CN105337273A - 一种适用于智能电网的电能集成互联系统 - Google Patents

Abstract

一种适用于智能电网的电能集成互联系统，如图1所示。电能集成互联系统包括蓄电池充放电单元、蓄电池单元、分布式光伏单元、小功率风电单元和DC/AC变换器等部分，具备电池管理功能，同时具备温度、光照等环境检测功能;通过有线和无线的方式与能效监控平台、电力系统信息平台以及智能负荷等实现信息交互;根据电网状态和应用场合并网或孤岛运行，通过协调系统中各发电、储电和用电单元的运行在孤岛状态下满足对交直流负荷的可靠供电，在并网状态下表现为一个统一、整体、可调节、友好的节点形式。具备数据记录和导出功能，可以通过终端设备查看系统运行状态并进行简单控制命令的传送。

Description

一种适用于智能电网的电能集成互联系统

所属技术领域

本发明专利涉及分布式发电和负荷用电等智能控制，将分布式光伏、小功率风电、分布式储能、交直流负荷和环境状态监测等集成于一体，引入智能控制方法根据环境状态等将分布式光伏、分布式储能和负荷等协调控制，在电能集成互联系统内部各部分稳定运行的同时对外表现为一个友好可调节的节点，可以并网或者孤岛运行。作为智能电网最末端节点，电能集成互联系统的应用更有利于新能源发电尤其是分布式新能源发电在电网中的高渗透率接入，同时通过与电网和智能负荷的信息交互可以参与到电网需求侧响应过程中。

背景技术

目前，我国智能电网事业正在大力建设之中，新能源发电高渗透率接入和电网需求侧响应等均是建设智能电网的重要领域和内容，然而目前新能源发电在电网中普遍表现为大规模光伏电站和风电场，并且存在着新能源发电厂与用电区域距离遥远、传统电网架构不适应等问题，因此弃光弃风现象严重。电力系统尤其是配电网系统中新能源发电分布式接入能够避免此类问题，但是依然存在着新能源发电波动大、分布式发电发散不易管理等不利于电网和实际工程实施的问题，这也是目前制约分布式发电发展的最大问题。另一方面，由于传统电网架构中具备电力系统调度功能的最低层单元也在变电站层次，难以实现更低层用电单元比如社区、家庭等用户的用电调节，在不具备分布式发电支持的基础上，现有用电单元基本不具备根据电网指令调节用电负荷的能力，电网需求侧响应也难于落到实际。

发明内容

为了解决配电网系统中新能源发电高渗透率分布式接入所带来的问题，同时更有利于用电单元尤其是社区、办公室、家庭等小型用户参与电网需求侧响应，本发明提供了一种适用于智能电网的电能集成互联系统，将社区、办公室、家庭等小型区域内分布式发电、分布式储能、交直流负荷和环境状态监测等集成于一体，通过智能控制可以实现区域内分布式发电、分布式储能和交直流负荷等的协调运行，对外整体表现为一个对电力系统友好的用电单元，可以并网运行，同时可以脱离电网孤岛运行。本发明提供的电能集成互联系统具备环境状态、电能运行参数等搜集、记录的能力，并且能够与上层能效监控平台和电力系统信息平台实现信息交互，在进行分布式发电、负荷等数据收集、分析的同时参与电网需求侧响应过程。

技术方案

本发明电能集成互联系统集成分布式发电、分布式储能、交直流负荷和环境状态监测等集成于一体，通过智能控制实现系统内部稳定运行，并实现对电网等外部环境的互动等，如图1所示。电能集成互联系统包括蓄电池充放电单元、锂离子电池、分布式光伏单元、小功率风电单元和DC/AC变换器、智能控制平台等部分，具备电池管理功能，同时具备系统温度、光照等环境状态检测功能。电能集成互联系统通过有线和无线的方式与上层能效监控平台、电力系统信息平台以及所连接负荷实现信息交互。

本发明电能集成互联系统能够实现分布式光伏和小功率风电的MPPT控制，并且配备锂离子蓄电池和电池管理系统，能够实现对电池SOC等状态监视及电池充放电的控制。可以连接电网运行，也可以独立运行。

本发明电能集成互联系统通过对光伏、风电和蓄电池以及DC/AC变换器等合理控制实现对交直流负荷的稳定供电。提供220V交流和24V直流电源，能够满足交直流负荷供电的需求，可以省去传统照明等设备中整流装置，直接由24V直流供电，减小了负荷设备能耗。在交直流负荷供电的同时，本发明电能集成互联系统能够与空调等智能负荷实现通信连接，可以由电能集成互联系统控制空调等智能负荷运行。

本发明电能集成互联系统具备温度检测、光照检测等功能，并能够根据外部环境状态的变化自动调节分布式光伏、小功率风电、蓄电池充放电单元和交直流负荷的运行，以一个统一、整体、可调节、友好的节点形式在电网中表现，解决了新能源发电接入出力波动等问题。同时电能集成互联系统可以与上层能效监管平台和电力信息监控平台实现信息交互，可以根据电网指令实现对系统内部各发电、储电和用电单元协调控制，参与电网需求侧响应过程，同时电能集成互联系统通过DC/AC变换器与电网连接，也可以根据电网要求承担一部分无功补偿、改善电能质量的作用。

本发明分布式电能继承互联系统具备数据存储单元，能够记录大于半年时间周期的温度、光照、分布式光伏发电、小功率风机发电、锂离子电池状态、负荷功率等数据，可以由笔记本电脑等直接通过USB口连接读取数据信息，也可以采用SD卡等读取数据信息，根据环境、发电和用电等数据，可以进一步分析各部分能耗比重，优化电能集成互联系统各部分协调控制策略。

本发明电能集成互联系统能够通过扫描二维码的方式可以在手机或Pad等终端设备上对电能集成互联系统中各部分运行状态进行实时查看，并可以进行简单控制命令的发送。

本专利的有益效果

首先，本发明电能集成互联系统通过对分布式光伏、小功率风电单元、锂离子蓄电池充放电单元和交直流负荷的协调控制以一个统一、整体、可调节、友好的节点形式在电网中表现，解决了分布式发电波动等在电网中应用的不利问题，是分布式发电等在电网中高渗透率接入的一种有效途径。其次，本发明电能集成互联系统能够以有线或无线的通信方式实现与电力系统信息平台交互，可以根据电网指令在保证系统内部负荷稳定供电的基础上参与电能质量治理和需求侧响应等过程。第三，本发明电能集成互联系统能够搜集记录社区、办公室、或家庭等一定区域内大于半年时间的温度、光照等环境参数以及分布式发电和用电负荷等数据，可以根据数据进一步分析用户用电习惯、各部分能耗比例等，为节能减排提供数据支持。第四，本发明电能集成互联系统针对小型区域内分布式发电、分布式储能、交直流负荷的智能控制理念设计，能够满足社区、办公室、家庭户用等多种应用场合，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是电能集成互联系统框图。

图1中，K为并网开关；

PV是光伏池板；

MWT是小型风力发电机；

DL是直流负载；

AL是交流负载。

具体实施方式

如图1所示，电能集成互联系统集成分布式发电、蓄电池储能、负荷供电和环境状态检测等于一体，通过单一节点与电网连接，通过内部各功能单元的协调控制实现与电网和负荷的友好互动，并具备系统内部数据储存和读取能力。

电能集成互联系统内部分布式光伏单元硬件结构采用DC/DC变换器拓扑，分布式光伏单元控制器内建灵敏的最大功率点跟踪算法，分布式光伏单元根据智能控制平台指令运行于启动、停止、最大功率点、功率限制输出等多种模式。

电能集成互联系统内部小功率风电单元硬件结构采用AC/DC变换器拓扑，小功率风电单元控制器内建风机稳速控制、风机失速限流控制等算法，小功率风电单元根据智能控制平台指令启动、停止，并运行于稳态、限流等多种模式。

电能集成互联系统内部蓄电池充放电单元硬件结构采用DC/DC变换器拓扑，根据智能控制平台指令启动、停止，并根据智能控制平台充放电指令运行于充电、放电等不同模式。

电能集成互联系统内部电池管理系统将锂离子电池单体电压、单体温度、电池总电压、电池总电流、电池荷电状态（SOC）和电池一致性等信息上传至智能控制平台，并根据不同电池状态、电池温度等信息自动进行均衡处理并控制散热风扇的运行等。

电能集成互联系统内部DC/AC变换器采用成熟两电平拓扑结构，根据智能控制平台指令运行于电流源或电压源模式，并根据智能控制平台指令承担部分无功补偿和电能质量治理等功能。

电能集成互联系统内部温度、光照等测量单元能够将温度、光辐射等环境状态信息上传至智能控制平台。

电能集成互联系统内部数据存储和导出单元记录大于半年时间周期的温度、光照、分布式光伏发电功率、小功率风机发电功率、锂离子状态、负荷功率等数据，并可以由笔记本电脑等直接通过USB口连接读取数据信息，也可以采用SD卡等读取数据信息，所有数据以Excel形式呈现。

电能集成互联系统内部集成AC220V和DC24V两条母线，保证对交直流负荷的稳定供电。电能集成互联系统通过通信方式与智能负荷等实现信息交互，智能负荷运行状态上传至智能控制平台，智能控制平台同时可以控制智能负荷的运行。

电能集成互联系统通过有线（ModbusTCP）或者无线(WIFI,搭载移动通信或区域内无线公网)的形式与能效监管平台和电力信息监控平台实现信息交互。智能控制平台根据电网状态等可以控制图1中并网开关K的开通、关断，系统运行于并网或孤岛模式。在孤岛模式下智能控制平台通过协调分布式光伏单元、蓄电池充放电单元、DC/AC变换器和负荷等部分保证发用电平衡，保证对负荷的可靠供电；在并网模式下智能控制平台根据上级电网对电能集成互联系统节点输出功率的指令等协调系统中各部分单元运行，参与电网需求侧响应过程。

电能集成互联系统具备光伏输入短路、光伏输入过压、光伏极性反接、风机超速和失速、风机输入过压、蓄电池过充、蓄电池极性反接、负载过载、负载短路、内部过热、通信异常等保护功能。

电能集成互联系统壳体上印有二维码标识，手机或Pad等通过扫描二维码可以在终端设备上显示电能集成互联系统中各部分单元状态（例如工作模式、实时发电功率、发电量统计等），并可进行一些简单控制命令的发送。

Claims (12)

1.一种适用于智能电网的电能集成互联系统，其特征是：集成分布式光伏、小功率风电、蓄电池储能、负荷供电和环境状态检测等于一体，通过单一节点与电网连接，通过内部各功能单元的协调控制实现与电网和负荷的友好互动，并具备系统内部数据储存和读取能力。

2.根据权利要求1所述的电能集成互联系统，其特征在于内部分布式光伏单元硬件结构采用DC/DC变换器拓扑，分布式光伏单元控制器内建灵敏的最大功率点跟踪算法，分布式光伏单元根据智能控制平台指令运行于启动、停止、最大功率点、功率限制输出等多种模式。

3.根据权利要求1所述的电能集成互联系统，其特征在于内部小功率风电单元硬件结构采用AC/DC变换器拓扑，小功率风电单元控制器内建风机稳速控制、风机失速限流控制等算法，小功率风电单元根据智能控制平台指令启动、停止，并运行于稳态、限流等多种模式。

4.根据权利要求1所述的电能集成互联系统，其特征在于内部蓄电池充放电单元硬件结构采用DC/DC变换器拓扑，根据智能控制平台指令启动、停止，并根据智能控制平台充放电指令运行于充电、放电等不同模式。

5.根据权利要求1所述的电能集成互联系统，其特征在于内部电池管理系统将锂离子电池单体电压、单体温度、电池总电压、电池总电流、电池荷电状态（SOC）和电池一致性等信息上传至智能控制平台，并根据不同电池状态、电池温度等信息自动进行均衡处理并控制散热风扇的运行等。

6.根据权利要求1所述的电能集成互联系统，其特征在于内部DC/AC变换器采用成熟两电平拓扑结构，根据智能控制平台指令运行于电流源或电压源模式，并根据智能控制平台指令承担部分无功补偿和电能质量治理等功能。

7.根据权利要求1所述的电能集成互联系统，其特征在于内部温度测量、光照等测量单元能够将温度、光辐射等环境状态信息上传至智能控制平台。

8.根据权利要求1所述的电能集成互联系统，其特征在于内部数据存储和导出单元记录大于半年时间周期的温度、光照、分布式光伏发电功率、小功率风机发电功率、锂离子状态、负荷功率等数据，并可以由笔记本电脑等直接通过USB口连接读取数据信息，也可以采用SD卡等读取数据信息，所有数据以Excel形式呈现。

9.根据权利要求1所述的电能集成互联系统，其特征在于内部集成AC220V和DC24V两条母线，保证对交直流负荷的稳定供电,电能集成互联系统通过通信方式与智能负荷等实现信息交互，智能负荷运行状态上传至智能控制平台，同时智能控制平台可以控制智能负荷的运行。

10.根据权利要求1所述的电能集成互联系统，其特征在于通过有线（ModbusTCP）或者无线(WIFI,搭载移动通信或区域内无线公网)的形式与能效监管平台和电力信息监控平台实现信息交互,智能控制平台根据电网状态等可以控制图1中并网开关K的开通、关断，系统运行于并网或孤岛模式,在孤岛模式下智能控制平台通过协调分布式光伏单元、小功率风电单元、蓄电池充放电单元、DC/AC变换器和负荷等部分保证发用电平衡，保证对负荷的可靠供电；在并网模式下智能控制平台根据上级电网对电能集成互联系统节点输出功率的指令等协调系统中各部分单元运行，参与电网需求侧响应过程。

11.根据权利要求1所述的电能集成互联系统，其特征在于具备光伏输入短路、光伏输入过压、光伏极性反接、风机超速和失速、风机输入过压、蓄电池过充、蓄电池极性反接、负载过载、负载短路、内部过热、通信异常等保护功能。

12.根据权利要求1所述的电能集成互联系统，其特征在于壳体上印有二维码标识，手机或Pad等通过扫描二维码可以在终端设备上显示电能集成互联系统中各部分单元状态（例如工作模式、实时发电功率、发电量统计等），并可进行一些简单控制命令的发送。