CN108183485A - 一种微电网及其控制系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种微电网及其控制系统和控制方法，该微电网包括集中式供电系统和多个子微网系统；集中式供电系统采用中压和/或高压能源对外供电，中压能源和高压能源均为分布式能源；子微网系统包括低压能源和负荷，该负荷包含一级负荷，低压能源包括分布式能源和储能装置；该微电网控制系统包括中央控制器和分别与每个子微网系统对应设置的本地控制器；中央控制器在微电网离网时，将各个电力负荷的等级发送给本电力负荷所属子微网系统的本地控制器，以及将所述集中式供电系统输出的能量分配到各个子微网系统；子微网系统的本地控制器控制本子微网系统优先给本子微网系统中等级高的电力负荷供电，以实现微电网离网状态下内部重要负荷不中断供电。

Description

一种微电网及其控制系统和控制方法

技术领域

本发明涉及微电网技术领域，更具体地说，涉及一种微电网及其控制系统和控制方法。

背景技术

微电网是由分布式电源、储能装置、能量转换装置、电力负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。微电网在局部范围内能实现自给自足，必要时甚至可以给大电网反向馈电。微电网常见有两种运行模式：其一是在大电网正常供电时，微电网内的分布式能源以及储能装置作为辅助电源并入，共同为电力负荷供能，这称为微电网并网运行模式；其二是在大电网遭遇故障停电时，微电网与大电网分离，此时微电网中的分布式能源和储能装置协同为内部电力负荷供能，这称为微电网离网运行模式。

但是，微电网中的分布式能源和储能装置的容量有限，在微电网由并网转离网运行模式后，有可能出现能量分配不合理所导致的重要负荷供电中断，进而影响到微电网的安全可靠运行。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种微电网及其控制系统和控制方法，以实现微电网离网状态下内部重要负荷不中断供电。

一种微电网控制系统，所述微电网包括集中式供电系统和多个子微网系统；

所述集中式供电系统采用中压能源和/或高压能源对外供电；所述中压能源和高压能源均为分布式能源；

所述子微网系统包括低压能源和负荷，所述负荷包含一级负荷；所述低压能源包括分布式能源和储能装置；

所述微电网控制系统包括：中央控制器，以及分别与每个子微网系统对应设置的本地控制器；

所述中央控制器中存储有所述微电网中所有电力负荷的等级，用于在检测到微电网离网时，将各个电力负荷的等级发送给本电力负荷所属的子微网系统的本地控制器，以及将所述集中式供电系统输出的能量分配到各个子微网系统；

在微电网离网时，所述子微网系统以所述集中式供电系统分配的能量和本子微网系统中的低压电源输出的能量作为能量来源；所述子微网系统的本地控制器用于计算本子微网系统在所述微电网离网时的供电能力大小和供电时间长短，根据计算结果控制本子微网系统优先给本子微网系统中等级高的电力负荷供电。

可选的，所述子微网系统还包括移动式储能装置；

对应的，所述子微网系统的本地控制器还用于在根据所述计算结果确定出本子微网系统不足以支撑本子微网系统中的一级负荷不中断供电时，接通本子微网系统中的移动式储能装置。

可选的，所述移动式储能装置包括充电桩和电动汽车，所述电动汽车通过所述充电桩反向供电。

可选的，所述中央控制器与所有本地控制器通过光纤环网通讯。

一种微电网，包括如上述公开的任一种微电网控制系统。

一种微电网控制方法，应用于微电网控制系统；

所述微电网包括集中式供电系统和多个子微网系统；

所述集中式供电系统采用中压能源和/或高压能源对外供电；所述中压能源和高压能源均为分布式能源；

所述子微网系统包括低压能源和负荷，所述负荷包含一级负荷；所述低压能源包括分布式能源和储能装置；

所述微电网控制系统包括中央控制器以及分别与每个子微网系统对应设置的本地控制器；

所述微电网控制方法包括：

所述中央控制器检测所述微电网是否离网；

所述中央控制器在检测到微电网离网时，将各个电力负荷的等级发送给本电力负荷所属的子微网系统的本地控制器，以及将所述集中式供电系统输出的能量分配到各个子微网系统；

所述子微网系统的本地控制器计算本子微网系统在所述微电网离网时的供电能力大小和供电时间长短，得到计算结果；其中，在微电网离网时，所述子微网系统以所述集中式供电系统分配的能量和本子微网系统中的低压电源输出的能量作为能量来源；

所述子微网系统的本地控制器根据所述计算结果控制本子微网系统优先给本子微网系统中等级高的电力负荷供电。

可选的，所述子微网系统还包括移动式储能装置；

对应的，所述子微网系统的本地控制器根据所述计算结果控制本子微网系统优先给本子微网系统中等级高的电力负荷供电，包括：

所述子微网系统的本地控制器根据所述计算结果确定本子微网系统是否足以支撑本子微网系统中的一级负荷不中断供电，若不足以支撑，则在接通所述移动式储能装置的情况下控制本子微网系统优先给本子微网系统中等级高的电力负荷供电。

可选的，所述将各个电力负荷的等级发送给本电力负荷所属的子微网系统的本地控制器，包括：

通过光纤环网通讯方式将各个电力负荷的等级发送给本电力负荷所属的子微网系统的本地控制器。

从上述的技术方案可以看出，本发明将储能装置配置在低压侧，结合附近的分布式能源和负荷形成一个个子微网系统，由本地控制器就地实时控制，优先给一级负荷供电，避免储能资源的粗狂式使用。相较于集中式控制，本地控制器就地实时控制方式能够提高对子微网系统内部电力负荷进行供电的响应速度，保证一级负荷不间断供电。而且，相较于将储能装置配置在中高压侧，将储能装置配置在低压侧还能够降低系统成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种微电网控制系统结构示意图；

图2为本发明实施例公开的又一种微电网控制系统结构示意图；

图3为本发明实施例公开的一种微电网控制方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实施例公开了一种微电网控制系统，能够实现微电网离网状态下内部重要负荷不中断供电。其中，所述微电网控制系统的结构设计是基于所述微电网的结构提出的，可以说，所述微电网的结构设计是所述微电网控制系统实现微电网离网状态下内部重要负荷不中断供电的前提。下面，分别对所述微电网、所述微电网控制系统的结构设计进行详述。

首先，所述微电网的结构设计如下：

所述微电网包括集中式供电系统和多个子微网系统。

当所述微电网为中高压微电网时，所述集中式供电系统包括中压侧集中式供电系统和高压侧集中式供电系统，例如图1所示。其中，高压侧集中式供电系统挂接在高压母线(例如图1所示35KV高压母线)上，采用高压能源对外供电；中压侧集中式供电系统挂接在中压母线(例如图1所示10KV中压母线)上，采用中压能源对外供电。

所述子微网系统挂接在低压母线(例如图1所示0.4KV低压母线)上，所述子微网系统内部包含低压能源和负荷等。其中，根据对供电可靠性的要求以及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度，本发明实施例对所述微电网中的电力负荷进行分级，分别是一级负荷、二级负荷、三级负荷。所述一级负荷就是微电网内部重要负荷，在微电网离网状态下不能中断供电。本发明实施例要求每个子微网系统中的负荷都必须包含一级负荷，而所述微电网中其他等级的电力负荷则是根据实际情况分配到所有或部分子微网系统中即可。

其中，所述高压能源/中压能源包括分布式能源，所述分布式能源例如可以是光伏、风电、天然气、生物质燃料等清洁型能源。所述低压能源包括分布式能源和储能装置，所述分布式能源例如可以是光伏、风电、天然气、生物质燃料等清洁型能源，所述储能装置例如可以是锂离子储能电池包等。

仍参见图1，所述微电网控制系统的结构设计如下：

所述微电网控制系统包括：中央控制器10，以及分别与每个子微网系统对应设置的本地控制器20。

中央控制器10能够检测微电网是否离网，也就是说，当大电网遭遇故障时，中央控制器10可以精确检测到微电网高压侧的PCC(Point of Common Coupling，公共连接点)离网。中央控制器10中还存储有所述微电网中所有电力负荷的等级，用于在检测到微电网离网时，将各个电力负荷的等级发送给本电力负荷所属子微网系统的本地控制器20，以及控制所述集中式供电系统将输出能量按预设规则分配到各个子微网系统。

在微电网离网时，子微网系统以集中式供电系统100分配的能量和本子微网系统自身的低压电源输出的能量作为能量来源，由于能量有限所以在微电网离网状态下通常不足以支撑子微网系统中的负荷长时间运行，所以，子微网系统20的本地控制器用于计算本子微网系统在微电网离网时的供电能力大小和供电时间长短，根据计算结果控制本子微网系统优先给本子微网系统中等级高的电力负荷供电，直至大电网恢复正常，从而尽可能的保证了大电网故障后一级负荷供电不中断，进而提高了微电网在大电网故障期间运行的安全可靠性。

举例说明，假设某子微网系统中的负荷分别是一级负荷、二级负荷和三级负荷，则该子微网系统的本地控制器20在计算出本子微网系统不足以支撑一级负荷、二级负荷和三级负荷长时间不中断供电时，关断三级负荷，仅给一级负荷和二级负荷进行供电，如果此时还是不足以支撑一级负荷和二级负荷长时间不中断供电，则继续关断二级负荷，从而尽量保证了一级负荷在大电网故障期间不中断供电，提高了微电网在大电网故障期间运行的安全可靠性。

可选的，中央控制器10与所有本地控制器20通过光纤环网通讯，这样能够防止光纤网络中的一处连接故障而影响整体网络，使网络处于冗余模式，而且其通讯速度可以达到毫秒级，有利于实现微电网并/离网的无缝切换。图1中的虚线表示通讯线，实线表示电力线。

由上述描述可知，本发明实施例将储能装置配置在低压侧，结合附近的分布式能源和负荷形成一个个子微网系统，由本地控制器就地实时控制，优先给一级负荷供电，避免储能资源的粗狂式使用。相较于集中式控制，本地控制器就地实时控制方式能够提高对子微网系统内部电力负荷进行供电的响应速度，保证一级负荷不间断供电。而且，相较于将储能装置配置在中高压侧，将储能装置配置在低压侧还能够降低系统成本。

可选的，参见图2，所述子微网系统还可以包括移动式储能装置。此时，所述子微网系统的本地控制器20还用于在根据所述计算结果确定出本子微网系统不足以支撑本子微网系统中的一级负荷不中断供电时，接通本子微网系统中的移动式储能装置进行协同供电，从而进一步保证了一级负荷在大电网故障期间不中断供电。所述移动式储能装置的特点是灵活性强、即插即用，便于子微网系统中储能资源直接增减。具体的，所述移动式储能装置可以包括充电桩和电动汽车，在本地控制器20的控制下，所述电动汽车通过所述充电桩反向供电。

本发明实施例还公开了一种微电网，包括如上述公开的任一种微电网控制系统。

此外，本发明实施例还公开了一种微电网控制方法，应用于微电网控制系统；

所述微电网包括集中式供电系统和多个子微网系统；

所述集中式供电系统采用中压能源和/或高压能源对外供电；所述中压能源和高压能源均为分布式能源；

所述子微网系统包括低压能源和负荷，所述负荷包含一级负荷；所述低压能源包括分布式能源和储能装置；

所述微电网控制系统包括中央控制器以及分别与每个子微网系统对应设置的本地控制器。

如图3所示，所述微电网控制方法包括：

步骤S01：所述中央控制器检测所述微电网是否离网，在检测到微电网离网时，进入步骤S02，否则，返回步骤S01。

步骤S02：所述中央控制器将各个电力负荷的等级发送给本电力负荷所属的子微网系统的本地控制器，以及将所述集中式供电系统输出的能量分配到各个子微网系统。

可选的，所述中央控制器通过光纤环网通讯方式将各个电力负荷的等级发送给本电力负荷所属的子微网系统的本地控制器。

步骤S03：所述子微网系统的本地控制器计算本子微网系统在所述微电网离网时的供电能力大小和供电时间长短，得到计算结果；其中，在微电网离网时，所述子微网系统以所述集中式供电系统分配的能量和本子微网系统中的低压电源输出的能量作为能量来源。

步骤S04：所述子微网系统的本地控制器根据所述计算结果控制本子微网系统优先给本子微网系统中等级高的电力负荷供电。

可选的，所述子微网系统还包括移动式储能装置；

对应的，所述步骤S04具体包括：所述子微网系统的本地控制器根据所述计算结果确定本子微网系统是否足以支撑本子微网系统中的一级负荷不中断供电，若不足以支撑，则在接通所述移动式储能装置的情况下控制本子微网系统优先给本子微网系统中等级高的电力负荷供电。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的微电网控制方法而言，由于其与实施例公开的微电网控制系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见微电网控制系统部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种微电网控制系统，其特征在于，所述微电网包括集中式供电系统和多个子微网系统；

所述集中式供电系统采用中压能源和/或高压能源对外供电；所述中压能源和高压能源均为分布式能源；

所述子微网系统包括低压能源和负荷，所述负荷包含一级负荷；所述低压能源包括分布式能源和储能装置；

所述微电网控制系统包括：中央控制器，以及分别与每个子微网系统对应设置的本地控制器；

所述中央控制器中存储有所述微电网中所有电力负荷的等级，用于在检测到微电网离网时，将各个电力负荷的等级发送给本电力负荷所属的子微网系统的本地控制器，以及将所述集中式供电系统输出的能量分配到各个子微网系统；

在微电网离网时，所述子微网系统以所述集中式供电系统分配的能量和本子微网系统中的低压电源输出的能量作为能量来源；所述子微网系统的本地控制器用于计算本子微网系统在所述微电网离网时的供电能力大小和供电时间长短，根据计算结果控制本子微网系统优先给本子微网系统中等级高的电力负荷供电。

2.根据权利要求1所述的微电网控制系统，其特征在于，所述子微网系统还包括移动式储能装置；

对应的，所述子微网系统的本地控制器还用于在根据所述计算结果确定出本子微网系统不足以支撑本子微网系统中的一级负荷不中断供电时，接通本子微网系统中的移动式储能装置。

3.根据权利要求2所述的微电网控制系统，其特征在于，所述移动式储能装置包括充电桩和电动汽车，所述电动汽车通过所述充电桩反向供电。

4.根据权利要求1所述的微电网控制系统，其特征在于，所述中央控制器与所有本地控制器通过光纤环网通讯。

5.一种微电网，其特征在于，包括如权利要求1-4中任一项所述的微电网控制系统。

6.一种微电网控制方法，其特征在于，应用于微电网控制系统；

所述微电网包括集中式供电系统和多个子微网系统；

所述集中式供电系统采用中压能源和/或高压能源对外供电；所述中压能源和高压能源均为分布式能源；

所述子微网系统包括低压能源和负荷，所述负荷包含一级负荷；所述低压能源包括分布式能源和储能装置；

所述微电网控制系统包括中央控制器以及分别与每个子微网系统对应设置的本地控制器；

所述微电网控制方法包括：

所述中央控制器检测所述微电网是否离网；

所述中央控制器在检测到微电网离网时，将各个电力负荷的等级发送给本电力负荷所属的子微网系统的本地控制器，以及将所述集中式供电系统输出的能量分配到各个子微网系统；

所述子微网系统的本地控制器计算本子微网系统在所述微电网离网时的供电能力大小和供电时间长短，得到计算结果；其中，在微电网离网时，所述子微网系统以所述集中式供电系统分配的能量和本子微网系统中的低压电源输出的能量作为能量来源；

所述子微网系统的本地控制器根据所述计算结果控制本子微网系统优先给本子微网系统中等级高的电力负荷供电。

7.根据权利要求6所述的微电网控制系统，其特征在于，所述子微网系统还包括移动式储能装置；

对应的，所述子微网系统的本地控制器根据所述计算结果控制本子微网系统优先给本子微网系统中等级高的电力负荷供电，包括：所述子微网系统的本地控制器根据所述计算结果确定本子微网系统是否足以支撑本子微网系统中的一级负荷不中断供电，若不足以支撑，则在接通所述移动式储能装置的情况下控制本子微网系统优先给本子微网系统中等级高的电力负荷供电。

8.根据权利要求6所述的微电网控制系统，其特征在于，所述将各个电力负荷的等级发送给本电力负荷所属的子微网系统的本地控制器，包括：

通过光纤环网通讯方式将各个电力负荷的等级发送给本电力负荷所属的子微网系统的本地控制器。