CN105656080A - 一种分布式电源及其微电网智能监测、控制与管理系统 - Google Patents
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Abstract
一种分布式电源及其微电网智能监测、控制与管理系统，包括监测模块、控制模块和管理模块。本发明适用于10kV及以上电压等级分布式电源，其采用模块化对微电网系统实现在线监测、分析、控制、预警和决策等，使该系统智能化程度高和运行安全可靠，资源利用最优化，经济效益、社会效益和环境效益最大化。
Description
技术领域
本发明属于电力工业领域，特别是涉及一种分布式电源及其微电网智能监测、控制与管理系统。
背景技术
随着全球二氧化碳排量控制与减排，清洁能源和新能源成为了全球研究和应用开发热点。在我国，为了推进清洁能源和新能源发展和应用，出台了一系列鼓励政策，光伏、风电等分布发电逐渐受到重视，而且随着光伏电源和风力电发电技术的发展和完善，已经呈现喷发式发展。如分布光伏发电，从工厂、机关、学校，甚至居民房顶都可以安装光伏发电装置，其中较小规模的分布式发电可以采用220或380V直接接入终端电网，而较大规模的光伏发电则是以10kV或以上等级接入电网，10kV或以上等级的多个分布电源可以组成微网，既可以并网运行，也可以孤网运行。从投入和产出比考虑，微电网是今后的光伏和风电分布式电源的主要发展方向，微网不仅极大满足了不同的社会需求，同时又提高了用电的灵活性。
若将10kV直接接入电网，由于10kV线路覆盖区域面积大、线路拉手率高，随着分布式电源的增加，每条线路上的分布式电源达到一定容量后，不仅会影响线路的电压和变压器容量参数，而且使保护系统复杂化，甚至直接影响电网运行安全。另外，随着微网内部分布电源数量增加和多样化，各种因素互相交叉影响，必须采用统一和智能化管理系统，来实现发电资源的最优化，同时对运行状态和设备健康安全进行监控，使微网始终处于安全和可靠的运行状态，使经济、社会和环境效益最大化。10kV微网的运行管理面临著极大挑战，这就要求提高输变电的自动化和智能化，通过对10kV微网的在线监测、控制、分析和预警等来实施，从而确保电网的安全运行。即使将10kV微网进行孤网运行，其稳定性和安全性也至关重要。10kV以上等级分布发电也存在相同问题。
在国内，目前对于光伏分布式发电没有统一的接入方法和标准。针对于小规模的220V或380V等级，并网相对简单，申请号为ZL201410643921X的发明专利和专利号为ZL2014206815675的实用新型专利提供了一种安装选址灵活、接入快速方便、安全可靠、免维护、独立性强和智能化程度高的分布式光伏发电并网智能黑匣子，该专利特别是解决了220和380V分布式光伏发电并网问题，但是没有解决分布发电入网对电网稳定性和安全性的影响问题。而对于较大规模10kV及以上分布式发电多数采用普通10kV配网开关柜、环网柜，这些接入装置的不足体现在：1)传统的开关柜仅具有接入功能；2)设备体积庞大，运输困难，安装工作量大，施工周期长；3)上传数据简单，仅上传发电量等电气参数；4)对环境要求高，需要定期维护；5)安全性、稳定性和可靠性低。值得一提的是，10kV以上等级分布式发电对电网的影响更大，而且风电分布电源也有类似的问题。
在国外，2015年3月20日欧洲出现了一次日全食，欧洲输电网联盟和ENTSO-E和德国电网都对日全食当日光伏出力进行了准确预测。日全食光伏实际出力变化与日前预测曲线吻合度较好，日全食过程中光伏出力变化速率比正常运行情况增加一倍。提前准备了足够的备用容量，成功避免了光伏波动对电网安全的影响。由此可见，光伏分布式发电受外界条件影响很大，从而进一步影响电网安全运行。
总之，对于10kV及以上等级分布式电源及其微电网，目前国内不仅接入技术和装置落后，而且也没有涉及对微电网系统的智能化和管理系统。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种实用、高效、精准的分布式电源及其微电网智能监测、控制与管理系统。
本发明的技术方案如下：
一种分布式电源及其微电网智能监测、控制与管理系统，包括监测模块、控制模块和管理模块；
所述监测模块的功能是对分布式电源及其微电网的设备状态、系统状态、所并网接入系统状态、气候环境状态及设备本身运行状态实时在线监测，并以数据形式即时上传至控制模块；
所述控制模块包括数据分析、安全预警和实时调控三大功能，具体是对监测模块上传的数据进行大数据分析和云计算优化处理，建立标准数据库并自动实时动态更新；根据即时上传数据，与标准数据对比，判断系统运行状态是否健康，及时进行安全预警，为系统正常运行提供调控方案，为管理模块提供数据支持；所述的标准数据库包括系统正常数据、预设数据、应急数据及人工响应数据；
所述管理模块包括智能管理、正确决策、设备自检，具体功能是根据控制模块提供的数据进行管理，为相关职能部门决策提供正确依据，使分布式电源及其微电网系统始终处于安全可靠的运行状态；根据监测模块上传的设备本身运行数据，与正常数据进行对比，实现设备的持续健康运行；根据上述比较结果，对各分布式电源及其微电网的标准数据库进行在线控制与管理。
根据本发明优选的，所述管理模块根据分布式电源及其微电网的实时运行数据与该运行环境参数下对应的分布式电源及其微电网安全运行数据进行比较的结果执行以下操作：
当分布式电源及其微电网的实时运行数据超出该环境参数下对应的微电网安全运行的正常阈值范围时，则调用微电网应急数据库或人工响应数据库，对系统进行应急控制处理，若系统无法处理，则进行人工响应控制；同时，所述管理模块控制操作报告形成模块形成应急工作报告发至相关职能部门；
当分布式电源及其微电网的实时运行数据在该运行环境参数下对应的微电网安全运行的参数阈值范围内时，则调用系统预设数据库和正常数据库，对微电网进行自动控制；固定时间间隔，所述管理模块控制操作报告形成模块形成安全工作报告发至相关职能部门。
根据分布式电源及其微电网的控制系统与管理系统日常留下的动作痕迹和信息，不断调整标准数据库的内容，实现动态更新。
根据本发明优选的，所述分布式电源及其微电网的在线运行数据包括各分布式电源、微电网设备和连接系统的各状态参数；
其中微电网的状态参数包括电压、频率、无功补偿、电流、功率及功率因数、电量和谐波；
所述分布式电源的状态参数包括设备内部的湿度、温度、开关开断次数、设备内微粒含量和配件使用寿命周期。
根据本发明优选的，所述分布式电源及微电网的气候环境状态参数包括光照强度、风速、温度和湿度。等气象条件。
本发明的优势在于：
1、本发明适用于10kV及以上电压等级分布式电源，其采用模块化对微电网系统实现在线监测、分析、控制、预警和决策等，使该系统智能化程度高和运行安全可靠，资源利用最优化，经济效益、社会效益和环境效益最大化。
2、本发明采用模块化设计、免维护设计和即插即用的硬件设计，使并网运行接入不受物理空间限制，灵活、方便和快速；本发明利用大数据技术、云计算、互联网+等技术对所采集的监测数据进行分析，确定哪些参数影响系统运行、设备和微电网的健康状态，为微电网系统运行和调整控制提供判据；本发明还可对通过数据分析结果，对微电网系统稳定和安全以及设备健康状况进行预警，为应急处置提供依据。
3、本发明将分布式发电单元、储能单元、负荷单元和控制单元综合考虑，配置合理的储能规模来达到分布式发电资源的最大利用和稳定输出或入网；本发明还对影响微电网系统运行和设备健康状态的因素进行实时调控，使微网系统处于安全、稳定和可靠运行，资源利用最优化，经济效益、社会效益和环境效益最大化；本发明还通过微电网系统分析，为电网企业的相关职能部门和政府提供决策方案。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细的说明，但不限于此。
实施例1、
一种分布式电源及其微电网智能监测、控制与管理系统，包括监测模块、控制模块和管理模块；其中，所述分布式电源为光伏分布式电源；
所述监测模块的功能是对分布式电源及其微电网的设备状态、系统状态、所并网接入系统状态、气候环境状态及设备本身运行状态实时在线监测，并以数据形式即时上传至控制模块；
所述控制模块包括数据分析、安全预警和实时调控三大功能，具体是对监测模块上传的数据进行大数据分析和云计算优化处理，建立标准数据库并自动实时动态更新；根据即时上传数据，与标准数据对比，判断系统运行状态是否健康，及时进行安全预警，为系统正常运行提供调控方案，为管理模块提供数据支持；所述的标准数据库包括系统正常数据、预设数据、应急数据及人工响应数据；
所述管理模块包括智能管理、正确决策、设备自检，具体功能是根据控制模块提供的数据进行管理，为相关职能部门决策提供正确依据，使分布式电源及其微电网系统始终处于安全可靠的运行状态；根据监测模块上传的设备本身运行数据，与正常数据进行对比，实现设备的持续健康运行；根据上述比较结果，对各分布式电源及其微电网的标准数据库进行在线控制与管理。
根据本发明优选的，所述管理模块根据分布式电源及其微电网的实时运行数据与该运行环境参数下对应的分布式电源及其微电网安全运行数据进行比较的结果执行以下操作：
当分布式电源及其微电网的实时运行数据超出该环境参数下对应的微电网安全运行的正常阈值范围时，则调用微电网应急数据库或人工响应数据库，对系统进行应急控制处理，若系统无法处理，则进行人工响应控制；同时，所述管理模块控制操作报告形成模块形成应急工作报告发至相关职能部门；
当分布式电源及其微电网的实时运行数据在该运行环境参数下对应的微电网安全运行的参数阈值范围内时，则调用系统预设数据库和正常数据库，对微电网进行自动控制；固定时间间隔，所述管理模块控制操作报告形成模块形成安全工作报告发至相关职能部门。
根据分布式电源及其微电网的控制系统与管理系统日常留下的动作痕迹和信息，不断调整标准数据库的内容，实现动态更新。
根据本发明优选的，所述分布式电源及其微电网的在线运行数据包括各分布式电源、微电网设备和连接系统的各状态参数；
其中微电网的状态参数包括电压、频率、无功补偿、电流、功率及功率因数、电量和谐波；
所述分布式电源的状态参数包括设备内部的湿度、温度、开关开断次数、设备内微粒含量和配件使用寿命周期。
根据本发明优选的，所述分布式电源及微电网的气候环境状态参数包括光照强度、风速、温度和湿度。等气象条件。
应用例1、
与实施例1不同的是，所述的分布式电源为风电分布式电源，其所要监测的环境参数为风速、风向、季节和白昼等信息数据，需要提供风力发电的相关发展规模与速度，为相关职能部门提供决策支持。
应用例2、
与实施例1不同的是，所述的分布式电源为光电和风电相结合的分布式电源，所述微电网的环境运行参数数据包括光照强度，气象条件包括风速、风向、季节和白昼。风电与光伏发电的影响因素的相互干扰，通过合理配置两种发电规模和储能弥补各种环境因素对系统发电影响，实现系统全天候稳定和平衡并网。
Claims (4)
1.一种分布式电源及其微电网智能监测、控制与管理系统，其特征在于，该系统包括监测模块、控制模块和管理模块；
所述监测模块的功能是对分布式电源及其微电网的设备状态、系统状态、所并网接入系统状态、气候环境状态及设备本身运行状态实时在线监测，并以数据形式即时上传至控制模块；
所述控制模块包括数据分析、安全预警和实时调控三大功能，具体是对监测模块上传的数据进行大数据分析和云计算优化处理，建立标准数据库并自动实时动态更新；根据即时上传数据，与标准数据对比，判断系统运行状态是否健康，及时进行安全预警，为系统正常运行提供调控方案，为管理模块提供数据支持；所述的标准数据库包括系统正常数据、预设数据、应急数据及人工响应数据；
所述管理模块包括智能管理、正确决策、设备自检，具体功能是根据控制模块提供的数据进行管理，为相关职能部门决策提供正确依据，使分布式电源及其微电网系统始终处于安全可靠的运行状态；根据监测模块上传的设备本身运行数据，与正常数据进行对比，实现设备的持续健康运行；根据上述比较结果，对各分布式电源及其微电网的标准数据库进行在线控制与管理。
2.根据权利要求1所述的一种分布式电源及其微电网智能监测、控制与管理系统，其特征在于，所述管理模块根据分布式电源及其微电网的实时运行数据与该运行环境参数下对应的分布式电源及其微电网安全运行数据进行比较的结果执行以下操作：
当分布式电源及其微电网的实时运行数据超出该环境参数下对应的微电网安全运行的正常阈值范围时，则调用微电网应急数据库或人工响应数据库，对系统进行应急控制处理，若系统无法处理，则进行人工响应控制；同时，所述管理模块控制操作报告形成模块形成应急工作报告发至相关职能部门；
当分布式电源及其微电网的实时运行数据在该运行环境参数下对应的微电网安全运行的参数阈值范围内时，则调用系统预设数据库和正常数据库，对微电网进行自动控制；固定时间间隔，所述管理模块控制操作报告形成模块形成安全工作报告发至相关职能部门。
3.根据权利要求1所述的一种分布式电源及其微电网智能监测、控制与管理系统，其特征在于，所述分布式电源及其微电网的在线运行数据包括各分布式电源、微电网设备和连接系统的各状态参数；
其中微电网的状态参数包括电压、频率、无功补偿、电流、功率及功率因数、电量和谐波；
所述分布式电源的状态参数包括设备内部的湿度、温度、开关开断次数、设备内微粒含量和配件使用寿命周期。
4.根据权利要求1所述的一种分布式电源及其微电网智能监测、控制与管理系统，其特征在于，所述分布式电源及微电网的气候环境状态参数包括光照强度、风速、温度和湿度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |