CN109066799A - 一种适用于含光储的微电网黑启动系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种适用于含光储的微电网黑启动系统及方法，涉及一种含有光伏和储能系统的微电网黑启动方法。本发明为了解决现有微电网黑启动方式依赖蓄电池剩余电量和柴油发电机剩余油料，限制了微电网的灵活性和自我恢复的特性的问题。该黑启动系统包括光伏组件输出端子、光伏微型断路器、黑启动电源、1号断路器、2号断路器、3号断路器、直流变换器控制板、电池管理系统控制板和储能逆变器控制板；在黑启动前，直接利用太阳能对直流变换器控制板、电池管理系统控制板、储能逆变器控制板供电，然后闭合光伏侧直流断路器和蓄电池直流断路器，启动直流变换器，利用太阳能量对蓄电池进行充电。本发明使得系统只要有太阳能，在任意蓄电的情况下都能够实现黑启动。

Description

一种适用于含光储的微电网黑启动系统及方法
技术领域
本发明涉及一种含有光伏和储能系统的微电网黑启动方法。
背景技术
随着分布式发电技术的发展，多种分布式电源、储能装置、负荷及控制装置组合成独立的供电系统，以微网的形式接入大电网，利用控制的灵活性可实现其对大电网供电能力和电能质量的支撑作用。
为提高供电可靠性，当主电网发生意外故障或运行维护时，微网可运行于孤立运行状态，从而实现对局部电网的稳定供电。考虑到微网系统孤立运行时，可能由于某些故障而导致系统失电，为进一步提高系统的供电可靠性，微网系统应具有孤立运行状态下的黑启动功能。
所谓微网黑启动，指在整个微网因外部或内部故障停运进入全黑状态后，不依靠大电网或其它微网的帮助，仅通过启动微网内部具有黑启动能力的微源，进而带动微网内无黑启动能力的微源，逐步扩大系统的恢复范围，最终实现整个微网的重新启动。
但是，目前大部分研究都是基于柴油发电机和储能系统作为微电网黑启动的主参考电源，严重依赖蓄电池剩余电量和柴油发电机剩余油料，如果电池电量为零或没有油料，微电网无法黑启动，限制了微电网的灵活性和自我恢复的特性。
发明内容
本发明是为了解决现有微电网黑启动方式依赖蓄电池剩余电量和柴油发电机剩余油料，限制了微电网的灵活性和自我恢复的特性的问题，本发明提供了一种适用于含光储的微电网黑启动系统及方法。
适用于含光储的微电网黑启动系统，该黑启动系统包括光伏组件输出端子、光伏微型断路器、黑启动电源、1号断路器、2号断路器、3号断路器、直流变换器控制板、电池管理系统控制板和储能逆变器控制板；
光伏组件输出端子用于接收含光储的微电网中光伏组件输出的电能，并通过光伏微型断路器给黑启动电源进行供电，黑启动电源用于将光伏组件输出的电能转化为稳定的24V直流电，所述稳定的24V直流电用于给直流变换器控制板、电池管理系统控制板和储能逆变器控制板进行供电；
黑启动电源和直流变换器控制板之间设有1号断路器；
黑启动电源和电池管理系统控制板之间设有2号断路器；
黑启动电源和储能逆变器控制板之间设有3号断路器。
优选的是,所述的适用于含光储的微电网黑启动系统，还包括4号断路器和除湿散热器；
黑启动电源输出的稳定的24V直流电用于给除湿散热器进行供电；
黑启动电源和除湿散热器之间设有4号断路器。
优选的是，所述的适用于含光储的微电网黑启动系统，还包括5号断路器和温控器；
黑启动电源输出的稳定的24V直流电用于给温控器进行供电；
黑启动电源和温控器之间设有5号断路器。
一种全黑的含光储的微电网黑启动方法，该黑启动方法是基于所述适用于含光储的微电网黑启动系统实现，所述含光储微电网包括光伏组件、光伏汇流箱、光伏侧直流断路器、直流变换器、直流母线、蓄电池、蓄电池直流断路器、储能逆变器、交流断路器、交流母线、负载断路器和负载设备；
光伏组件输出的电能经光伏汇流箱汇流后，又经光伏侧直流断路器流入直流变换器，经直流变换器进行电流变换后，输出的直流电接入直流母线，蓄电池通过蓄电池直流断路器接入直流母线；
储能逆变器的输入端接入直流母线，储能逆变器的输出端通过交流断路器接入交流母线；
负载设备通过负载断路器接入交流母线；
该黑启动方法包括如下步骤：
步骤一、闭合光伏微型断路器，当光伏组件输出的直流电压大于400V时，黑启动电源将光伏组件输出的直流电压转化为稳定的24V直流电；
步骤二、闭合1号断路器、2号断路器和3号断路器，直流变换器控制板、电池管理系统控制板和储能逆变器控制板得电后开始工作；
步骤三、闭合光伏侧直流断路器和蓄电池直流断路器后，通过直流变换器控制板启动直流变换器，直流变换器开始工作，光伏组件输出的电能经过光伏汇流箱、光伏侧直流断路器、直流变换器、直流母线、蓄电池直流断路器给蓄电池以限功率方式充电；
步骤四、电池管理系统控制板用于检测蓄电池的SOC，当蓄电池的SOC大于20％时，通过储能逆变器控制板启动储能逆变器，储能逆变器开始工作，蓄电池、光伏组件和储能逆变器共同为微电网的交流母线提供电压；
步骤五、当蓄电池的SOC大于60％时，负载断路器闭合，负载设备接入交流母线，给负载正常供电，黑启动完成。
优选的是，所述的一种全黑的含光储的微电网黑启动方法中，所述含光储微电网还包括4号断路器和除湿散热器；
黑启动电源输出的稳定的24V直流电用于给除湿散热器进行供电；
黑启动电源和除湿散热器之间设有4号断路器；
优选的是，所述的一种全黑的含光储的微电网黑启动方法，还包括步骤一一，步骤一一位于步骤一与步骤二之间，且步骤一一具体为：
闭合4号断路器，除湿散热器得电后用于对直流变换器控制板、电池管理系统控制板和储能逆变器控制板除湿散热。
优选的是，所述的一种全黑的含光储的微电网黑启动方法，所述含光储微电网还包括5号断路器和温控器；
黑启动电源输出的稳定的24V直流电用于给温控器进行供电；
黑启动电源和温控器之间设有5号断路器。
优选的是，所述的一种全黑的含光储的微电网黑启动方法，还包括步骤一二，步骤一二位于步骤一一和步骤二之间，步骤一二具体为：
闭合5号断路器，温控器用于检测直流变换器控制板、电池管理系统控制板和储能逆变器控制板的温湿度，并对除湿散热器进行控制。
原理说明：在没有柴油发电机或储能电池电量极低情况下，直流变换器控制板、电池管理系统控制板、储能逆变器控制板因无电无法正常控制对应的直流变换器、蓄电池和储能逆变器启动运行，因此黑启动前，直接利用太阳能对直流变换器控制板、电池管理系统控制板、储能逆变器控制板供电。然后闭合光伏侧直流断路器和蓄电池直流断路器，启动直流变换器，利用太阳能量对蓄电池进行充电。本发明在不建立交流电网的情况下，通过内部直流变换器支路对蓄电池进行预充电，直到电池能量可以支撑建立交流电网。该发明使得系统只要有太阳能，在任意蓄电的情况下都能够实现黑启动。
当蓄电池电量满足要求时，可启动储能逆变器，光伏组件和蓄电池共同建立交流母线电网；其它新能源设备以交流母线电压为参考源并入微电网，给电池充电或给负载供电；此时若交流负载比较大时，光伏组件、蓄电池、其它新能源共同为交流侧出力；若交流侧负载比较小时，则光伏组件和其它新能源剩余的能量继续对蓄电池进行充电；至此，完成整个黑启动的全过程，微电网系统进入稳定运行状态。
本发明带来的有益效果是，针对目前微电网黑启动大部分是基于储能蓄电池和柴油发电机作为后备电源，严重依赖储能蓄电池剩余电量和柴油发电机剩余油料，且储能蓄电池和柴油发电机作为黑启动方式单一的现状，本发明提出一种适用于含光储的微电网黑启动系统及方法，本发明是在储能系统电池电量为零并且没有柴油发电机的工况下的全黑的微电网黑启动方式，可以作为以储能蓄电池或柴油发电机黑启动方式的冗余，大大提高了微电网自我恢复的能力和可靠性。
本发明的特点：
a)黑启动不借助于外部电源，如柴油发电机等，只要有光伏能量，就能黑启动；
b)非常适合高寒和海岛地区黑启动，启动前可利用光伏能量对设备部件及环境进行预加热；
c)能够在所有电池电量放完后实现黑启动，建立交流电网前，通过直流变换器支路实现内部对蓄电池进行充电；
d)相对于直接将光伏电池板和蓄电池并接黑启动方案：光储一体机对电池的预充电能量可控(电池深度放电后，不适合直接以大电流进行充电)，既可实现MPPT有可以限功率；电池的光伏板没有直接并接，系统更安全。
附图说明
图1为本发明所述适用于含光储的微电网黑启动系统的原理图。
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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图1和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
实施例1：
结合图1来说明本实施例1，本实施例1所述的适用于含光储的微电网黑启动系统，该黑启动系统包括光伏组件输出端子2-1、光伏微型断路器2-2、黑启动电源2-3、1号断路器2-4、2号断路器2-5、3号断路器2-6、直流变换器控制板2-7、电池管理系统控制板2-8和储能逆变器控制板2-9；
光伏组件输出端子2-1用于接收含光储的微电网中光伏组件1-1输出的电能，并通过光伏微型断路器2-2给黑启动电源2-3进行供电，黑启动电源2-3用于将光伏组件1-1输出的电能转化为稳定的24V直流电，所述稳定的24V直流电用于给直流变换器控制板2-7、电池管理系统控制板2-8和储能逆变器控制板2-9进行供电；
黑启动电源2-3和直流变换器控制板2-7之间设有1号断路器2-4；
黑启动电源2-3和电池管理系统控制板2-8之间设有2号断路器2-5；
黑启动电源2-3和储能逆变器控制板2-9之间设有3号断路器2-6。
结合图1来说明本实施例1，本实施例1所述的适用于含光储的微电网黑启动系统的优选实施例为：
所述的适用于含光储的微电网黑启动系统还包括4号断路器2-10和除湿散热器2-11；
黑启动电源2-3输出的稳定的24V直流电用于给除湿散热器2-11进行供电；
黑启动电源2-3和除湿散热器2-11之间设有4号断路器2-10。
结合图1来说明本实施例1，本实施例1所述的适用于含光储的微电网黑启动系统的优选实施例为：
所述的适用于含光储的微电网黑启动系统还包括5号断路器2-12和温控器2-13；
黑启动电源2-3输出的稳定的24V直流电用于给温控器2-13进行供电；
黑启动电源2-3和温控器2-13之间设有5号断路器2-12。
实施例2：
结合图1来说明本实施例2，本实施例2所述的一种全黑的含光储的微电网黑启动方法，该黑启动方法是基于实施例1所述适用于含光储的微电网黑启动系统实现，所述含光储微电网包括光伏组件1-1、光伏汇流箱1-2、光伏侧直流断路器1-3、直流变换器1-4、直流母线1-5、蓄电池1-6、蓄电池直流断路器1-7、储能逆变器1-8、交流断路器1-9、交流母线1-10、负载断路器1-11和负载设备1-12；
光伏组件1-1输出的电能经光伏汇流箱1-2汇流后，又经光伏侧直流断路器1-3流入直流变换器1-4，经直流变换器1-4进行电流变换后，输出的直流电接入直流母线1-5，蓄电池1-6通过蓄电池直流断路器1-7接入直流母线1-5；
储能逆变器1-8的输入端接入直流母线1-5，储能逆变器1-8的输出端通过交流断路器1-9接入交流母线1-10；
负载设备1-12通过负载断路器1-11接入交流母线1-10；
该黑启动方法包括如下步骤：
步骤一、闭合光伏微型断路器2-2，当光伏组件1-1输出的直流电压大于400V时，黑启动电源2-3将光伏组件1-1输出的直流电压转化为稳定的24V直流电；
步骤二、闭合1号断路器2-4、2号断路器2-5和3号断路器2-6，直流变换器控制板2-7、电池管理系统控制板2-8和储能逆变器控制板2-9得电后开始工作；
步骤三、闭合光伏侧直流断路器1-3和蓄电池直流断路器1-7后，通过直流变换器控制板2-7启动直流变换器1-4，直流变换器1-4开始工作，光伏组件1-1输出的电能经过光伏汇流箱1-2、光伏侧直流断路器1-3、直流变换器1-4、直流母线1-5、蓄电池直流断路器1-7给蓄电池1-6以限功率方式充电；
步骤四、电池管理系统控制板2-8用于检测蓄电池1-6的SOC，当蓄电池1-6的SOC大于20％时，通过储能逆变器控制板2-9启动储能逆变器1-8，储能逆变器1-8开始工作，蓄电池1-6、光伏组件1-1和储能逆变器1-8共同为微电网的交流母线1-10提供电压；
步骤五、当蓄电池1-6的SOC大于60％时，负载断路器1-11闭合，负载设备1-12接入交流母线1-10，给负载正常供电，黑启动完成。
结合图1来说明本实施例2，本实施例2所述的一种全黑的含光储的微电网黑启动方法的优选实施例为：所述含光储微电网还包括4号断路器2-10和除湿散热器2-11；
黑启动电源2-3输出的稳定的24V直流电用于给除湿散热器2-11进行供电；
黑启动电源2-3和除湿散热器2-11之间设有4号断路器2-10。
该优选实施例中，所述的一种全黑的含光储的微电网黑启动方法的优选方式为：所述一种全黑的含光储的微电网黑启动方法还包括步骤一一，步骤一一位于步骤一与步骤二之间，且步骤一一具体为：
闭合4号断路器2-10，除湿散热器2-11得电后用于对直流变换器控制板2-7、电池管理系统控制板2-8和储能逆变器控制板2-9除湿散热。
结合图1来说明本实施例2，本实施例2所述的一种全黑的含光储的微电网黑启动方法的优选实施例为：
所述含光储微电网还包括5号断路器2-12和温控器2-13；
黑启动电源2-3输出的稳定的24V直流电用于给温控器2-13进行供电；
黑启动电源2-3和温控器2-13之间设有5号断路器2-12。
该优选实施例中，所述的一种全黑的含光储的微电网黑启动方法的优选方式为：所述一种全黑的含光储的微电网黑启动方法还包括步骤一二，步骤一二位于步骤一一和步骤二之间，步骤一二具体为：
闭合5号断路器2-12，温控器2-13用于检测直流变换器控制板2-7、电池管理系统控制板2-8和储能逆变器控制板2-9的温湿度，并对除湿散热器2-11进行控制。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其它的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例。

Claims (8)

1.适用于含光储的微电网黑启动系统，其特征在于；该黑启动系统包括光伏组件输出端子(2-1)、光伏微型断路器(2-2)、黑启动电源(2-3)、1号断路器(2-4)、2号断路器(2-5)、3号断路器(2-6)、直流变换器控制板(2-7)、电池管理系统控制板(2-8)和储能逆变器控制板(2-9)；
光伏组件输出端子(2-1)用于接收含光储的微电网中光伏组件(1-1)输出的电能，并通过光伏微型断路器(2-2)给黑启动电源(2-3)进行供电，黑启动电源(2-3)用于将光伏组件(1-1)输出的电能转化为稳定的24V直流电，所述稳定的24V直流电用于给直流变换器控制板(2-7)、电池管理系统控制板(2-8)和储能逆变器控制板(2-9)进行供电；
黑启动电源(2-3)和直流变换器控制板(2-7)之间设有1号断路器(2-4)；
黑启动电源(2-3)和电池管理系统控制板(2-8)之间设有2号断路器(2-5)；
黑启动电源(2-3)和储能逆变器控制板(2-9)之间设有3号断路器(2-6)。
2.根据权利要求1所述的适用于含光储的微电网黑启动系统，其特征在于，还包括4号断路器(2-10)和除湿散热器(2-11)；
黑启动电源(2-3)输出的稳定的24V直流电用于给除湿散热器(2-11)进行供电；
黑启动电源(2-3)和除湿散热器(2-11)之间设有4号断路器(2-10)。
3.根据权利要求1或2所述的适用于含光储的微电网黑启动系统，其特征在于，还包括5号断路器(2-12)和温控器(2-13)；
黑启动电源(2-3)输出的稳定的24V直流电用于给温控器(2-13)进行供电；
黑启动电源(2-3)和温控器(2-13)之间设有5号断路器(2-12)。
4.一种全黑的含光储的微电网黑启动方法，该黑启动方法是基于权利要求1所述适用于含光储的微电网黑启动系统实现，所述含光储微电网包括光伏组件(1-1)、光伏汇流箱(1-2)、光伏侧直流断路器(1-3)、直流变换器(1-4)、直流母线(1-5)、蓄电池(1-6)、蓄电池直流断路器(1-7)、储能逆变器(1-8)、交流断路器(1-9)、交流母线(1-10)、负载断路器(1-11)和负载设备(1-12)；
光伏组件(1-1)输出的电能经光伏汇流箱(1-2)汇流后，又经光伏侧直流断路器(1-3)流入直流变换器(1-4)，经直流变换器(1-4)进行电流变换后，输出的直流电接入直流母线(1-5)，蓄电池(1-6)通过蓄电池直流断路器(1-7)接入直流母线(1-5)；
储能逆变器(1-8)的输入端接入直流母线(1-5)，储能逆变器(1-8)的输出端通过交流断路器(1-9)接入交流母线(1-10)；
负载设备(1-12)通过负载断路器(1-11)接入交流母线(1-10)；
其特征在于，该黑启动方法包括如下步骤：
步骤一、闭合光伏微型断路器(2-2)，当光伏组件(1-1)输出的直流电压大于400V时，黑启动电源(2-3)将光伏组件(1-1)输出的直流电压转化为稳定的24V直流电；
步骤二、闭合1号断路器(2-4)、2号断路器(2-5)和3号断路器(2-6)，直流变换器控制板(2-7)、电池管理系统控制板(2-8)和储能逆变器控制板(2-9)得电后开始工作；
步骤三、闭合光伏侧直流断路器(1-3)和蓄电池直流断路器(1-7)后，通过直流变换器控制板(2-7)启动直流变换器(1-4)，直流变换器(1-4)开始工作，光伏组件(1-1)输出的电能经过光伏汇流箱(1-2)、光伏侧直流断路器(1-3)、直流变换器(1-4)、直流母线(1-5)、蓄电池直流断路器(1-7)给蓄电池(1-6)以限功率方式充电；
步骤四、电池管理系统控制板(2-8)用于检测蓄电池(1-6)的SOC，当蓄电池(1-6)的SOC大于20％时，通过储能逆变器控制板(2-9)启动储能逆变器(1-8)，储能逆变器(1-8)开始工作，蓄电池(1-6)、光伏组件(1-1)和储能逆变器(1-8)共同为微电网的交流母线(1-10)提供电压；
步骤五、当蓄电池(1-6)的SOC大于60％时，负载断路器(1-11)闭合，负载设备(1-12)接入交流母线(1-10)，给负载正常供电，黑启动完成。
5.根据权利要求4所述的一种全黑的含光储的微电网黑启动方法，其特征在于，所述含光储微电网还包括4号断路器(2-10)和除湿散热器(2-11)；
黑启动电源(2-3)输出的稳定的24V直流电用于给除湿散热器(2-11)进行供电；
黑启动电源(2-3)和除湿散热器(2-11)之间设有4号断路器(2-10)。
6.根据权利要求5所述的一种全黑的含光储的微电网黑启动方法，其特征在于，还包括步骤一一，步骤一一位于步骤一与步骤二之间，且步骤一一具体为：
闭合4号断路器(2-10)，除湿散热器(2-11)得电后用于对直流变换器控制板(2-7)、电池管理系统控制板(2-8)和储能逆变器控制板(2-9)除湿散热。
7.根据权利要求6所述的一种全黑的含光储的微电网黑启动方法，其特征在于，所述含光储微电网还包括5号断路器(2-12)和温控器(2-13)；
黑启动电源(2-3)输出的稳定的24V直流电用于给温控器(2-13)进行供电；
黑启动电源(2-3)和温控器(2-13)之间设有5号断路器(2-12)。
8.根据权利要求7所述的一种全黑的含光储的微电网黑启动方法，其特征在于，还包括步骤一二，步骤一二位于步骤一一和步骤二之间，步骤一二具体为：
闭合5号断路器(2-12)，温控器(2-13)用于检测直流变换器控制板(2-7)、电池管理系统控制板(2-8)和储能逆变器控制板(2-9)的温湿度，并对除湿散热器(2-11)进行控制。
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