CN106099985B - 一种基于电力电能交换子微电网的并网型微电网系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于新能源微电网技术领域，具体涉及一种基于电力电能交换子微电网的并网型微电网系统。本发明通过将与公共电网连接的新能源微电网设计成并网型微电网和电力电能交换子微电网两个能够独立运行的子微电网，分别受控开关与公共电网相连接，并且电力电能交换子微电网受控选择与并网型微电网或公共电网连通，使并网型微电网与公共电网各自独立运行并由电力电能交换子微电网承担并网型微电网和公共电网之间电力电能的无缝交换，实现微电网与公共电网的电能互补运行，最大范围实现新能源微电网发电就地消纳、新能源电力自发自用为主、余电上网，且在公共电网断电时可以自动切换到微电网离网运行，保障了为微电网用户不间断发电供电，有效实现了并网型微电网和公共电网的电能互补及并网与离网的合理切换。

Description

一种基于电力电能交换子微电网的并网型微电网系统
技术领域
本发明属于新能源微电网技术领域，具体涉及一种基于电力电能交换子微电网的并网型微电网系统。
背景技术
在新能源微电网应用中，与公共电网连接的新能源微电网是有电地区新能源应用的重要方式之一，也是未来新能源应用的主要方向，普遍认为典型的微电网是分布式电源、储能装置、用电负荷等均通过电力电子装置连接至微电网电力母线，通过对公共电网连接点PCC处开关的控制，实现微电网并网运行与离网孤岛模式的转换；其运行需要实现微电网与公共电网互补运行，即微电网发电就地消纳，新能源电力自用为主、余电上网，公共电网断电时可以自动切换到微电网离网运行，保障微电网用户不间断发电供电。要做到上述功能需要解决公共电网与微电网之间的无缝切换和电能互补是关键之一，由于两个或多个电网的发电单元是不同的电源(两个电网至少各有一个)多个电源提供电力。因此要使两个或多个电网在线实时切换为用户提供不间断电力，必须保证各电源的电压、频率等电特性的一致性；为此业界工程技术人员进行了大量研究，虽然取得了不少的成绩，但仍然处于研究阶段，并没有一个统一的可靠的有效运行方案。
目前两个或多个电网在线实时切换时，主要采用快速开关受控进行先关断、再投切、再闭合的操作方式，由于控制的时效性，不能做到无缝切换，特别是对于大规模并网型微电网效果更差。
发明内容
为了解决上述提到的问题，本发明提出了一种基于电力电能交换子微电网的并网型微电网系统，包括：公共电网、公共电网电力线、公共电网与微电网连接点开关、公共电网负荷控制开关、公共电网负荷、电力电能交换子微电网、电力交换的微电网侧开关、电力交换的公共电网侧开关、并网型微电网、微电网电力母线、监控总线、电网能量管控系统、电力电能交换子微电网的新能源发电单元、电力电能交换子微电网的储能单元、电力电能交换子微电网的监控总线、电力电能交换子微电网的能量管控系统、电力电能交换子微电网的发电蓄电开关、并网型微电网的新能源发电单元、并网型微电网的储能单元、并网型微电网的负荷开关、并网型微电网的监控总线、微电网负荷、并网型微电网的能量管控系统、并网型微电网的发电蓄电开关；其中：
公共电网、公共电网电力线、公共电网与微电网连接点开关、公共电网负荷控制开关、公共电网负荷依次相连并且公共电网与微电网连接点开关和公共电网负荷控制开关均闭合，构成公共电网为公共电网负荷供电的电力路径；
电力交换的公共电网侧开关断开并且电力电能交换子微电网、电力交换的微电网侧开关、并网型微电网、微电网电力母线相连接且电力交换的微电网侧开关闭合，构成新能源微电网离网发电供电的电力路径；
电力交换的微电网侧开关断开同时并网型微电网的负荷开关和并网型微电网的发电蓄电开关均闭合，并网型微电网为离网型微电网且并网型微电网的能量管控系统通过并网型微电网的监控总线分别连接和控制并网型微电网的新能源发电单元及并网型微电网的储能单元，构成独立的微电网孤岛发电及为微电网负荷供电的电源和电力路径；
公共电网故障或断电时，公共电网与微电网连接点开关断开，并且公共电网电力线、公共电网负荷控制开关、公共电网负荷、电力电能交换子微电网、电力交换的微电网侧开关、电力交换的公共电网侧开关、并网型微电网、微电网电力母线相连接且公共电网负荷控制开关、电力交换的微电网侧开关、电力交换的公共电网侧开关三个开关均闭合，以及由并网型微电网的能量管控系统通过并网型微电网的监控总线分别连接和控制并网型微电网的负荷开关和并网型微电网的发电蓄电开关均闭合，同时电力电能交换子微电网的能量管控系统通过电力电能交换子微电网的监控总线分别连接电力电能交换子微电网的新能源发电单元及电力电能交换子微电网的储能单元以及电力电能交换子微电网的能量管控系统通过电力电能交换子微电网的监控总线连接和控制电力电能交换子微电网的发电蓄电开关闭合，构成离网形式新能源微电网发电并同时为微电网负荷和公共电网负荷供电的电源和电力路径；
电力交换的微电网侧开关断开并且公共电网、公共电网电力线、公共电网与微电网连接点开关、公共电网负荷控制开关、公共电网负荷、电力电能交换子微电网、电力交换的公共电网侧开关相连接且公共电网与微电网连接点开关、公共电网负荷控制开关和电力交换的公共电网侧开关闭合，构成电力电能交换子微电网的新能源并网发电馈电的电力路径；
电网能量管控系统通过监控总线连接公共电网与微电网连接点开关、公共电网负荷控制开关、公共电网负荷、电力电能交换子微电网、电力交换的微电网侧开关、电力交换的公共电网侧开关、并网型微电网以及并网型微电网的能量管控系统和电力电能交换子微电网的能量管控系统，构成电力电能交换子微电网的并网型微电网系统的监控信息链路；
其系统运行控制方法是：
在新能源发电时段，当并网型微电网的新能源发电单元所发电力≥微电网负荷的用电电力；则：电力交换的微电网侧开关断开且并网型微电网以离网形式为微电网负荷供电，同时公共电网与微电网连接点开关、公共电网负荷控制开关和电力交换的公共电网侧开关、电力电能交换子微电网的发电蓄电开关均闭合，由电力电能交换子微电网并网且电力电能交换子微电网的新能源发电单元并网发电供电；
在新能源发电时段，当并网型微电网的新能源发电单元所发电力＜微电网负荷的用电电力；则：电力交换的公共电网侧开关断开且电力交换的微电网侧开关和电力电能交换子微电网的发电蓄电开关均闭合，由并网型微电网的新能源发电单元和电力电能交换子微电网的新能源发电单元共同发电，以离网形式为微电网负荷供电；
在新能源发电时段，并网型微电网的新能源发电单元和电力电能交换子微电网的新能源发电单元共同发电的电力＜微电网负荷的用电电力；则：电力交换的公共电网侧开关断开且电力交换的微电网侧开关和电力电能交换子微电网的发电蓄电开关均闭合，由并网型微电网的新能源发电单元和电力电能交换子微电网的新能源发电单元及电力电能交换子微电网的储能单元共同发电，以离网形式为微电网负荷供电；在电力电能交换子微电网的储能单元电量不足时，电网能量管控系统通过监控总线控制电力交换的微电网侧开关断开后控制电力交换的公共电网侧开关闭合，此时并网型微电网的新能源发电单元和并网型微电网的储能单元一并以离网形式为微电网负荷供电，同时电力电能交换子微电网的储能单元以并网型微电网形式由电力电能交换子微电网的新能源发电单元和公共电网共同为电力电能交换子微电网的储能单元充电补充电能并在补充电能达到设置电量时，控制电力交换的公共电网侧开关断开及控制电力交换的微电网侧开关闭合，由并网型微电网的新能源发电单元和电力电能交换子微电网的新能源发电单元及电力电能交换子微电网的储能单元共同发电，以离网形式为微电网负荷供电；
在新能源不发电时段，并网型微电网的储能单元和电力电能交换子微电网的储能单元共同发电的电力＞微电网负荷的用电电力；则：电力交换的公共电网侧开关断开且电力交换的微电网侧开关和电力电能交换子微电网的发电蓄电开关均闭合，由并网型微电网的储能单元和电力电能交换子微电网的储能单元共同发电的电力共同以离网形式为微电网负荷供电；在并网型微电网的储能单元和电力电能交换子微电网的储能单元电力电量不足时，控制并网型微电网的发电蓄电开关和电力电能交换子微电网的发电蓄电开关断开及并网型微电网的负荷开关闭合并控制电力交换的公共电网侧开关闭合和电力交换的微电网侧开关闭合，此时公共电网为微电网负荷和电网负荷供电，此后控制并网型微电网的发电蓄电开关和电力电能交换子微电网的发电蓄电开关闭合，由公共电网1为并网型微电网的储能单元和电力电能交换子微电网的储能单元充电补充电能并至补充电能达到设置的电量。
本发明一种基于电力电能交换子微电网的并网型微电网系统，通过将与公共电网连接的新能源微电网设计成并网型微电网和电力电能交换子微电网两个能够独立运行的子微电网，分别通过受控开关与公共电网相连接，并且电力电能交换子微电网受控选择与并网型微电网或公共电网连通，使并网型微电网与公共电网各自独立运行并由电力电能交换子微电网承担并网型微电网和公共电网之间电力电能的无缝交换，实现微电网与公共电网的电能互补运行，最大范围实现新能源微电网发电就地消纳、新能源电力自发自用为主、余电上网，且在公共电网断电时可以自动切换到微电网离网运行，保障了为微电网用户不间断发电供电，有效实现并网型微电网和公共电网的电能互补及并网与离网的合理切换。
附图说明
图1是基于电力电能交换子微电网的并网型微电网系统的原理示意图。
具体实施方式
作为实施例子，结合附图对一种基于电力电能交换子微电网的并网型微电网系统给予说明，但是，本发明的技术与方案不限于本实施例子给出的内容。
附图1给出了一种基于电力电能交换子微电网的并网型微电网系统原理示意框图。如图1所示，一种基于电力电能交换子微电网的并网型微电网系统，包括：公共电网1、公共电网电力线2、公共电网与微电网连接点开关3、公共电网负荷控制开关4、公共电网负荷5、电力电能交换子微电网6、电力交换的微电网侧开关7、电力交换的公共电网侧开关8、并网型微电网9、微电网电力母线10、监控总线11、电网能量管控系统12、电力电能交换子微电网的新能源发电单元61、电力电能交换子微电网的储能单元62、电力电能交换子微电网的监控总线64、电力电能交换子微电网的能量管控系统66、电力电能交换子微电网的发电蓄电开关67、并网型微电网的新能源发电单元91、并网型微电网的储能单元92、并网型微电网的负荷开关93、并网型微电网的监控总线94、微电网负荷95、并网型微电网的能量管控系统96、并网型微电网的发电蓄电开关97；其中：
公共电网1、公共电网电力线2、公共电网与微电网连接点开关3、公共电网负荷控制开关4、公共电网负荷5依次相连并且公共电网与微电网连接点开关3和公共电网负荷控制开关4均闭合，构成公共电网1为公共电网负荷5供电的电力路径；
电力交换的公共电网侧开关8断开并且电力电能交换子微电网6、电力交换的微电网侧开关7、并网型微电网9、微电网电力母线10相连接且电力交换的微电网侧开关7闭合，构成新能源微电网离网发电供电的电力路径；
电力交换的微电网侧开关7断开同时并网型微电网的负荷开关93和并网型微电网的发电蓄电开关97均闭合，并网型微电网9为离网型微电网且并网型微电网的能量管控系统96通过并网型微电网的监控总线94分别连接和控制并网型微电网的新能源发电单元91及并网型微电网的储能单元92，构成独立的微电网孤岛发电及为微电网负荷95供电的电源和电力路径；
公共电网1故障或断电时，公共电网与微电网连接点开关3断开，并且公共电网电力线2、公共电网负荷控制开关4、公共电网负荷5、电力电能交换子微电网6、电力交换的微电网侧开关7、电力交换的公共电网侧开关8、并网型微电网9、微电网电力母线10相连接且公共电网负荷控制开关4、电力交换的微电网侧开关7、电力交换的公共电网侧开关8三个开关均闭合，以及由并网型微电网的能量管控系统96通过并网型微电网的监控总线94分别连接和控制并网型微电网的负荷开关93和并网型微电网的发电蓄电开关97均闭合，同时电力电能交换子微电网的能量管控系统66通过电力电能交换子微电网的监控总线64分别连接电力电能交换子微电网的新能源发电单元61及电力电能交换子微电网的储能单元62以及电力电能交换子微电网的能量管控系统66通过电力电能交换子微电网的监控总线64连接和控制电力电能交换子微电网的发电蓄电开关67闭合，构成离网形式新能源微电网发电并同时为微电网负荷95和公共电网负荷5供电的电源和电力路径；
电力交换的微电网侧开关7断开并且公共电网1、公共电网电力线2、公共电网与微电网连接点开关3、公共电网负荷控制开关4、公共电网负荷5、电力电能交换子微电网6、电力交换的公共电网侧开关8相连接且公共电网与微电网连接点开关3、公共电网负荷控制开关4和电力交换的公共电网侧开关8闭合，构成电力电能交换子微电网6的新能源并网发电馈电的电力路径；
电网能量管控系统12通过监控总线11连接公共电网与微电网连接点开关3、公共电网负荷控制开关4、公共电网负荷5、电力电能交换子微电网6、电力交换的微电网侧开关7、电力交换的公共电网侧开关8、并网型微电网9以及并网型微电网的能量管控系统96和电力电能交换子微电网的能量管控系统66，构成电力电能交换子微电网的并网型微电网系统的监控信息链路；
其系统运行控制方法是：
在新能源发电时段，当并网型微电网的新能源发电单元91所发电力≥微电网负荷95的用电电力；则：电力交换的微电网侧开关7断开且并网型微电网9以离网形式为微电网负荷95供电，同时公共电网与微电网连接点开关3、公共电网负荷控制开关4和电力交换的公共电网侧开关8、电力电能交换子微电网的发电蓄电开关67均闭合，由电力电能交换子微电网6并网且电力电能交换子微电网的新能源发电单元61并网发电供电；
在新能源发电时段，当并网型微电网的新能源发电单元91所发电力＜微电网负荷95的用电电力；则：电力交换的公共电网侧开关8断开且电力交换的微电网侧开关7和电力电能交换子微电网的发电蓄电开关67均闭合，由并网型微电网的新能源发电单元91和电力电能交换子微电网的新能源发电单元61共同发电，以离网形式为微电网负荷95供电；
在新能源发电时段，并网型微电网的新能源发电单元91和电力电能交换子微电网的新能源发电单元61共同发电的电力＜微电网负荷95的用电电力；则：电力交换的公共电网侧开关8断开且电力交换的微电网侧开关7和电力电能交换子微电网的发电蓄电开关67均闭合，由并网型微电网的新能源发电单元91和电力电能交换子微电网的新能源发电单元61及电力电能交换子微电网的储能单元62共同发电，以离网形式为微电网负荷95供电；在电力电能交换子微电网的储能单元62电量不足时，电网能量管控系统12通过监控总线11控制电力交换的微电网侧开关7断开后控制电力交换的公共电网侧开关8闭合，此时并网型微电网的新能源发电单元91和并网型微电网的储能单元92一并以离网形式为微电网负荷95供电，同时电力电能交换子微电网的储能单元62以并网型微电网形式由电力电能交换子微电网的新能源发电单元61和公共电网1共同为电力电能交换子微电网的储能单元62充电补充电能并在补充电能达到设置电量时，控制电力交换的公共电网侧开关8断开及控制电力交换的微电网侧开关7闭合，由并网型微电网的新能源发电单元91和电力电能交换子微电网的新能源发电单元61及电力电能交换子微电网的储能单元62共同发电，以离网形式为微电网负荷95供电；
在新能源不发电时段，并网型微电网的储能单元92和电力电能交换子微电网的储能单元62共同发电的电力＞微电网负荷95的用电电力；则：电力交换的公共电网侧开关8断开且电力交换的微电网侧开关7和电力电能交换子微电网的发电蓄电开关67均闭合，由并网型微电网的储能单元92和电力电能交换子微电网的储能单元62共同发电的电力共同以离网形式为微电网负荷95供电；在并网型微电网的储能单元92和电力电能交换子微电网的储能单元62电力电量不足时，控制并网型微电网的发电蓄电开关97和电力电能交换子微电网的发电蓄电开关67断开及并网型微电网的负荷开关93闭合并控制电力交换的公共电网侧开关8闭合和电力交换的微电网侧开关7闭合，此时公共电网1为微电网负荷95和电网负荷5供电，此后控制并网型微电网的发电蓄电开关97和电力电能交换子微电网的发电蓄电开关67闭合，由公共电网1为并网型微电网的储能单元92和电力电能交换子微电网的储能单元62充电补充电能并至补充电能达到设置的电量。

Claims (1)

1.一种基于电力电能交换子微电网的并网型微电网系统，包括：公共电网(1)、公共电网电力线(2)、公共电网与微电网连接点开关(3)、公共电网负荷控制开关(4)、公共电网负荷(5)、电力电能交换子微电网(6)、电力交换的微电网侧开关(7)、电力交换的公共电网侧开关(8)、并网型微电网(9)、微电网电力母线(10)、监控总线(11)、电网能量管控系统(12)、电力电能交换子微电网的新能源发电单元(61)、电力电能交换子微电网的储能单元(62)、电力电能交换子微电网的监控总线(64)、电力电能交换子微电网的能量管控系统(66)、电力电能交换子微电网的发电蓄电开关(67)、并网型微电网的新能源发电单元(91)、并网型微电网的储能单元(92)、并网型微电网的负荷开关(93)、并网型微电网的监控总线(94)、微电网负荷(95)、并网型微电网的能量管控系统(96)、并网型微电网的发电蓄电开关(97)；其中：
公共电网(1)、公共电网电力线(2)、公共电网与微电网连接点开关(3)、公共电网负荷控制开关(4)、公共电网负荷(5)依次相连并且公共电网与微电网连接点开关(3)和公共电网负荷控制开关(4)均闭合，构成公共电网(1)为公共电网负荷(5)供电的电力路径；
电力交换的公共电网侧开关(8)断开并且电力电能交换子微电网(6)、电力交换的微电网侧开关(7)、并网型微电网(9)、微电网电力母线(10)相连接且电力交换的微电网侧开关(7)闭合，构成新能源微电网离网发电供电的电力路径；
电力交换的微电网侧开关(7)断开同时并网型微电网的负荷开关(93)和并网型微电网的发电蓄电开关(97)均闭合，并网型微电网(9)为离网型微电网且并网型微电网的能量管控系统(96)通过并网型微电网的监控总线(94)分别连接和控制并网型微电网的新能源发电单元(91)及并网型微电网的储能单元(92)，构成独立的微电网孤岛发电及为微电网负荷(95)供电的电源和电力路径；
公共电网(1)故障或断电时，公共电网与微电网连接点开关(3)断开，并且公共电网电力线(2)、公共电网负荷控制开关(4)、公共电网负荷(5)、电力电能交换子微电网(6)、电力交换的微电网侧开关(7)、电力交换的公共电网侧开关(8)、并网型微电网(9)、微电网电力母线(10)相连接且公共电网负荷控制开关(4)、电力交换的微电网侧开关(7)、电力交换的公共电网侧开关(8)三个开关均闭合，以及由并网型微电网的能量管控系统(96)通过并网型微电网的监控总线(94)分别连接和控制并网型微电网的负荷开关(93)和并网型微电网的发电蓄电开关(97)均闭合，同时电力电能交换子微电网的能量管控系统(66)通过电力电能交换子微电网的监控总线(64)分别连接电力电能交换子微电网的新能源发电单元(61)及电力电能交换子微电网的储能单元(62)以及电力电能交换子微电网的能量管控系统(66)通过电力电能交换子微电网的监控总线(64)连接和控制电力电能交换子微电网的发电蓄电开关(67)闭合，构成离网形式新能源微电网发电并同时为微电网负荷(95)和公共电网负荷(5)供电的电源和电力路径；
电力交换的微电网侧开关(7)断开并且公共电网(1)、公共电网电力线(2)、公共电网与微电网连接点开关(3)、公共电网负荷控制开关(4)、公共电网负荷(5)、电力电能交换子微电网(6)、电力交换的公共电网侧开关(8)相连接且公共电网与微电网连接点开关(3)、公共电网负荷控制开关(4)和电力交换的公共电网侧开关(8)闭合，构成电力电能交换子微电网(6)的新能源并网发电馈电的电力路径；
电网能量管控系统(12)通过监控总线(11)连接公共电网与微电网连接点开关(3)、公共电网负荷控制开关(4)、公共电网负荷(5)、电力电能交换子微电网(6)、电力交换的微电网侧开关(7)、电力交换的公共电网侧开关(8)、并网型微电网(9)以及并网型微电网的能量管控系统(96)和电力电能交换子微电网的能量管控系统(66)，构成电力电能交换子微电网的并网型微电网系统的监控信息链路；
其系统运行控制方法是：
在新能源发电时段，当并网型微电网的新能源发电单元(91)所发电力≥微电网负荷(95)的用电电力；则：电力交换的微电网侧开关(7)断开且并网型微电网(9)以离网形式为微电网负荷(95)供电，同时公共电网与微电网连接点开关(3)、公共电网负荷控制开关(4)和电力交换的公共电网侧开关(8)、电力电能交换子微电网的发电蓄电开关(67)均闭合，由电力电能交换子微电网(6)并网且电力电能交换子微电网的新能源发电单元(61)并网发电供电；
在新能源发电时段，当并网型微电网的新能源发电单元(91)所发电力＜微电网负荷(95)的用电电力；则：电力交换的公共电网侧开关(8)断开且电力交换的微电网侧开关(7)和电力电能交换子微电网的发电蓄电开关(67)均闭合，由并网型微电网的新能源发电单元(91)和电力电能交换子微电网的新能源发电单元(61)共同发电，以离网形式为微电网负荷(95)供电；
在新能源发电时段，并网型微电网的新能源发电单元(91)和电力电能交换子微电网的新能源发电单元(61)共同发电的电力＜微电网负荷(95)的用电电力；则：电力交换的公共电网侧开关(8)断开且电力交换的微电网侧开关(7)和电力电能交换子微电网的发电蓄电开关(67)均闭合，由并网型微电网的新能源发电单元(91)和电力电能交换子微电网的新能源发电单元(61)及电力电能交换子微电网的储能单元(62)共同发电，以离网形式为微电网负荷(95)供电；在电力电能交换子微电网的储能单元(62)电量不足时，电网能量管控系统(12)通过监控总线(11)控制电力交换的微电网侧开关(7)断开后控制电力交换的公共电网侧开关(8)闭合，此时并网型微电网的新能源发电单元(91)和并网型微电网的储能单元(92)一并以离网形式为微电网负荷(95)供电，同时电力电能交换子微电网的储能单元(62)以并网型微电网形式由电力电能交换子微电网的新能源发电单元(61)和公共电网(1)共同为电力电能交换子微电网的储能单元(62)充电补充电能并在补充电能达到设置电量时，控制电力交换的公共电网侧开关(8)断开及控制电力交换的微电网侧开关(7)闭合，由并网型微电网的新能源发电单元(91)和电力电能交换子微电网的新能源发电单元(61)及电力电能交换子微电网的储能单元(62)共同发电，以离网形式为微电网负荷(95)供电；
在新能源不发电时段，并网型微电网的储能单元(92)和电力电能交换子微电网的储能单元(62)共同发电的电力＞微电网负荷(95)的用电电力；则：电力交换的公共电网侧开关(8)断开且电力交换的微电网侧开关(7)和电力电能交换子微电网的发电蓄电开关(67)均闭合，由并网型微电网的储能单元(92)和电力电能交换子微电网的储能单元(62)共同发电的电力共同以离网形式为微电网负荷(95)供电；在并网型微电网的储能单元(92)和电力电能交换子微电网的储能单元(62)电力电量不足时，控制并网型微电网的发电蓄电开关(97)和电力电能交换子微电网的发电蓄电开关(67)断开及并网型微电网的负荷开关(93)闭合并控制电力交换的公共电网侧开关(8)闭合和电力交换的微电网侧开关(7)闭合，此时公共电网(1)为微电网负荷(95)和电网负荷(5)供电，此后控制并网型微电网的发电蓄电开关(97)和电力电能交换子微电网的发电蓄电开关(67)闭合，由公共电网(1)为并网型微电网的储能单元(92)和电力电能交换子微电网的储能单元(62)充电补充电能并至补充电能达到设置的电量。
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