CN106505603B - 一种包含多个储能单元的分层储能微电网 - Google Patents

Abstract

本发明属于分布式电源及微电网技术领域，涉及一种包含多个储能单元的分层储能微电网。本发明由中央控制系统、集中式储能系统、微电网子网控制系统、微电网子网及开关装置构成。微电网系统采用集中式储能与分散式储能相结合，分散式储能在各微电网中作为主微源工作，集中式储能服务于电网调峰及辅助服务。在微电网子网无故障可靠运行情况下，子网层各微电网分别独立运行，子网控制系统对微电网状态实时监测，将数据上传集中层中央控制系统；某个微电网子网面临失稳或功率失衡，集中层中央控制系统将基于实时数据及控制策略，合理调配其他微电网电源或投入集中式储能来保障微电网子网继续运行。能提高微电网安全可靠运行，减少电能损耗及硬件损耗。

Description

一种包含多个储能单元的分层储能微电网

技术领域

本发明属于分布式电源及微电网技术领域，尤其涉及一种包含多个储能单元的分层储能微电网。

背景技术

随着世界经济和工业的飞速发展，全球对能源的需求也迅速加大，能源的大量消耗对环境的破坏日益凸现。而全球变暖情况严重，厄尔尼诺现象频繁出现不断威胁着人类的生存条件。因此，发展清洁能源，提高分布式发电利用率，使人类从传统的集中供电时代跨入分布式供电的新时代，意义重大。分布式发电具有污染少、可靠性高、能源利用效率高、安装地点灵活等多方面优点，满足了用户多样化的供电需求，为清洁能源接入电网提供了一种新的途径。分布式发电系统是指配置在用电负荷附近、功率为数千瓦至几十兆瓦、与环境兼容的独立电源系统，它可以由用户控制，以满足特定用户的需要，支持现存配电网的经济运行。由于分布式发电本身具备的随机性，大容量大规模的分布式电源接入会对电网造成冲击，将局部地区的分布式电源、储能设备及负荷统一配置构成微电网成为分布式电源接入电网的有效方式。基于分布式电源构成的微电网既可以与大电网相连，向大电网送电称为并网运行；又可以自己独立运行，称为孤岛运行，这种微电网的供电方式不仅实现了分布式电源的灵活接入和调节，也大幅提高了清洁能源的利用效率和用户的供电可靠性。

微电网在新能源及分布式电源规模化并网应用上的独特作用及可行性已得到了国内外专家学者的高度重视和充分认可。目前研究主要集中在微电网仿真运行、控制策略、电能质量等方面，而涉及多微电网协调运行、协调控制的相关研究仍然不足。由于资源、负荷、场地等因素的限制，微电网建设趋于小型化、分散化，微电网独立运行时只满足自身的自给自足，分布式电源无法在多个微电网间实现资源的优化配置， 用户负荷也无法得到最大的供电保障。由于分布式电源的随机性、波动性及不可控性的存在，单个微电网的良好配置有时也在运行中难以满足要求。结合分布式电源及微电网技术的发展需求，有必要开发出一种能够有效协调多个子网优化运行控制的分层微电网。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供了一种包含多个储能单元的分层储能微电网。目的是实现在微电网各子网独立运行基础上，多个微电网子网构成的微电网系统也可以正常运行，并且能够实现分布式电源整体优化配置及多个微电网子网的协调优化运行。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种包含多个储能单元的分层储能微电网，主要由中央控制系统、集中式储能系统、微电网子网控制系统、微电网子网以及开关装置构成。其中：中央控制系统实时采集集中式储能系统和微电网子网控制系统的信息，并对其进行调控；微电网子网控制系统实时采集微电网子网的信息，并对其进行调控。

所述中央控制系统由中心主控系统、远程监控系统组成。其中：中心主控系统由可编程逻辑控制器PLC、接触器等控制器件构成，完成整个系统的调控工作；远程监控系统由一台工控机以及数据采集监视控制系统SCADA构成，完成整个系统的监控与参数设置。

所述的集中式储能，主要由断路器、双向变流器和全钒液流电池构成。集中式储能系统通过380V母线与电网相连。

所述微电网子网系统由光伏发电系统、风力发电系统、分散式储能系统及交流负载组成。系统接入380V公共电网。其中：光伏发电系统由并网逆变器与光伏电池板组成，风力发电系统由风力发电机和并网控制器构成。分散式储能系统由逆变器和储能单元组成。交流负载包括照明、墙壁电源、供暖等负载组成。

所述开关装置，包括：微电网并网开关、集中式储能开关及微电网子网开关。各开关由中央控制系统操作控制，开关间相互配合统一调控，实现分层储能微电网经济可靠运行。

所述分层储能微电网的调控运行方式有4类：

运行方式Ⅰ：当N个微电网子网独立运行时，各微电网子网采用主微源V/f、从微源PQ的控制模式，此时，微电网稳定运行。

运行方式Ⅱ：当各微电网子网中的某一个子网I出现问题不能独立运行时，投入集中式储能。此时，集中式储能作为主微源，采用V/f控制模式，微电网子网I中的主微源由V/f控制模式转为PQ控制模式，从而实现新系统的稳定运行。

运行方式Ⅲ：当各微电网子网中的某一个子网I出现问题不能独立运行时，投入可提供足够电量的另一微电网子网K，此时，两个微电网中，容量较大的储能作为主微源，采用V/f控制模式，容量较小的储能则转为PQ控制模式，两个微电网在新的系统下实现稳定运行。

运行方式Ⅳ：若第I个微电网与第K个微电网联合运行产生振荡，无法保证稳定运行时，投入集中式储能接入系统，以保证系统的稳定性。此时，集中式储能作为主微源，采用V/f控制模式，微电网子网I以及微电网子网K中的主微源由V/f控制模式转为PQ控制模式，使系统能够稳定运行。

本发明采用包含多个储能单元的分层储能微电网，其有益效果及优点是：

1、由于分布式电源自身的间歇性和波动性，微电网独立运行能力受到制约。应用多个储能单元的分层储能微电网，是一种包含多个微电网子网的复杂微电网系统，各微电网子网均能够自给自足就地平衡，正常情况下均具备独立运行能力，在发生电力电量无法满足自平衡或系统受到扰动面临失稳时，微电网中央控制系统将通过控制策略实现在整个微电网中的资源重新优化配置，可以智能调用另一富裕电力的微电网子网与之并网，也可调用集中式储能接入系统与之并网运行。中央控制系统的统一智能调控，为独立微电网子网无法正常运行及负荷快速回复均提供了一种的快捷、有效的解决方案。

2、包含多个储能单元的分层储能微电网，采用集中式储能与分散式储能相结合的方式，分散式储能一般主要在各微电网中作为主微源工作，集中式储能一般主要服务于电网调峰及辅助服务。在微电网子网无故障可靠运行情况下，子网层各微电网分别独立运行，子网控制系统对微电网状态进行实时监测，并将数据上传给集中层中央控制系统；某个微电网子网面临失稳或功率失衡，集中层中央控制系统将基于实时数据及控制策略，合理调配其他微电网电源或者投入集中式储能来保障微电网子网继续运行。采用分层微电网架构，通过合理调配微电网中的分布式电源，将实现区域内清洁能源的优化配置，有限促进清洁能源接纳和利用；通过优化调控集中式和分散式储能的运行，不能能够促进清洁能源接纳和利用，而且将大幅提高微电网负荷的供电可靠性。

附图说明

图1是本发明系统构成示意图。

图中：中央控制系统1，集中式储能系统2，微电网子网控制系统3，微电网并网开关4，集中式储能开关5，微电网子网6，微电网子网开关7，风力发电系统8，光伏发电系统9，分散式储能系统10，交流负载11。

下面结合本发明的具体实施例和附图，对本发明加以详细描述。

具体实施方式

如图1所示，图1为本发明系统构成示意图。本发明是一种包含多个储能单元的分层储能微电网，主要由中央控制系统1、集中式储能系统2、微电网子网控制系统3、微电网子网6以及开关装置构成。

其中，中央控制系统1通过微电网通信线路对微电网内各系统及开关进行调控。10KV交流母线与380V交流母线之间通过微电网并网开关4相连。在380V交流母线间，安装集中式储能系统2，并配有集中式储能开关5。微电网子网6主要由风力发电系统8，光伏发电系统9，分散式储能系统10，交流负载11组成，并且通过微电网子网开关7连接到380V交流母线上，由微电网子网控制系统3控制。

所述中央控制系统1由中心主控系统和远程监控系统组成。中央控制系统1实时采集集中式储能系统2和微电网子网控制系统3的信息，并对其进行调控。微电网子网控制系统3实时采集微电网子网6的信息，并对其进行调控。其中：中心主控系统由可编程逻辑控制器PLC、接触器构成，完成整个系统的调度工作；远程监控系统由一台工控机以及数据采集监视控制系统SCADA构成，完成整个系统的监控与参数设置。当各微电网子网6能独立正常运行时，微电网子网控制系统3可以控制风力发电系统8、光伏发电系统9以及储能电池 10的投切来满足微电网内负荷的需求，各微电网子网采用主微源V/f、从微源PQ的控制模式，达到电压、频率和功率的调节，使微电网安全稳定的运行。

所述集中式储能系统2，主要由开关装置、双向变流器和大容量储能单元构成。所述开关装置包括断路器，所述大容量储能单元包括全钒液流电池。大容量储能单元具有充放电性能好，使用寿命长等优势。集中式储能系统2通过380V母线与电网相连。在微电网正常运行时，集中式储能系统2作为备用电源；当微电网子网出现故障且相互作用不能解决问题时，集中式储能系统2启用，为微电网提供电能。此时系统处于主从控制，集中式储能系统2采用V/f控制方式，各微电网子网6采用PQ控制方式。

微电网子网6由风力发电系统8、光伏发电系统9、储能电池 10及交流负载11组成。系统接入380V公共电网。其中：风力发电系统8包括风力发电机、并网控制器和并网逆变器。风力发电机为三相永磁直驱风力发电机。光伏发电系统9由并网逆变器与电池板组成，电池板采用多晶硅电池组件。分散式储能系统10由逆变器和储能单元组成，储能单元为储能电池。交流负载11包括照明、墙壁电源、供暖等负载组成。各微电网子网正常工作时，系统内的分布式电源可为负载提供电能，储能电池10在电能过剩时储存能量，在电能短缺时提供能量。

所述开关装置，包括：微电网并网开关4、集中式储能开关5及微电网子网开关7构成。各开关由中央控制系统1操作控制，开关间相互配合统一调控，实现分层储能微电网经济可靠运行，使不同的微电网子网联通，也可通过中央控制系统1将集中式储能系统2接入微电网，使不能正常运行的微电网尽快恢复正常状态，各开关装置间相互配合，可有效减低电能损耗，有效提高微电网的安全系数。

本发明分层储能微电网的调控运行方式有4类，具体如下：

运行方式Ⅰ：当N个微电网子网独立运行时，各微电网子网采用主微源V/f、从微源PQ的控制模式，此时，微电网稳定运行。

运行方式Ⅱ：当各微电网子网中的某一个子网I出现问题不能独立运行时，投入集中式储能。中央控制系统根据微电网子网控制系统I发出的信息进行响应。将集中式储能开关、微电网子网开关I闭合，实现集中式储能与微电网子网I联合运行，使新的系统的稳定性较高。此时，集中式储能作为主微源，采用V/f控制模式，微电网子网I中的主微源由V/f控制模式转为PQ控制模式，从而实现新系统的稳定运行。

运行方式Ⅲ：当各微电网子网中的某一个子网I出现问题不能独立运行时，投入可提供足够电量的另一微电网子网K。即中央控制系统还可以根据微电网子网控制系统I发出的信息选择另一可提供足够电量的微电网子网K，联合运行，使新的系统的经济性较高。将微电网子网开关K闭合，使第I个微电网与第K个微电网联合，形成独立系统。此时，两个微电网中，容量较大的储能作为主微源，采用V/f控制模式，容量较小的储能则转为PQ控制模式，两个微电网在新的系统下实现稳定运行。

运行方式Ⅳ：若第I个微电网与第K个微电网联合运行产生振荡，无法保证稳定运行时，投入集中式储能接入系统。即中央控制系统则会闭合集中式储能开关，使集中式储能接入系统，以保证系统的稳定性。此时，集中式储能作为主微源，采用V/f控制模式，微电网子网I以及微电网子网K中的主微源由V/f控制模式转为PQ控制模式，使系统能够稳定运行。

Claims (1)

1.一种包含多个储能单元的分层储能微电网，其特征是：由中央控制系统、集中式储能系统、微电网子网控制系统、微电网子网以及开关装置构成；其中：中央控制系统实时采集集中式储能系统和微电网子网控制系统的信息，并对其进行调控；微电网子网控制系统实时采集微电网子网的信息，并对其进行调控；

所述中央控制系统由中心主控系统、远程监控系统组成；其中：中心主控系统由可编程逻辑控制器PLC、接触器构成，完成整个系统的调控工作；远程监控系统由一台工控机以及数据采集监视控制系统SCADA构成，完成整个系统的监控与参数设置；

所述的集中式储能，主要由断路器、双向变流器和全钒液流电池构成，集中式储能系统通过380V母线与电网相连；

所述微电网子网系统由光伏发电系统、风力发电系统、分散式储能系统及交流负载组成；系统接入380V公共电网；其中：光伏发电系统由并网逆变器与光伏电池板组成，风力发电系统由风力发电机和并网控制器构成，分散式储能系统由逆变器和储能单元组成，交流负载包括照明、墙壁电源组成；

所述开关装置，包括：微电网并网开关、集中式储能开关及微电网子网开关；各开关由中央控制系统操作控制，开关间相互配合统一调控，实现分层储能微电网经济可靠运行；

所述分层储能微电网的调控运行方式有4类：

运行方式Ⅰ：当N个微电网子网独立运行时，各微电网子网采用主微源V/f、从微源PQ的控制模式，此时，微电网稳定运行；

运行方式Ⅱ：当各微电网子网中的某一个子网I出现问题不能独立运行时，投入集中式储能；此时，集中式储能作为主微源，采用V/f控制模式，微电网子网I中的主微源由V/f控制模式转为PQ控制模式，从而实现新系统的稳定运行；

运行方式Ⅲ：当各微电网子网中的某一个子网I出现问题不能独立运行时，投入可提供足够电量的另一微电网子网K，此时，两个微电网中，容量较大的储能作为主微源，采用V/f控制模式，容量较小的储能则转为PQ控制模式，两个微电网在新的系统下实现稳定运行；

运行方式Ⅳ：若第I个微电网与第K个微电网联合运行产生振荡，无法保证稳定运行时，投入集中式储能接入系统，以保证系统的稳定性；此时，集中式储能作为主微源，采用V/f控制模式，微电网子网I以及微电网子网K中的主微源由V/f控制模式转为PQ控制模式，使系统能够稳定运行。