功率，对光热发电设备中的工质进行加热，将热能存储起来，在适当的时候，转换为动能，通过螺杆动力机60发电，将能量回馈微电网，响应速度快，有效降低电能与负荷变化对微电网造成的冲击，简单有效、稳定、灵活，成本低。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种具有调节能源与负荷平衡功能的微电网系统，其特征在于：包括微能源发电系统、负荷系统、连接微能源发电系统及负荷系统的微电网、及功率平衡系统；所述微能源发电系统包括若干并联的发电设备，所述发电设备包括至少一光热发电装置；所述功率平衡系统包括分别连接各发电设备的第一控制装置、分别连接负荷系统的第二控制装置、及至少连接所述光热发电装置的储能装置；该光热发电装置包括太阳能集热器、与太阳能集热器连接并形成回路的热交换器、与热交换器两端连接的螺杆动力机、连接螺杆动力机的发电机、设置在热交换器及螺杆动力机之间的冷凝器及第一工质泵、设置在热交换器与太阳能集热器之间的第二工质泵，所述储能装置与太阳能集热器并联设置；该光热发电装置的储能装置为一储热设备。
2.根据权利要求1所述的具有调节能源与负荷平衡功能的微电网系统，其特征在于：所述太阳能集热器的两端分别设有第一控制阀，所述储能装置的两端分别设有第二控制阀，该第一控制阀、第二控制阀与第一控制装置连接。
3.根据权利要求1所述的具有调节能源与负荷平衡功能的微电网系统，其特征在于：所述第一控制装置具有检测模块及控制模块，该检测模块连接在发电机及微电网之间，以检测发电机的输出功率；该控制模块连接该检测模块、微电网及所述储能装置。
4.根据权利要求3所述的具有调节能源与负荷平衡功能的微电网系统，其特征在于：所述第二控制装置与负荷系统及微电网连接，检测负荷系统的需求功率并反馈到第一控制装置。
5.根据权利要求1所述的具有调节能源与负荷平衡功能的微电网系统，其特征在于：所述储能装置为一电加热器。
6.根据权利要求1所述的具有调节能源与负荷平衡功能的微电网系统，其特征在于：所述发电设备还包括风力发电机或者生物质发电机等微能源发电设备。
7.根据权利要求1所述的具有调节能源与负荷平衡功能的微电网系统，其特征在于：所述储能装置还包括小型水电站的抽水蓄能。
8.根据权利要求1所述的具有调节能源与负荷平衡功能的微电网系统，其特征在于：所述储能装置还包括电加热装置以对水加热后为用户供暖供热。
9.根据权利要求1所述的具有调节能源与负荷平衡功能的微电网系统，其特征在于：所述储能装置还包括海水的淡化装置。
10.根据权利要求1所述的具有调节能源与负荷平衡功能的微电网系统，其特征在于：所述功率平衡系统为有级调功。
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