CN106847019A - 一种微电网调度监控系统及控制方法 - Google Patents

一种微电网调度监控系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种微电网调度监控系统,包括连接于一个公共连接点的分布式发电单元、负荷设备单元、储能设备单元和控制单元,所述公共连接点与电网相连,所述分布式发电单元包括分别与所述公共连接点的风力发电系统和光伏发电系统,所述储能设备单元包括依次连接的蓄电池组、双向变流器、滤波器和断路器,所述断路器连接所述公共连接点,所述控制单元包括PLC、通讯量测模块和上机位,所述通讯量测模块连接所述公共连接点,所述PLC分别连接所述通讯量测模块、所述上机位、所述风力发电系统、所述光伏发电系统和所述双向变流器。本发明实现全面模拟智能电网系统功能,且结构合理简单,便于操作和实训学习,适用于教学、科研等领域。

Description

一种微电网调度监控系统及控制方法
技术领域
[0001]本发明属于电网教学实验装置技术领域,具体涉及一种微电网调度监控系统及控 制方法。
背景技术
[0002]随着电力自动化技术的迅速发展,对分布式发电的调度自动化技术不断的提高, 国家在智能电网方面也投入越来越多的资金,特别是我国“十二五”期间,很多复杂的智能 电网项目正在进行中,对相关人才的缺口是巨大的,相应越来越多的高校开始注重到对学 生微电网知识上的培养,以及对智能微电网系统的整体架构和各个部分运行情况进行分 析,同时要获取不同的环境因素对各个单元产生的影响。
[0003] 如何确保这些信息的准确性?这些操作和数据的获取,需要硬件的支持,可是在一 般情况下真实的智能电网系统是一个复杂而精密的系统,处在一个平衡稳定的工作状态, 需要的能量输入很大,储能单元处也有较大的电压和电流,操作不当极易造成人身和设备 的伤害。所以我们需要建立一套可以模拟智能电网系统的,便于操作和实训学习。
[0004] 专利一种光伏分布式电源的微电网控制装置(公开号:CN204349462U)公开了一种 由储能控制装置、最大功率点跟踪控制装置、功率测量装置、参数预置装置、PID运算装置、 PWM调制装置、电路、壳体构成的实现电网与储能控制装置之间的能量双向流动、及孤岛与 并网工作模式之间的自动平滑切换的微电网控制装置。该装置虽然实现了微电网接入的控 制,但分布式电源单一,不宜操作便于教学和研宄。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种微电网调度监控系统及控制方法,实现全面模拟智能电 网系统功能,且结构合理简单,便于操作和实训学习,适用于教学、科研等领域。
[0006] 本发明提供了如下的技术方案:
[0007] 一种微电网调度监控系统,包括连接于一个公共连接点的分布式发电单元、负荷 设备单元、储能设备单元和控制单元,所述公共连接点与电网相连,所述分布式发电单元包 括分别与所述公共连接点的风力发电系统和光伏发电系统,所述储能设备单元包括依次连 接的蓄电池组、双向变流器、滤波器和断路器,所述断路器连接所述公共连接点,所述控制 单元包括PLC、通讯量测模块和上机位,所述通讯量测模块连接所述公共连接点,所述PLC分 别连接所述通讯量测模块、所述上机位、所述风力发电系统、所述光伏发电系统和所述双向 变流器。
[0008] 优选的,所述风力发电系统包括永磁同步风力模拟发电单元和双馈异步风力模拟 发电单元,所述永磁同步风力模拟发电单元包括第一变频器和低速永磁同步发电机组,通 过所述第一变频器来调节转速的大小;所述的双馈异步风力模拟发电单元包括第二变频器 和绕线式感应发电机组,通过所述第二变频器来调节转速的大小。
[0009] 优选的,所述光伏发电系统包括依次连接的太阳能电池板、升压斩波变换器和逆 变装置,所述逆变装置连接所述公共连接点,所述太阳陡电池板把太阳的辐射能转变为电 能,通过“直流一直流,,升压斩波变换器,对光伏电压提升到一个合适的水平,然后利用逆变 装置对提供的直流电进行逆变输出到交流系统中。
[0010] 优选的,所述负荷设备单元包括与所述公共连接点连接的若干感性负载、阻性负 载和容性负载,可进行单个或多个进行配对模拟,并可以对其添加一定的外接负载。
[0011] 优选的,所述储能设备单元还包括BMS管理系统,所述BMS管理系统连接所述蓄电 池组,对储能电池实时运行信息、报警信息进行全面的监视,交直流双向变流器的运行状 态、保护信息、告警信息进行监测,对电池充放电时间、充放电电流、电池保护电压进行遥 调,实现远端对交直流双向变流器相关参数的调节。
[0012] 所述一种微电网调度监控系统的控制方法:
[0013] S1:微电网接受上级配电网的调节控制命令,对分布式发电功率和负荷需求进行 预测,制订运行计划,根据采集电流、电压、功率等信息,对运行计划实时调整,控制所述分 布式发电单元、所述负荷设备单元和所述储能设备单元的启停,保证微电网电压和频率稳 定;
[0014] S2:在微电网并网运行时,优化微电网运行,实现微电网最优运行;在微电网离网 运行时,调节所述分布式发电单元出力和所述负荷设备单元的用电情况,实现微电网的稳 压安全运行;
[0015] S3:对内部的所述分布式发电单元、所述储能设备单元和所述负荷设备单元的能 量进行优化控制,与本地保护控制、远程配电调度相互协调,执行微电网各分布式调节、储 能充放电控制和负荷控制,实现微电网的安全稳定运行,提高微电网的能源利用效率。
[0016] 本发明的有益效果是:通过真实存在的分布式发电、负荷、储能装置、变流器设备, 对微电网的运行控制和能量管理进行现实操作,可以让学生在现实中模拟操作其并网或孤 岛运行、降低间歇性分布式电源给配电网带来的不利影响,最大限度地利用分布式电源出 力,提高供电可靠性和电能质量,对学生的理解和动手能力都有显著的帮助。
附图说明
[0017] 附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实 施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0018] 图1是本发明原理示意图;
[0019] 图2是本发明原理结构示意图;
[0020]图3是本发明的微电网三层控制方案结构示意图;
[0021]图4是本发明的微电网运行模式的互相转换示意图;
[0022]图5是微电网并网运行流程图;
[0023] 图6是微电网离网运行流程图。
具体实施方式
[0024]如图1和图2所示,一种微电网调度监控系统,要有分分布式发电单元、负荷设备单 元、储能设备单元和控制单元四部分组成,通过一个公共连接点与电网相连。微电网实时监 控系统对各个分布式发电、储能装置、负荷及控制装置都有独立的监控系统,方便对独立设 备进行全面的监视,并对其进行多方面的统计和分析,并进行各个单元参数设置。分布式发 电单元:以新能源为主的多中能源形势(如光伏发电、风力放电、沼气发电、燃料电池等等), 通过逆变控制系统进行处理,可以就地向用户提供用电需要或者向电网进行补偿供给,提 高微电网的利用效率和灵活性。负荷设备单元:用于对感性负载,阻性负载和容性负载进行 单个或多个进行配对模拟,并可以对其添加一定的外接负载。控制单元:由控制设置构成控 制系统,用于汇总微电网内的所有数据,实现对分布式发电控制,储能设备单元控制,并离 网切换控制,微电网实时数据监控,微电网历史数据查询,微电网能量调度管理等。模拟风 力发电系统:分为永磁同步风力模拟发电单元和双馈异步风力模拟发电单元,通过变频器 的控制,实现一定范围内不同风速的风力发电输出。光伏发电系统:利用太阳能电池的光生 伏打效应,直接把太阳的辐射能转变为电能,进行输出。负荷设备单元:由感性负载,阻性负 载和容性负载进行单个或多个进行配对模拟,并可以添加一定的外接负载,观察微电网电 能使用情况。储能设备单元还包括BMS管理系统,用于克服随着风力或光伏发电不稳定的情 况,在高能量区间储存能量,低能量区间释放能量,提高配电利用效率,提高系统运行稳定 性,补偿负荷波动。控制单元:对微电网的各个分布式发电系统和各类负荷以及储能单元进 行数据的实时和历史监控,通过对微电网的调度层、控制层、进行综合管理和控制,实现微 电网在各种状态下的稳态安全的运行。
[0025] 如图3示,本发明的微电网三层控制方案结构,包括最上层称作配电网调度层,从 配电网的安全、经济运行的角度协调调度微电网,微电网接受上级配电网的调节控制命令。 中间层称作集中控制层,对DG发电功率和负荷需求进行预测,制订运行计划,根据采集电 流、电压、功率等信息,对运行计划实时调整,控制各DG、负荷和储能装置的启停,保证微电 网电压和频率稳定。在微电网并网运行时,优化微电网运行,实现微电网最优经济运行;在 微电网离网运行时,调节分布电源出力和各类负荷的用电情况,实现微电网的稳压安全运 行。下层称作就地控制层,就地控制层由微电网的就地保护设备和就地控制器组成,微电网 就地控制器完成分布式发电对频率和电压的一次调节,就地保护完成微电网的故障快速保 护,通过就地控制和保护的配合实现微电网故障的快速“自愈”。分布式发电接受MGCC调度 控制,并根据调度指令调整其有功、无功出力。
[0026] 如图4所示,微电网运行模式分为并网运行和离网(孤岛)运行两种状态。当微电网 与公用大电网相连(PCC闭合),与主网配电系统进行电能交换处于并网模式;当电网故障或 计划需要时,与主网配电系统断开(即pcc断开),由DG、储能装置和负荷构成的运行方式即 为离网模式。离网模式运行时由于自身提供的能量一般较小,不足以满足所有负荷的电能 需求,因此依据负荷供电重要程度的不同而进行分级,以保证重要负荷供电。微电网在停运 时,通过并网控制可以直接转换到并网运行模式,并网运行时通过离网控制可转换到离网 运行模式;微电网在停运时,通过离网控制可以直接转换到离网运行模式,离网运行时通过 并网控制可转换到并网运行模式。并网或离网运行时可通过停运控制使微电网停运。
[0027] 如图5所示,微电网并网运行主要从以下几个方面实现调度:经济优化调度:微电 网在并网运行时,在保证微电网安全运行的前提下,以全系统能量利用效率最大为目标(最 大限度利用可再生能源),同时结合储能的充放电、分时电价等实现用电负荷的削峰真谷, 提高整个配电网设备利用率及配电网的经济运行。自动电压无功控制:微电网对于大电网 表现为一个可控的负荷,在并网模式下微电网不允许进彳丁电网电压官理,需要微电网运灯 在统一的功率因数下进行功率因数管理,通过调度无功补偿装置、各分布式发电无功出力 来实现在一定范围内对微电网内部的母线电压的管理。负荷预测、发电预测、交换功率预 测:预测预测短期内的分布式发电量,各种负荷(包括总负荷、敏感负荷、可控负荷、可切除 负荷)的用电情况,公共连接支路上交换功率的大小。
[0028]如图6所示,微电网离网运行主要从以下几个方面实现调度:低频低压减载:负荷 波动、分布式发电出力波动,如果超出了储能设备的补偿能力,可能会导致系统频率和电压 的跌落。当跌落超过定值时,切除不重要或次重要负荷,以保证系统不出现频率崩溃和电压 崩溃。过频过压切机:如果负荷波动、分布式发电出力波动超出储能设备的补偿能力导致系 统频率和电压的上升,当上升超过定值时,限制部分分布式发电出力,以保证系统频率和电 压恢复到正常范围。分布式发电较大控制:分布式发电出力较大时可恢复部分已切负荷的 供电,恢复与DG多余电力匹配的负荷供电。分布式发电过大控制:如果分布式发电过大,此 时所有的负荷均未断电、储能也充满,但系统频率、电压仍过高,分布式发电退出,由储能来 供电,储能供电到一定程度后,再恢复分布式发电投入。发电容量不足控制:如果发电出力 可调的分布式发电己最大化出力,储能当前剩余容量小于可放电容量时,切除次重要负荷, 以保证重要负荷有更长时间的供电。
[0029] 以上所述仅为本发明的优选实施例而己,并不用于限制本发明,尽管参照前述实 施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施 例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精 神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1. 一种微电网调度监控系统,其特征在于,包括连接于一个公共连接点的分布式发电 单元、负荷设备单元、储能设备单元和控制单元,所述公共连接点与电网相连,所述分布式 发电单元包括分别与所述公共连接点的风力发电系统和光伏发电系统,所述储能设备单元 包括依次连接的蓄电池组、双向变流器、滤波器和断路器,所述断路器连接所述公共连接 点,所述控制单元包括PLC、通讯量测模块和上机位,所述通讯量测模块连接所述公共连接 点,所述PLC分别连接所述通讯量测模块、所述上机位、所述风力发电系统、所述光伏发电系 统和所述双向变流器。
2. 根据权利要求1所述的一种微电网调度监控系统,其特征在于,所述风力发电系统包 括永磁同步风力模拟发电单元和双馈异步风力模拟发电单元,所述永磁同步风力模拟发电 单元包括相互连接的第一变频器和低速永磁同步发电机组,所述第一变频器连接所述公共 连接点;所述的双馈异步风力模拟发电单元包括相互连接的第二变频器和绕线式感应发电 机组,所述第二变频器连接所述公共连接点。
3. 根据权利要求1所述的一种微电网调度监控系统,其特征在于,所述光伏发电系统包 括依次连接的太阳能电池板、升压斩波变换器和逆变装置,所述逆变装置连接所述公共连 接点。
4. 根据权利要求1所述的一种微电网调度监控系统,其特征在于,所述负荷设备单元包 括与所述公共连接点连接的若干感性负载、阻性负载和容性负载。
5. 根据权利要求1所述的一种微电网调度监控系统,其特征在于,所述储能设备单元还 包括BMS管理系统,所述BMS管理系统连接所述蓄电池组。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的一种微电网调度监控系统的控制方法,其特征在 于, S1:微电网接受上级配电网的调节控制命令,对分布式发电功率和负荷需求进行预测, 制订运行计划,根据采集电流、电压、功率等信息,对运行计划实时调整,控制所述分布式发 电单元、所述负荷设备单元和所述储能设备单元的启停,保证微电网电压和频率稳定; S2:在微电网并网运行时,优化微电网运行,实现微电网最优运行;在微电网离网运行 时,调节所述分布式发电单元出力和所述负荷设备单元的用电情况,实现微电网的稳压安 全运行; S3:对内部的所述分布式发电单兀、所述储能设备单兀和所述负荷设备单兀的能量进 行优化控制,与本地保护控制、远程配电调度相互协调,执行微电网各分布式调节、储能充 放电控制和负荷控制,实现微电网的安全稳定运行,提高微电网的能源利用效率。
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