CN105846457A - 一种分布式电源与微电网混合供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分布式电源与微电网混合供电系统，包括接入分布式电源和负荷的配电网和与所述配电网并网的微电网。所述分布式电源和负荷配置在微电网外直接接入配电网；将位于微电网内的分布式电源、负荷和储能组成微电网后进行并网。该供电系统的接线模式适应于运行过程可能出现的故障及检修等各种工况，运行模式可以根据遇到的工况进行转换，十分的灵活。同时在考虑微电网供电可靠性高等优点的同时，计及投资成本、控制难度等约束，维持适当规模的微电网规模。
Description
技术领域：
本发明涉及供电领域，更具体涉及一种分布式电源与微电网混合供电系统。
背景技术：
近些年，风力发电和光伏发电等分布式电源接入电网的规模和容量正逐步地增长，有效提高了新能源的利用效率，减少了环境污染，增加了输配电系统的传输裕度。但风力发电和光伏发电具有间歇性、随机性和波动性，这种不确定性对电网造成了一定的冲击。当分布式电源的渗透率到达一定的程度时，甚至会进一步影响系统的安全稳定运行。
微电网是由分布式电源、负荷和储能组成的小型网络，可以并网运行也可以在大电网故障时独立孤岛运行。微电网是分布式电源接入配电网的一种较好的解决方案。与单个或多个分布式电源直接并网相比，以微电网形式并网具有灵活的运行模式，供电更加可靠，能有效降低系统的备用容量、克服分布式电源随机性对电网的冲击，提高了系统的稳定性。但是微电网建设需增加储能、无功补偿以及控制设备等大量额外的投资，导致投资费用加大，控制难度也会增大。
发明内容：
本发明的目的是提供一种分布式电源与微电网混合供电系统，所述系统具有较强的灵活性、多样性以及较强的适应性，为分布式电源与微电网建设工程提供决策依据。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种分布式电源与微电网混合供电系统，包括接入分布式电源和负荷的配电网和与所述配电网并网的微电网。
本发明提供的一种分布式电源与微电网混合供电系统，其特征在于：所述配电网包括通过断路器与母线连接的变压器、设置在所述母线上的断路器3QF、通过断路器与所述母线连接的负荷和过断路器与所述母线连接的分布式电源。
本发明提供的一种分布式电源与微电网混合供电系统，所述分布式电源与断路器之间设有变流器或并网逆变器。
本发明提供的另一优选的一种分布式电源与微电网混合供电系统，所述微电网包括设置在母线上的微网变流器、通过断路器9QF与所述微网变流器连接的储能系统、通过断路器与母线连接的分布式电源和通过断路器与母线连接的负荷；所述微电网内的分布式电源与其断路器之间设有变流器或并网逆变器。
本发明提供的再一优选的一种分布式电源与微电网混合供电系统，所述配电网通过公共连接端将其母线输出端与所述微电网的母线的输入端连接；所述配电网的母线输出端与所述微网变流器输出端间并联用于保护所述公共连接端与微网变流器的断路器8QF。
本发明提供的又一优选的一种分布式电源与微电网混合供电系统，所述供电系统的运行模式包括供电系统正常运行模式、微电网外分布式电源与微电网离网的运行模式、微电网外分布式电源并配电网运行模式、微电网离网运行与其外的分布式电源独立并配电网的运行模式、微电网独立离网运行模式和配电网与微电网内分布式电源联合的运行模式。
本发明提供的又一优选的一种分布式电源与微电网混合供电系统，当所述供电系统正常运行时，所述配电网正常供电，所述储能系统和微电网内的分布式电源正常运行；所述公共连接点闭合，所述断路器8QF断开；所述微电网外分布式电源和所述微电网内分布式电源联合并网，所述储能系统处于浮充状态。
本发明提供的又一优选的一种分布式电源与微电网混合供电系统，当所述供电系统为微电网外分布式电源与微电网离网的运行模式时，所述配电网故障，所述公共连接点闭合，所述断路器3QF断开，所述断路器8QF断开；所述分布式电源和微电网正常；所有所述分布式电源并入微电网；所述储能系统提供电压和频率支撑；在储能系统中的电池放电周期内供负荷正常用电。
本发明提供的又一优选的一种分布式电源与微电网混合供电系统，当所述供电系统为微电网外分布式电源并配电网运行模式时，所述微电网区内故障或孤岛运行时储能系统故障，所述公共连接点断开，所述断路器8QF断开；微电网外分布式电源单独并网运行，提供部分负荷供电。
本发明提供的又一优选的一种分布式电源与微电网混合供电系统，当所述供电系统为微电网离网运行与其外的分布式电源独立并配电网的运行模式时，所述储能系统主动充放电，所述公共连接点断开，所述断路器8QF断开；所述配电网正常运行，微电网外分布式电源正常并配电网运行；所述微电网离网运行提供网内负荷供电；
当所述储能系统需周期性进行充放电，为避免长期浮充状态下的电池寿命损失，此时供电系统转为该运行模式。
本发明提供的又一优选的一种分布式电源与微电网混合供电系统，当所述供电系统为微电网独立离网运行模式时；所述微电网外线路发生故障或配电网故障储能不足以支撑微电网外分布式电源继续运行时，所述公共连接点断开，所述断路器8QF断开；所述微电网离网运行。
本发明提供的又一优选的一种分布式电源与微电网混合供电系统，当所述供电系统为配电网与微电网内分布式电源联合的运行模式时；所述储能系统故障或检修；所述公共连接点断开；所述配电网正常，所有分布式电源并入配电网运行。
和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果
1、本发明提供的技术方案充分发挥了分布式电源直接并网投资及运行成本较低，但供电可靠性低，微电网形式供电可靠性高但投资较高的特点；
2、本发明提供的技术方案提出的混合集成供电方案具有明显的技术经济性，供电可靠性高，能够合理分层分区配置风光资源，满足差异化的负荷需求；
3、本发明提供的技术方案的接线形式具有灵活性，考虑到了分布式电源与微电网混合集成供电方案在运行过程中可能出现的各种工况，接线方式最大限度的保证了供电的可靠性；
4、本发明提供的技术方案针对各种可能的工况，具有多种典型的运行模式，运行模式之间可以相互转换，适应了电网故障及检修等情况；
5、本发明提供的技术方案具有运行方式灵活、结构坚强、适应能力较强的优点。
附图说明
图1为本发明的分布式电源与微电网混合供电系统图；
图2为图1在正常运行状态下的供电系统图；
图3为图1在主网故障情况下的供电系统图；
图4为图1在微电网区内故障时的供电系统图；
图5为图1在储能主动充放电情况下的供电系统图；
图6为图1在微电网外线路故障时的供电系统图；
图7为图1在储能故障或者检修时的供电系统图。
具体实施方式
下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
实施例1：
如图1-7所示，本例的发明提出一种分布式电源与微电网混合供电系统；基于对分布式电源和微电网在运行特性方面的深入研究，提出了分布式电源与微电网混合集成供电方案，即部分分布式电源、负荷配置在微电网外直接接入配电网，部分分布式电源、负荷和储能位于微电网内组成微电网后进行并网，通过设计提出独特的接线方式使得该供电系统的接线模式适应于运行过程可能出现的故障及检修等各种工况，运行模式可以根据遇到的工况进行转换，十分的灵活。针对不同工况，具有的典型运行模式分别如下：
模式1：正常运行
a.系统特性：微电网外分布式电源及微电网内电源联合并网，储能系统处于浮充状态。
b.适用条件：主网正常供电，储能系统及微电网内分布式电源正常。
模式2：微电网外分布式电源与微电网离网运行
a.系统特性：储能系统提供电压、频率支撑，全部分布式电源并入微网，可在电池放电周期内供负荷正常用电。
b.适用条件：主网故障，分布式电源、微电网正常，且储能能够独立支撑所有分布式电源运行
模式3：微电网外分布式电源并网运行
a.系统特性：微网外分布式电源单独并网运行，提供部分负荷供电。
b.适用条件：微电网区内线路故障，或孤岛运行时储能故障。
模式4：微电网离网运行与分布式电源独立并网运行
a.系统特性：主网正常，微电网外分布式电源正常并主网运行，微电网离网运行提供网内负荷供电。
b.适用条件：为延长储能系统使用寿命，提高系统运行能力，储能系统需周期性进行充放电，避免长期浮充状态下的电池寿命损失，此时系统可转为该运行模式。
模式5：微电网独立离网运行
a.系统特性：微电网离网运行，保证微电网内部分负荷供电。
b.适用条件：微电网外线路发生故障，或主网故障储能不足以支撑微电网外分布式电源继续运行。
模式6：主网与微电网内外分布式电源联合运行
a.系统特性：主网正常，网内全部分布式电源并入主网运行。
b.适用条件：储能系统故障或检修。
分布式电源(Distributed Generation，DG)与微电网(Micro-Grid，MG)混合集成供电方案是指对需要设计安装的DG、负荷进行合理的分组，将其中的一部分DG与负荷配置在MG外，直接并网；而剩余的DG、负荷则接入MG内部。
以配电网中常见的辐射状网络为例，附图1是一个典型的混合集成供电方案。从图中可以看出，部分分布式电源和负荷直接接入了电网，而另一部分DG和储能(Energy Storage，ES)组成了MG。所述配电网包括通过断路器与母线连接的变压器、设置在所述母线上的断路器3QF、通过断路器与所述母线连接的负荷和过断路器与所述母线连接的分布式电源。所述分布式电源与断路器之间设有变流器或并网逆变器。所述配电网中的负荷包括负荷1；所述配电网中的分布式电源包括分布式电源1、分布式电源2和分布式电源3；所述分布式电源1与断路器之间设有AC/DC/AC变流器；所述分布式电源2与断路器之间设有AC/DC变换器；所述分布式电源3与断路器之间设有AC/DC变换器。
所述微电网包括设置在母线上的微网变流器、通过断路器9QF与所述微网变流器连接的储能系统、通过断路器与母线连接的分布式电源和通过断路器与母线连接的负荷；所述微电网内的分布式电源与其断路器之间设有变流器或并网逆变器。所述负荷包括负荷2和负荷3；所述分布式电源包括分布式电源4和分布式电源5；所述分布式电源4与其断路器之间设有AC/DC/AC变流器；所述分布式电源5与其断路器之间设有DC/AC并网逆变器。
所述配电网通过公共连接端将其母线输出端与所述微电网的母线的输入端连接；所述配电网的母线输出端与所述微网变流器输出端间并联用于保护所述公共连接端与微网变流器的断路器8QF。
在电网运行期间，可能会遇到各种可能故障及检修的情形，如果运行方式不灵活，就可能造成各种可能的断电事故。本发明中采用的混合集成供电方案所采用的接线方式能够多种可能的运行工况，及时根据系统运行情况调整供电模式，最大限度的保证用户的供电可靠性，具体的供电模式如附图2所示。表1给出了典型场景下混合接线模式下混合集成供电方案的运行模式。
表1 运行模式与运行场景
| 运行模式编号 | 运行场景 | 运行情况 |
| 模式1 | 主网、DG、MG均正常运行 | 主网、MG、DG正常 |
| 模式2 | MG外DG与MG离网孤岛运行 | 主网故障 |
| 模式3 | MG外DG并网运行，MG停运 | MG区内故障 |
| 模式4 | MG离网运行，MG外DG并网运行 | 储能主动充放电 |
| 模式5 | MG离网运行 | MG外线路发生故障 |
| 模式6 | 主网与分布式电源联合运行 | 储能故障或者检修 |
从表1中可看出，混合集成供电方案下，当故障发生在微电网区间内时，可以有限地断开公共连接点(Point ofCommon Coupling，PCC)，将MG区域停运，不至于大范围停电；当故障发生在MG区间外时，MG进入离网孤岛运行状态，保证MG内部持续供电。其他的检修与ES主动充放电期间，不影响正常供电。混合集成供电方案的供电方式非常灵活，能适应多种运行条件，能有效提高系统的稳定性和供电的可靠性。表2给出了各种典型运行模式下，电网中各部分的运行情况，可以看出，混合集成供电下由于运行模式的灵活性，故障造成的影响降至较低水平，具有较强的适应性。
表2 典型运行模式运行情况
本发明中提出了分布式电源与微电网混合集成供电方案，并设计这种供电方案下的接线方式及运行模式。分布式电源与微电网混合集成供电方案的优势在于在考虑微电网供电可靠性高等优点的同时，计及投资成本、控制难度等约束，维持适当规模的微电网规模，同时设计具有灵活的接线方式，运行模式具有多样性以及较强的适应性。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (12)
1.一种分布式电源与微电网混合供电系统，其特征在于：包括接入分布式电源和负荷的配电网和与所述配电网并网的微电网。
2.如权利要求1所述的一种分布式电源与微电网混合供电系统，其特征在于：所述配电网包括通过断路器与母线连接的变压器、设置在所述母线上的断路器3QF、通过断路器与所述母线连接的负荷和过断路器与所述母线连接的分布式电源。
3.如权利要求2所述的一种分布式电源与微电网混合供电系统，其特征在于：所述分布式电源与断路器之间设有变流器或并网逆变器。
4.如权利要求2或3所述的一种分布式电源与微电网混合供电系统，其特征在于：所述微电网包括设置在母线上的微网变流器、通过断路器9QF与所述微网变流器连接的储能系统、通过断路器与母线连接的分布式电源和通过断路器与母线连接的负荷；所述微电网内的分布式电源与其断路器之间设有变流器或并网逆变器。
5.如权利要求4所述的一种分布式电源与微电网混合供电系统，其特征在于：所述配电网通过公共连接端将其母线输出端与所述微电网的母线的输入端连接；所述配电网的母线输出端与所述微网变流器输出端间并联用于保护所述公共连接端与微网变流器的断路器8QF。
6.如权利要求5所述的一种分布式电源与微电网混合供电系统，其特征在于：所述供电系统的运行模式包括供电系统正常运行模式、微电网外分布式电源与微电网离网的运行模式、微电网外分布式电源并配电网运行模式、微电网离网运行与其外的分布式电源独立并配电网的运行模式、微电网独立离网运行模式和配电网与微电网内分布式电源联合的运行模式。
7.如权利要求6所述的一种分布式电源与微电网混合供电系统，其特征在于：当所述供电系统正常运行时，所述配电网正常供电，所述储能系统和微电网内的分布式电源正常运行；所述公共连接点闭合，所述断路器8QF断开；所述微电网外分布式电源和所述微电网内分布式电源联合并网，所述储能系统处于浮充状态。
8.如权利要求6所述的一种分布式电源与微电网混合供电系统，其特征在于：当所述供电系统为微电网外分布式电源与微电网离网的运行模式时，所述配电网故障，所述公共连接点闭合，所述断路器3QF断开，所述断路器8QF断开；所述分布式电源和微电网正常；所有所述分布式电源并入微电网；所述储能系统提供电压和频率支撑；在储能系统中的电池放电周期内供负荷正常用电。
9.如权利要求6所述的一种分布式电源与微电网混合供电系统，其特征在于：当所述供电系统为微电网外分布式电源并配电网运行模式时，所述微电网区内故障或孤岛运行时储能系统故障，所述公共连接点断开，所述断路器8QF断开；微电网外分布式电源单独并网运行，提供部分负荷供电。
10.如权利要求6所述的一种分布式电源与微电网混合供电系统，其特征在于：当所述供电系统为微电网离网运行与其外的分布式电源独立并配电网的运行模式时，所述储能系统主动充放电，所述公共连接点断开，所述断路器8QF断开；所述配电网正常运行，微电网外分布式电源正常并配电网运行；所述微电网离网运行提供网内负荷供电；
当所述储能系统需周期性进行充放电，为避免长期浮充状态下的电池寿命损失，此时供电系统转为该运行模式。
11.如权利要求6所述的一种分布式电源与微电网混合供电系统，其特征在于：当所述供电系统为微电网独立离网运行模式时；所述微电网外线路发生故障或配电网故障储能不足以支撑微电网外分布式电源继续运行时，所述公共连接点断开，所述断路器8QF断开；所述微电网离网运行。
12.如权利要求6所述的一种分布式电源与微电网混合供电系统，其特征在于：当所述供电系统为配电网与微电网内分布式电源联合的运行模式时；所述储能系统故障或检修；所述公共连接点断开；所述配电网正常，所有分布式电源并入配电网运行。
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