CN107947168A - 一种移动式微网系统的接口电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动式微网系统的接口电路，包括变压器、交流母线、直流母线，变压器的高压侧通过高压接口与外部上级电源连接，变压器的低压侧与交流母线电连接，交流母线通过AC/DC模块与直流母线电连接；交流母线上连接有各类分布式资源交流接口，直流母线上连接有各类分布式资源直流接口；本发明能够在主网架受到破坏情况下实现局部区域供电，以及小区域功率平衡与能量优化；同时满足用户的高电力制定需求，如分布式资源的消纳、不间断电源供电、无功及电能质量补偿等。

Description

一种移动式微网系统的接口电路

技术领域

本发明涉及一种移动式微网系统的接口电路，属于移动变电站技术领域。

背景技术

目前电力系统设备检修和故障抢修大多在停电状态下进行，如果遇上恶劣气候或其他原因造成无法及时进行作业，势必会形成长时间停电状况，由此造成的经济损失和社会负面影响巨大。特别是在不可抗拒的自然灾害如冰雪、洪水、雷雨等灾害面前，原来的作业方式和措施不能够从根本上及时有效地解决抗灾救灾所急需的电力能源正常供应等突出矛盾。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种移动式微网系统的接口电路，能够在主网架停电的状态下实现局部区域供电、以及小区域功率平衡与能量优化。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种移动式微网系统的接口电路，包括变压器、交流母线、直流母线，所述变压器的高压侧通过高压接口与外部上级电源连接，变压器的低压侧与所述交流母线电连接，交流母线通过AC/DC模块与所述直流母线电连接；所述交流母线上连接有各类分布式资源交流接口，所述直流母线上连接有各类分布式资源直流接口；

所述变压器将外部上级电源提供的高压交流电转换为低压交流电，传输至交流母线，外部各类分布式资源通过相应的分布式资源交流接口获取交流电；所述AC/DC模块将交流母线提供的低压交流电转换为直流电，传输至直流母线，外部各类分布式资源通过相应的分布式资源直流接口获取直流电。

所述分布式资源交流接口包括：连接外部交流分布式电源的交流分布式电源接口、连接交流储能系统的交流储能接口、连接外部交流充电桩的交流可控负荷接口和连接外部交流不可控负荷的交流不可控负荷接口。

所述交流分布式电源接口、交流储能接口、交流可控负荷接口、交流不可控负荷接口、AC/DC模块分别通过低压交流开关与交流母线电连接。

所述分布式资源直流接口包括：连接外部直流分布式电源的直流分布式电源接口、连接外部直流储能系统的直流储能接口、连接外部直流充电桩的直流可控负荷接口和连接外部直流不可控负荷的直流不可控负荷接口。

所述直流母线上还连接有内部直流储能系统。

所述直流分布式电源接口、直流储能接口、直流可控负荷接口、直流不可控负荷接口和内部直流储能系统分别通过直流开关与直流母线电连接。

所述变压器的高压侧通过变压器高压开关连接高压接口，变压器的低压侧通过变压器低压开关连接交流母线。

所述分布式资源交流接口、分布式资源直流接口为即插即用型接口。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

（1）在主网架受到破坏情况下组建微型电力系统，实现局部区域供电，以及小区域功率平衡与能量优化；

（2）满足用户的高电力制定需求，如分布式资源的消纳、不间断电源供电、无功及电能质量补偿等；

（3）通过采用预制式技术的最新成果来对设备进行集成，最大程度实现工厂化、标准化加工生产；

（4）运输方便、运行灵活，并有效节省征地、土建、设备安装等方面的资金投入。

附图说明

图1是本发明的电路连接示意图；

图2是即插即用接口的结构示意图；

图3是功率变换装置的组合示意图；

图4是预制舱及舱内布置示意图；

图5是控制系统的示意图；

图中：101-高压接口；102-变压器高压开关；103-变压器；104-变压器低压开关；105-交流母线；106-低压交流开关；107-交流储能接口；108-交流分布式电源接口；109-交流可控负荷接口；110-交流不可控负荷接口；111-AC/DC模块； 113-直流母线；114-直流开关；115-内部直流储能系统；116-直流储能接口；117-直流分布式电源接口；118-直流可控负荷接口；119-直流不可控负荷接口；120-外部直流储能系统；121-直流输出型光伏；122-直流输出型风机；123-直流充电桩；124-直流不可控负荷；125-同步机；126-交流输出型风机；127-交流输出型光伏；128-外部交流储能系统；129-交流不可控负荷；130-交流充电桩；

201-接口柜壳体；202-功率变换装置；203-测控保护装置；204-通信装置；301-舱体；302-舱门；303-屏柜；304-双电源切换箱；305-配电箱；306-即插即用接口面板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示为本发明的电路连接示意图，包括交流高压部分、交流低压部分、直流部分三大部分。

交流高压部分包括变压器103和与外部上级电源电连接的高压接口101，变压器103的高压侧通过变压器高压开关102连接高压接口101，变压器103的低压侧通过变压器低压开关104连接交流母线105。

交流低压部分除包括交流母线105外，还包括各类分布式资源交流接口，分布式资源交流接口具体包括：连接外部交流分布式电源的交流分布式电源接口108、连接交流储能系统的交流储能接口107、连接外部交流充电桩130的交流可控负荷接口109和连接交流不可控负荷的交流不可控负荷接口110。

直流部分包括直流母线113、内部直流储能系统115和各类分布式资源直流接口。分布式资源直流接口具体包括：连接外部直流分布式电源的直流分布式电源接口117、连接外部直流储能系统的直流储能接口116、连接外部直流充电桩123的直流可控负荷接口118和连接直流不可控负荷的直流不可控负荷接口119。

交流低压部分的交流母线105通过AC/DC模块111与直流部分的直流母线113电连接。

交流分布式电源接口108、交流储能接口107、交流可控负荷接口109、交流不可控负荷接口110、AC/DC模块111的交流接口分别通过低压交流开关106与交流母线105电连接。直流分布式电源接口117、直流储能接口116、直流可控负荷接口118、直流不可控负荷接口119、内部直流储能系统115和AC/DC模块111的直流接口分别通过直流开关114与直流母线113电连接。

外部交流分布式电源包括：同步机125、交流输出型风机126和交流输出型光伏127。外部直流分布式电源包括直流输出型光伏121和直流输出型风机122。

工作时，变压器103将外部上级电源提供的高压交流电转换为低压交流电，传输至交流母线105，外部各类分布式资源通过相应的分布式资源交流接口获取交流电；AC/DC模块111将交流母线提供的低压交流电转换为直流电，传输至直流母线113，外部各类分布式资源通过相应的分布式资源直流接口获取直流电。

分布式资源交流接口和分布式资源直流接口均采用即插即用型接口。如图2所示，是本发明采用的即插即用接口的结构示意图，包括：接口柜壳体201、功率变换装置202、测控保护装置203、通信装置204。功率变换装置202、测控保护装置203、通信装置204均布置于接口柜壳体201内。即插即用接口实现了分布式资源、微网的信息与能量交互的设备，具备模块化、标准化特点，可缩减分布式资源建设成本、减少对微网安全影响、提升分布式资源并网调试效率、方便用户掌控分布式资源状态。即插即用接口作为分布式资源与电网之间的连接器，用户不需要手动配置软硬件，通过标准化接口即可实现各类随机性分布式资源安全便捷的并网接入。

如图3所示，为功率变换装置的组合示意图。功率变换装置202采用模块化设计，由最少数量的基本功率模块并联组成，也即实现DC/DC并联及DC/AC并联，可根据功率需要，任意增减不同基本功率模块，组成不同容量的“即插即用”接口，使“即插即用”接口标准化，运行维护方便，同时模块并联实现源荷功率均分，降低模块内部功率开关管的电流应力，提高“即插即用”接口的使用寿命。同时基本功率模块的安装采用易安装、易更换的航空插头及其工艺技术，快速安装，便于维护。基本功率模块包括：10kW功率变换模块、20kW功率变换模块、50kW功率变换模块，大功率基本功率模块包括100kW功率变换模块、200kW功率变换模块、500kW功率变换模块，能够实现功率匹配即插即用。功率组合灵活，扩容、运输、维护升级均方便，适应于各类系统类型（风、光等），易于工程配置。

本发明采用的功率变换装置202有三种类型，具体为无功率变换型、DC/DC型、AC/DC型。

使用无功率变换型功率变换装置有：交流分布式电源接口108、交流可控负荷接口109、交流不可控负荷接口110；对于输出均是交流的外部设备，其要接到交流配电网中，无功率变换型功率变换装置仅提供交流插座或交流接口即可、不提供功率变换。

使用DC/DC型功率变换装置的有：直流储能接口116、直流分布式电源接口117、直流可控负荷接口118、直流不可控负荷接口119使用DC/DC型；

还有一种情况使用AC/DC型功率变换装置：当分布式资源直流接口116~119容量不足以消纳所有的外部直流输出型分布式资源120~124时，可将分布式资源交流接口107~110内的无功率变换型功率变换装置替换为AC/DC型功率变换装置，即外部直流输出型分布式资源120~124输出的直流电能通过AC/DC型功率变换装置变换为交流电能接入交流母线105。

当分布式资源交流接口107~110容量不足以消纳外部交流输出型分布式资源125~130时，也可将分布式资源直流接口116~119内的DC/DC型功率变换装置替换为AC/DC型功率变换装置，即外部交流输出型分布式资源125~130输出的交流电能通过AC/DC型功率变换装置变换为直流电能接入直流母线113；当外部直流输出型分布式资源120~124输出直流电压与直流母线113直流电压匹配时，分布式资源直流接口116~119的功率变换装置202也可设置为无功率变换型。

测控保护装置203用以实现保护功能和远程控制功能。保护功能包括孤岛检测、逆功率保护、过载保护、短路保护、过压保护、欠压保护、过流保护、过热保护；远程控制功能包括启动、停止、并离网运行。

通信装置204的功能包括实现网口、RS485、GPRS等通信接口。

分布式资源“即插即用”控制模式包括：（1）并网不限制控制模式：分布式电源最大化出力，所发电能逆变到交流侧给负荷供电或倒送给电网。（2）电网调度响应控制模式：向下调整分布式电源的出力，使得用户与电网的交换功率满足电网下达的调度指令。

分布式电源“即插即用”接口，实现分布式电源、电网的信息与能量交互的设备，具备模块化、标准化特点，可缩减分布式电源建设成本、减少对电网安全影响、提升分布式电源并网调试效率、方便用户掌控分布式电源状态。“即插即用”装置功率变换部分采用模块化设计，内部直流能量变换、交直流变换等部分，可根据分布式电源种类、容量差异任意拼装。分布式电源的即插即用，保证分布式电源并网的灵活接入和稳定运行，减少分布式电源对电网影响。

储能“即插即用”接口作为蓄电池与电网之间的连接器，用户不需要手动配置软硬件，通过标准化接口即可实现蓄电池安全便捷的并网接入。储能“即插即用”设备具备有功/无功支撑能力；具备孤岛的V/F和下垂控制功能。源网荷（储）软件采用能量优化调度技术，制定储能削峰填谷、无功支撑、新能源消纳、经济运行等目标的优化控制策略，采用标准通信接口下发给储能“即插即用”接口，使储能参与电网源网荷（储）调度。

可控负荷“即插即用”接口是将电动汽车、电动船充电桩纳入用电负荷有序控制范围，建设多样性负荷控制设备与电网侧交互通道，“即插即用”设备实现多样性负荷的可采集、可通信、可控制。

“即插即用”装置通过测控保护装置203、通信装置204来实现信息互联。测控保护装置203实现站内数据采集、信息远传、就地监视、智能诊断、综合管理等功能；支持IEC104、IEC61850、Modbus规约，支持串口、以太网通信方式采集数据。通信装置204支持以WIFI、4G/GPRS、以太网方式与主站端通信。

移动式微网系统由车体A和车体B承载，其中车体A用于装载变压器103及其辅助设备，辅助设备包括高压接口101、变压器高压开关102；车体B承载系统剩余设备和装置，且剩余设备和装置集成在一个预制舱内。车体A、B之间的线缆、系统内和系统外的线缆采用柔性线缆相连。

如图4所示，为本发明采用的预制舱及舱内布置示意图。预制舱由舱体301、一二次设备、暖通、照明、消防、安防等设备构成，舱内所有设备均在工厂内完成相关接线及调试工作，并作为一个整体或数个可拼接单体运输至现场。

舱体301上双侧设置舱门302（可选择前后开门或侧开门），同时设置即插即用接口面板306；舱体301内部靠舱壁布置有双电源切换箱304、配电箱305；舱体301内部的屏柜303包括交流受电柜、变流器柜、直流受电柜、馈线柜、即插即用接口柜、测控柜、电池柜、母联柜、馈线柜等等。

舱体301整体均采用不锈钢材料，表面涂上防水涂料，以提高预制舱的防水、防锈性能。舱体301侧面呈对角方向开有两个风窗，风窗设置双向换气扇，分别为进风口、出风口，工作状态时舱内成空气对流；风窗外设置窗罩，防雨、防尘及防止生物进入。

舱体301内部由一二次设备、暖通、照明、消防、安防等设备构成，同时满足设备运行和检修人员的工作需求。一二次设备采用屏柜方式布置，为满足维护需求，至少设置600mm宽的维护通道。暖通、照明、消防、安防等的布置可通过管线安装在装修材料墙板内，也可以通过墙面明敷相应的管线。装修材料选用防火防水材料，装修材料和舱壁之间可添加隔热材料。

一次设备与二次设备间电缆连接、光缆连接可采用预制式电缆、预制式光缆。为实现模块化、装配式作业，即插即用接口面板与外部设备之间的连接采用航空式插头或圆形带锁紧式的光电连接器，实现了接口的标准化。也可在舱内设置专门的转接屏柜来取代即插即用接口面板。

图5为本发明的控制系统组成示意图。整个控制系统分为设备层、分布控制层和集中决策层三个层次。其设备层、分布式控制层集成在预制舱内，集中决策层根据实际需求设置在预制舱外的某处二次设备室或监控室内、也可不设置。各类测控装置为设备层的装置，将各类装置设备状态数据和运行数据上送到分布式控制层的移动式微网监控系统，移动式微网监控系统可视为整个移动式微网系统的大脑，实现对微网数据的全景监测分析以及能量管理策略的制定，是微电网控制主站层。分布式控制层的移动式微网监控系统完成能量管理策略的制定后，将控制命令下达到各类测控装置。

集中决策层其主要功能包括：1）多区域随机性电源实时数据及状态信息的监控；2）大数据的统计分析；3）故障预警及历史告警查询；4）根据运行维护流程设计运行维护工作任务和工作票，以统一规范的方式有序开展整个区域内运行维护工作。

分布式控制层实现移动式微网系统的源—网—荷控制协同优化，具体功能包括：1）随机性电源优化调度；2）随机性电源平滑出力控制；3）随机性电源有功功率调度控制；4）电压无功优化控制；5）有序计划用电控制。

设备层包括满足实时运行设备信息上送，实现控制及运维。

对应本发明控制系统的设备层、分布控制层和集中决策层三个层次，通信系统也分为通信采集终端、通信汇聚点、通信主站三个层次。其通信采集终端对应设备层、通信汇聚点对应分布控制层则，而通信主站对应集中决策层则。通信采集终端、通信汇聚点集成在预制舱内，通信主站根据实际需求设置在预制舱外的某处二次设备室或监控室内、也可不设置。通信采集终端与通信汇聚点之间通过线缆连接，线缆布置于预制舱内；通信汇聚点与通信主站之间通过有线或无线的方式进行通信。

也可将外部交流输出型分布式资源125~130、外部直流输出型分布式资源120~124等设备集成到移动式微网系统的预制舱，成为移动式微网系统内的一部分。

当内部直流储能系统115的储能容量不够时，也可在交流母线105上设置内部交流储能系统。

当移动式微网系统的容量较小时，可将舱体301、变压器103及其辅助设备装载到一辆平板拖车上；当移动式微网系统的容量较大时，也可将本发明的系统一个舱体301分为两个或多个舱体301，并由两个或多个车体分别承载。

本发明中所述可控负荷分为可中断负荷、可调负荷两类。可控负荷主要为可中断负荷，如空调、热水器等（需进行改造加装测控装置），通常通过经济合同（协议）实现，由电力公司与用户签订，在系统峰值时和紧急状态下，用户按照合同规定中断和削减负荷，即配电网中的需求响应负荷；可调负荷是指不能完全响应电网调度，但能在一定程度上跟随分时段阶梯电价等引导机制，从而调节其用电需求的负荷，如充电桩、港口岸电等。

不可控负荷是指除了可控负荷之外的电力负荷，也即传统负荷、一般负荷，这类负荷用电需求较为固定，是目前配电网负荷的主要组成部分。如冰箱、冰柜、照明等家居负荷或电动机、电加热等工业生产负荷。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种移动式微网系统的接口电路，其特征在于，包括变压器、交流母线、直流母线，所述变压器的高压侧通过高压接口与外部上级电源连接，变压器的低压侧与所述交流母线电连接，交流母线通过AC/DC模块与所述直流母线电连接；所述交流母线上连接有各类分布式资源交流接口，所述直流母线上连接有各类分布式资源直流接口；

所述变压器将外部上级电源提供的高压交流电转换为低压交流电，传输至交流母线，外部各类分布式资源通过相应的分布式资源交流接口获取交流电；所述AC/DC模块将交流母线提供的低压交流电转换为直流电，传输至直流母线，外部各类分布式资源通过相应的分布式资源直流接口获取直流电。

2.根据权利要求1所述的移动式微网系统的接口电路，其特征在于，所述分布式资源交流接口包括：连接外部交流分布式电源的交流分布式电源接口、连接交流储能系统的交流储能接口、连接外部交流充电桩的交流可控负荷接口和连接外部交流不可控负荷的交流不可控负荷接口。

3.根据权利要求2所述的移动式微网系统的接口电路，其特征在于，所述交流分布式电源接口、交流储能接口、交流可控负荷接口、交流不可控负荷接口、AC/DC模块分别通过低压交流开关与交流母线电连接。

4.根据权利要求1所述的移动式微网系统的接口电路，其特征在于，所述分布式资源直流接口包括：连接外部直流分布式电源的直流分布式电源接口、连接外部直流储能系统的直流储能接口、连接外部直流充电桩的直流可控负荷接口和连接外部直流不可控负荷的直流不可控负荷接口。

5.根据权利要求4所述的移动式微网系统的接口电路，其特征在于，所述直流母线上还连接有内部直流储能系统。

6.根据权利要求5所述的移动式微网系统的接口电路，其特征在于，所述直流分布式电源接口、直流储能接口、直流可控负荷接口、直流不可控负荷接口和内部直流储能系统分别通过直流开关与直流母线电连接。

7.根据权利要求1所述的移动式微网系统的接口电路，其特征在于，所述变压器的高压侧通过变压器高压开关连接高压接口，变压器的低压侧通过变压器低压开关连接交流母线。

8.根据权利要求1所述的移动式微网系统的接口电路，其特征在于，所述分布式资源交流接口、分布式资源直流接口为即插即用型接口。