CN109557393A - 一种新型微电网切换运行实验平台及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型微电网切换运行实验平台及实验方法，包括阵列仿真模块、逆变模块、智能控制模块、能源监测模块、自动重合闸模块、主电源模块、负载模块、储能系统及上位机；阵列仿真模块为逆变模块提供不同特性的能量来源；逆变模块包括并联设置的并网逆变模块和离网逆变模块，并网逆变模块包括并网逆变器，离网逆变模块包括离网逆变器，能源监测模块用于监测并网逆变模块的电力输出参数；自动重合闸模块设有PCC开关，用于接收能源监测模块的输入信号，通过控制PCC开关的通断实现微电网与大电网的通断。本发明能够使学员快速了解智能微网设备的工作过程和工作原理。本发明降低并网逆变器的体积与成本，有利于及时了解大电网电能质量水平。

Description

一种新型微电网切换运行实验平台及实验方法

技术领域

本发明涉及新能源实验平台技术领域，具体涉及一种新型微电网切换运行实验平台及实验方法。

背景技术

1.现有的智能微网设备，通过外部信号模拟故障发生，同时驱动PCC开关断开，断开并网线路进入离网运行，故障信号消失后，PCC开关闭合，恢复并网线路；使用的并网逆变器体积大、成本高，能量利用率低，抗局部阴影能力差；

2.现有的智能微网设备，无法自动检测PCC点处的电压、电流、漏电等运行情况，当故障发生时，PCC开关自动快速切断并网线路，进入离网运行，故障消除后，PCC开关自动恢复合闸，恢复并网线路。使用的并网逆变器占用空间较大，价格较为昂贵，无法顾及系统中每块光伏组件，抗局部阴影能力差，导致转换效率低下，且并网启动电压条件较高，无法满足小功率的光伏组件并网；现有设备未能实现对并网时的电网中谐波含有量进行监测；无法实现当微电网进入并网状态时，实时监测并网点处的相关电能指标参数，无法及时了解电网电能质量水平。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种新型微电网切换运行实验平台及实验方法，解决了现有技术中并网逆变器体积大、成本高，能量利用率低，抗局部阴影能力差，无法满足小功率的光伏组件并网，且不能对并网电网中的谐波含有量进行监测，以及无法对电网电能质量水平进行评估的技术问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种新型微电网切换运行实验平台，其特征在于：包括阵列仿真模块、逆变模块、智能控制模块、能源监测模块、自动重合闸模块、主电源模块、负载模块、储能系统及上位机；

所述阵列仿真模块为逆变模块提供不同特性的能量来源；

所述逆变模块包括并联设置的并网逆变模块和离网逆变模块，所述并网逆变模块包括并网逆变器及用于控制并网逆变器输入端通断的继电器一，所述离网逆变模块包括离网逆变器及用于控制离网逆变器输入端通断的继电器二，所述继电器一及继电器二的控制端均连接智能控制模块；

所述能源监测模块用于监测并网逆变模块的电力输出参数；

所述自动重合闸模块设有PCC开关，用于接收能源监测模块的输入信号，通过控制PCC开关的通断实现微电网与大电网的通断；

所述主电源模块实验平台的各个模块及电路提供电源；

所述储能系统用于向逆变模块提供能量来源；

所述负载模块用于连接逆变模块，用于模拟不同类型的用电设备；

所述上位机用于监测微电网的运行状态。

作为一种优化方案，前述的一种新型微电网切换运行实验平台：还包括可编程交流电源，所述可编程交流电源用于向实验平台提供不同负载的供电电源，模拟不同类型的输出波形，监测实验平台的电气参数。

作为一种优化方案，前述的一种新型微电网切换运行实验平台：还包括串口管理模块，所述串口管理模块用于将RS485、RS232、RS422接口配置成以太网IP端口。

作为一种优化方案，前述的一种新型微电网切换运行实验平台：还包括LAN管理模块，所述LAN管理模块用于将多个实验平台以太网的方式组网。

作为一种优化方案，前述的一种新型微电网切换运行实验平台：能源监测模块监测并网逆变模块的电力输出参数包括电压、电流、有功电能、无功电能、功率因数、分相电能、谐波含量等，并且具备SOE事件记录、电压骤升骤降记录、故障录波、手动录波、历史数据记录、过压欠压、过流欠流、过载欠载事件记录。

作为一种优化方案，前述的一种新型微电网切换运行实验平台：上位机监测微电网的运行状态包括微电网运行方式、微电网启停状态、系统频率、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、公共接点电压、并实时统计光伏发电总功率、负载功率等参数，能够将每日的电能累计、电压骤升事件、电压骤降事件、电压中断，故障录波、电压过压、电压欠压、电流过流、电流欠流、功率过载、功率欠载及数据存储。

作为一种优化方案，前述的一种新型微电网切换运行实验平台：还包括试验台架，所述试验台架设有多层框架，所述多层框架用于放置阵列仿真模块、储能系统、可编程交流电源、逆变模块、智能控制模块、能源监测模块、自动重合闸模块、主电源模块及负载模块。

作为一种优化方案，前述的一种新型微电网切换运行实验平台：所述试验台架的下端还设有若干万向脚轮。

基于前述的一种新型微电网切换运行实验平台的实验方法，其特征在于：

当大电网出现故障或扰动问题时，能源监测模块控制PCC开关动作，实验平台与大电网断开，切换成离网运行模式，负载模块所需的能量全部由阵列仿真模块提供；

当阵列仿真模块和储能系统都无法满足负载模块的需求时，切断负载模块中的非重要负载的供电，仅保留重要负载供电的可靠性。

本发明所达到的有益效果：

本发明的智能控制模块通过控制各路继电器的通断实现阵列仿真模块及储能系统与大电网的接通或断开，当大电网出现故障或扰动问题时，自动重合闸模块中的PCC开关能自动检测出该点处的电压、电流、漏电等运行情况，当故障发生时，PCC开关自动快速切断并网线路，切换成离网运行模式，故障消除后，PCC开关自动恢复合闸，恢复并网线路。当阵列仿真模块和储能系统都无法满足负载模块的需求时，切断负载模块中的非重要负载的供电，仅保留重要负载供电的可靠性。

上位机对实验平台的运行状态和运行参数进行实时监测，通过上述数据检测、分析和管理，能够使学员快速了解智能微网设备的工作过程和工作原理。降低并网逆变器的体积与成本，及时了解微电网进入并网状态时，并网点处的相关电能指标参数，及时了解大电网电能质量水平。

附图说明

图1是本发明整体框架图；

附图标记的含义：1-试验台架；2-阵列仿真模块；3-可编程交流电源；4-并网逆变模块；5-离网逆变模块；6-智能控制模块；7-能源监测模块；8-自动重合闸模块；9-主电源模块；11-负载模块；12-串口管理模块；13- LAN管理模块；14-上位机；15-万向脚轮；16-多层框架；17-面板电源模块。

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：本实施例公开了一种新型微电网切换运行实验平台，包括阵列仿真模块2、可编程交流电源3、逆变单元、智能控制模块6、能源监测模块7、自动重合闸模块8、主电源模块9、负载模块11、串口管理模块12、LAN管理模块13及上位机14。

阵列仿真模块2用于替代真实光伏电池组件，在不受环境因素变化的随机性与间歇性束缚，直接模拟大功率的光伏电池组件发电，向逆变单元提供能量来源，并且该模块能够根据实验条件的需求提供不同工况下的光伏组件的外特性，充分满足实验的多样性需求。

可编程交流电源3能够提供不同负载的供电电源，模拟不同类型的输出波形，监测电力系统中的电气参数，以及满足并网逆变器测试需求，保障电网中电能质量。

逆变单元是将接入的直流电转换为工频交流电，供负载单元使用，主要包括并网逆变模块4和离网逆变模块5。

具体的，本实例中并网逆变模块4设有并网逆变器、继电器，离网逆变模块5设有离网逆变器、继电器。在并网逆变器和离网逆变器的输入端均设有继电器的常开触点，将其电气串联连接，通过智能控制模块6向继电器线圈发送命令，使其对应的常开触点闭合或断开，从而实现并网逆变器、离网逆变器输入端当前的状态（断开还是闭合）。其中，现采用的并网逆变器能够优化光伏组件发电性能，将其直接与单个光伏组件集成，使得其对单块光伏组件的最大功率点跟踪，使光伏组件已最大功率运行，使系统的发电性能大幅度提升。

智能控制模块6用于控制逆变单元，通过在逆变单元的直流输入端设置两组常开触点，利用智能控制模块6向继电器发出命令，从而驱动继电器线圈，使相应的继电器触点做出闭合或断开响应，实现并网与离网之间的切换运行。

能源监测模块7与并网逆变模块4的交流输出端相连，可监测该输出线路上的电力参数，主要包括电压、电流、有功电能、无功电能、功率因数、分相电能、谐波含量等，并且具备SOE事件记录、电压骤升骤降记录、故障录波、手动录波、历史数据记录、过压欠压、过流欠流、过载欠载事件记录等。

自动重合闸模块8的输入端与能源监测模块7相连，输出端与大电网相连。通过闭合自动重合闸模块的PCC直接（公共耦合点）与大电网相连，实现微电网与主网的并网运行，与大电网之间进行有功功率交换。

主电源模块9用于为实验平台的各个模块及电路提供交流或直流电源。

负载模块11用于连接逆变单元，用于模拟不同类型的用电设备，主要包括阻性负载、容性负载、感性负载。

串口管理模块12是将串口RS485/RS232/RS422接口数据自适应成标准的以太网IP端口数据，将多路串口接口，转化成一路以太网与LAN管理模块13相连接进行组网，且无须淘汰已有的串口设备。

LAN管理模块13采用以太网方式快速组网，即插即用，传输效率快。

上位机14内置软件用于监测微电网的运行状态，主要包括微电网运行方式、微电网启停状态、系统频率、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、公共接点电压、并实时统计光伏发电总功率、负载功率等参数，能够将每日的电能累计、电压骤升事件、电压骤降事件、电压中断，故障录波、电压过压、电压欠压、电流过流、电流欠流、功率过载、功率欠载等数据存储。

本实施还包括实验台架1，前述的各个模块、单元及电路均用多层框架16隔开设置在实验台架1，为了便于移动，实验台架1的下方还设有万向脚轮15，实验台架桌面上方还设有面板电源模块17，综合考虑，在面板电源模块17还设置了多个大电流设备使用的插座电源。

本实施例还公开了一种新型储能系统实验平台的工作方法，具体如下；

实验时，阵列仿真模块2用于替代真实光伏电池组件，在不受环境因素变化的随机性与间歇性束缚，直接模拟大功率的光伏电池组件发电，向逆变单元提供能量来源，并且阵列仿真模块能够根据实验条件的需求提供不同工况下的光伏组件的外特性，充分满足实验的多样性需求。当主电网正常运行时，微电网通过闭合自动重合闸模块PCC开关（公共耦合点）与大电网相连，实现与主网的并网运行，与大电网之间进行有功功率交换；当负载模块11所需用电量大于阵列仿真模块2提供的发电量时，系统向大电网10吸收电能；反之，当负载模块11所需用电量小于阵列仿真模块2提供的发电量时，系统向大电网输送电能。当大电网出现故障或扰动问题时，微电网会与大电网断开，切换成离网（孤网）运行模式。若阵列仿真模块2无法满足负载模块11的需求时，可逐一切断负载模块11中的部分负载，来保护系统运行的稳定性，优先切断负载模块11中的非重要负载的供电，从而保证负载模块11中的重要负载供电的可靠性，非重要负载及重要负载的具体定义可在实际使用时，根据系统自身情况及使用者的实际需求进行判断及设定。

直到大电网恢复正常时，系统会通过闭合自动重合闸模块中的PCC开关点重新转入并网运行模式。

在上述实验过程中；上位机实时参数监测实验平台：主要包括微电网运行方式、微电网启停状态、系统频率、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、公共接点电压、并实时统计光伏发电总功率、负载功率、储能单元充放电功率以及开关状态和设备状态等。

历史数据存储：主要包括每日的电能累计、电压骤升事件、电压骤降事件、电压中断，故障录波、电压过压、电压欠压、电流过流、电流欠流、功率过载、功率欠载等。

远程控制管理：通过上位机软件实现各支路的继电器远程控制，即通过软件界面中的开关实现远程分合闸操作，并对分合闸状态进行监控。

数据报表导出：系统能按照日、月、季、年等方式提供不同的报表，所有的报表均可以导出成EXCEL。

负荷系统管理：通过监控软件能够对负荷的切投进行管理，从而维持系统稳定，并监控各负荷消耗的功率以及相应的切投开关的状态。

控制策略协调：实现并网与孤网之间的平滑切换。

通过上述数据检测、分析和管理，能够使学员快速了解智能微网设备的工作过程和工作原理。降低并网逆变器的体积与成本，及时了解微电网进入并网状态时，并网点处的相关电能指标参数，及时了解大电网电能质量水平。

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 (9)

1.一种新型微电网切换运行实验平台，其特征在于：包括阵列仿真模块（2）、逆变模块、智能控制模块（6）、能源监测模块（7）、自动重合闸模块（8）、主电源模块（9）、负载模块（11）、储能系统及上位机（14）；

所述阵列仿真模块（2）为逆变模块提供不同特性的能量来源；

所述逆变模块包括并联设置的并网逆变模块（4）和离网逆变模块（5），所述并网逆变模块（4）包括并网逆变器及用于控制并网逆变器输入端通断的继电器一，所述离网逆变模块（5）包括离网逆变器及用于控制离网逆变器输入端通断的继电器二，所述继电器一及继电器二的控制端均连接智能控制模块（6）；

所述能源监测模块（7）用于监测并网逆变模块（4）的电力输出参数；

所述自动重合闸模块（8）设有PCC开关，用于接收能源监测模块（7）的输入信号，通过控制PCC开关的通断实现微电网与大电网的通断；

所述主电源模块（9）实验平台的各个模块及电路提供电源；

所述储能系统用于向逆变模块提供能量来源；

所述负载模块（11）用于连接逆变模块，用于模拟不同类型的用电设备；

所述上位机（14）用于监测微电网的运行状态。

2.根据权利要求1所述的一种新型微电网切换运行实验平台，其特征在于：还包括可编程交流电源（3），所述可编程交流电源（3）用于向实验平台提供不同负载的供电电源，模拟不同类型的输出波形，监测实验平台的电气参数。

3.根据权利要求1所述的一种新型微电网切换运行实验平台，其特征在于：还包括串口管理模块（12），所述串口管理模块（12）用于将RS485、RS232、RS422接口配置成以太网IP端口。

4.根据权利要求4所述的一种新型微电网切换运行实验平台，其特征在于：还包括LAN管理模块（13），所述LAN管理模块（13）用于将多个实验平台以太网的方式组网。

5.根据权利要求1所述的一种新型微电网切换运行实验平台，其特征在于：能源监测模块（7）监测并网逆变模块（4）的电力输出参数包括电压、电流、有功电能、无功电能、功率因数、分相电能、谐波含量等，并且具备SOE事件记录、电压骤升骤降记录、故障录波、手动录波、历史数据记录、过压欠压、过流欠流、过载欠载事件记录。

6.根据权利要求1所述的一种新型微电网切换运行实验平台，其特征在于：上位机（14）监测微电网的运行状态包括微电网运行方式、微电网启停状态、系统频率、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、公共接点电压、并实时统计光伏发电总功率、负载功率等参数，能够将每日的电能累计、电压骤升事件、电压骤降事件、电压中断，故障录波、电压过压、电压欠压、电流过流、电流欠流、功率过载、功率欠载及数据存储。

7.根据权利要求1所述的一种新型微电网切换运行实验平台，其特征在于：还包括试验台架（1），所述试验台架（1）设有多层框架（16），所述多层框架（16）用于放置阵列仿真模块（2）、储能系统、可编程交流电源（3）、逆变模块、智能控制模块（6）、能源监测模块（7）、自动重合闸模块（8）、主电源模块（9）及负载模块（11）。

8.根据权利要求7所述的一种新型微电网切换运行实验平台，其特征在于：所述试验台架（1）的下端还设有若干万向脚轮（15）。

9.基于权利要求1所述的一种新型微电网切换运行实验平台的实验方法，其特征在于：

当大电网出现故障或扰动问题时，能源监测模块（7）控制PCC开关动作，实验平台与大电网断开，切换成离网运行模式，负载模块（11）所需的能量全部由阵列仿真模块（2）提供；

当阵列仿真模块（2）和储能系统都无法满足负载模块（11）的需求时，切断负载模块（11）中的非重要负载的供电，仅保留重要负载供电的可靠性。