CN109728647A - 一种智慧海岛微电网能量管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智慧海岛微电网能量管理系统，包括发电模块、储能模块、负荷模块、微电网能量管理柜、风光互补路灯、微电网交流配电柜、智慧海岛集成与数据库和微电网能量管理控制器。本发明通过智慧海岛微电网能量管理系统的建立，用于解决近海无人岛开发利用中的应用电源保障问题以及智慧海岛系统集成，不仅可以用于海岛，对于偏远山区的供电也是一种相对完善的解决方案。

Description

一种智慧海岛微电网能量管理系统

技术领域

本发明属于海岛型微电网技术领域，尤其涉及一种智慧海岛微电网能量管理系统。

背景技术

近年来，沿海地区近海无人海岛的开发使用逐渐扩大，虽然近海海岛开发都会通过海底电缆铺设解决电力供应问题，但是受到海岛气候环境等恶劣条件限制，海岛作为电力终端以及海底电缆易损坏等特点，智慧海岛应急后备电源显得尤为重要，充分利用海岛现有自然资源，开发新型清洁能源集成自控的独立微电网是一种解决方案。

海岛型微电网是一种分布式能源的自控独立组织形式，其由分布式能源、储能变换装置、储能电池、负荷控制、检测保护装置等组成。微电网能实现与外部电网的并离网平滑切换，也能实现独立运行实现微电网内部负荷与分布式能源的能量平衡。海岛型微电网不仅能在海岛应用，对偏远山区的供电也是一种相对完善的解决方案。

目前，各种微电网集成及能量管理系统尚处于示范应用阶段，均未形成完善的解决方案，随着国家不断加强对近海无人海岛的开发利用，新型清洁能源的示范应用以及作为后备应急电源的海岛型微电网应用的重大意义尤为凸显。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种智慧海岛微电网能量管理系统，用于解决近海无人岛开发利用中的应用电源保障问题以及智慧海岛系统集成。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种智慧海岛微电网能量管理系统，包括发电模块、储能模块、负荷模块、微电网能量管理柜、风光互补路灯、微电网交流配电柜、智慧海岛集成与数据库和微电网能量管理控制器；

所述发电模块，包括浮子式海浪发电装置和光伏发电装置；

所述储能模块，包括储能逆变器和储能电池，所述储能逆变器和储能电池通过高压直流电缆连接；

所述负荷模块，包括敏感负荷和非敏感负荷；

所述微电网能量管理柜，包括不间断电源、光纤转换器、光电交换机、中间继电器、时间继电器、控制信号和通讯信号端子、温湿度继电器和加热器；

所述风光互补路灯与所述微电网能量管理控制器连接，用于风光互补路灯的数据采集和远程监控；

所述微电网交流配电柜，包括导轨式多功能双向电表、断路器、交流接触器、防雷器、温湿度继电器、加热器、电力线端子、控制信号和通讯信号端子；

所述智慧海岛集成与数据库用于获取智慧海岛的气象数据信息，并将所述信息发送至发电模块进行整合和分析；

所述微电网能量管理控制器，包括PC组件、第一总线模块、第二总线模块、第三总线模块、第四总线模块和第五总线模块，用于参数采集、微电网并网和微电网离网之间的并离切换、敏感负荷和非敏感负荷之间的投切、对所述风光互补路灯的远程监控管理、对所述风光互补路灯的电池健康状态进行远程监测以及对所述风光互补路灯的开启时段的远程设置管理。

进一步地，所述浮子式海浪发电装置包括四个发电机装置，所述发电机装置包括永磁直驱发电机和电能变换装置，所述电能变换装置通过电力线与所述微电网交流配电柜连接，所述电能变换装置通过单模光线连接进行通讯；

所述光伏发电装置包括电池板组件、支架和逆变器，所述逆变器通过电力线与微电网交流配电柜连接，所述逆变器通过所述断路器与储能逆变器连接，所述逆变器与所述微电网能量管理柜通过双芯屏蔽电缆连接进行通讯。

进一步地，所述储能逆变器通过电力线与微电网交流配电柜连接，所述储能逆变器还通过总线与微电网能量管理控制器连接；

所述储能电池通过总线与微电网能量管理控制器连接。

进一步地，所述智慧海岛集成与数据库将所述信息发送至微电网能量管理控制器，用于数据存储。

进一步地，所述并离切换用于在所述微电网并网过程中，所述浮子式海浪发电装置和所述光伏发电装置的最大出力；

所述并离切换还用于在所述微电网离网过程中，所述浮子式海浪发电装置、所述光伏发电装置以及所述敏感负荷内部能量平衡。

进一步地，所述储能逆变器安装在所述微电网交流配电柜内。

进一步地，所述第二总线模块分别与所述储能逆变器和所述储能电池进行通讯，用于对所述储能逆变器和储能电池进行控制；

所述第三总线模块分别与所述导轨式多功能双向电表、所述风光互补路灯、所述浮子式海浪发电装置以及所述光伏发电装置进行通讯，用于信号传输。

本发明的有益效果是：

本发明可解决现有的微电网能量管理系统存在的不完善的问题，提供一种智慧海岛微电网能量管理系统，解决近海无人岛开发利用中的应用电源保障问题以及智慧海岛系统集成。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明提供的智慧海岛微电网能量管理系统的结构示意图；

图2是本发明提供的微电网交流配电柜电力回路示意图；

图3是本发明提供的微电网能量管理系统控制结构示意图。

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。

如图1所示的一种智慧海岛微电网能量管理系统，包括发电模块、储能模块、负荷模块、微电网能量管理柜、风光互补路灯、微电网交流配电柜、智慧海岛集成与数据库和微电网能量管理控制器；

发电模块，包括浮子式海浪发电装置和光伏发电装置；

浮子式海浪发电装置包括四个发电机装置，发电机装置包括永磁直驱发电机和相配套的电能变换装置，电能变换装置通过电力线与微电网交流配电柜连接，电能变换装置通过单模光线连接进行通讯，浮子式海浪发电装置经过微电网交流配电柜内的导轨式多功能双向电表、交流接触器、断路器后并入微电网交流配电柜内部电网总线；

光伏发电装置包括电池板组件、支架和逆变器，逆变器通过电力线与微电网交流配电柜连接，逆变器通过断路器与储能逆变器电连接，逆变器与微电网能量管理柜通过双芯屏蔽电缆连接，光伏发电装置经过微电网配电柜内的导轨式多功能双向电表、交流接触器并入微电网交流配电柜内部电网总线；

储能模块，包括储能逆变器和储能电池，储能逆变器和储能电池通过高压直流电缆连接；

储能逆变器通过电力线与微电网交流配电柜连接，储能逆变器经过微电网交流配电柜内的导轨式多功能双向电表、断路器和交流接触器，并入微电网交流配电柜内部电网总线，储能逆变器还通过CAN总线与微电网能量管理控制器链接实现通讯，储能逆变器安装在微电网交流配电柜内；

储能电池通过CAN总线与微电网能量管理控制器链接实现通讯；

负荷模块，包括敏感负荷和非敏感负荷；

风光互补路灯通过RS485转光纤转换器与微电网能量管理柜连接，由于微电网能量管理柜与微电网能量管理控制器通讯连接，微电网能量管理柜将相关数据发送至微电网能量管理控制器，便于微电网能量管理控制器对风光互补路灯进行数据采集和远程实时监控，实现不同时令的路灯开启时间修改；

智慧海岛集成与数据库通过智慧海岛的光纤环网获取智慧海岛的气象信息数据，用于对浮子式海浪发电装置和光伏发电装置的发电情况进行预测，同时，微电网能量管理柜可将相关气象信息数据以及发电情况的实时数据上传至微电网能量管理控制器进行数据记录和数据存储。

如图2所示，微电网交流配电柜，包括导轨式多功能双向电表、断路器、交流接触器、防雷器、温湿度继电器、加热器、电力线端子、控制信号和通讯信号端子。

如图3所示，微电网能量管理柜，包括不间断电源、光纤转换器、光电交换机、中间继电器、时间继电器、控制信号和通讯信号端子、温湿度继电器和加热器，其中，光纤转换器为RS485转光纤转换器；

微电网能量管理控制器，与微电网能量管理柜通讯连接，包括PC组件、第一总线模块、第二总线模块、第三总线模块、第四总线模块和第五总线模块，用于参数采集、微电网并网和微电网离网之间的并离切换、敏感负荷和非敏感负荷之间的投切、对风光互补路灯的远程监控管理、对风光互补路灯的电池健康状态进行远程监测以及对风光互补路灯的开启时段的远程设置管理；

其中，PC组件为倍福工业式PC组件C6015，第一总线模块为总线模块EK1100，第二总线模块为总线模块EL6751(2只)，第三总线模块为总线模块EL6022(2只)，第四总线模块为总线模块EL1008，第五总线模块为总线模块EL2008；

其中，总线模块EL6751为CAN通讯模块，分别与储能逆变器和储能电池的BMS系统进行CAN通讯，实现对储能逆变器和储能电池的控制；总线模块EL6022为RS485通讯模块，分别与导轨式多功能双向电表、风光互补路灯、浮子式海浪发电装置以及光伏发电装置进行RS485通讯，实现对海浪能、光伏的控制；

并离切换用于在微电网并网且无逆流情况下，浮子式海浪发电装置和光伏发电装置的最大出力；

并离切换还用于在微电网离网过程中，浮子式海浪发电装置、光伏发电装置以及敏感负荷内部能量平衡；

并离切换还用于在微电网并网以及微电网离网状态下，敏感负荷和非敏感负荷的投切；

微电网能量管理控制器，可实现在微电网并网条件下的电池补电策略，还可以实现在微电网离网状态下，根据电池SOC阶梯，实现充放电平衡策略；

微电网能量管理控制器，根据采集到的微电网并网状态下，并网点的电网电压以及频率作为判断依据，判断微电网处于并网或者离网状态；

在微电网并网状态下，先合上微电网的接触器，再依次闭合储能模块的回路接触器、发电模块的接触器、负荷模块的接触器；在微电网并网状态下，通过微电网能量管理控制器下发启动指令，启动浮子式海浪发电装置和光伏发电装置，根据微电网并网状态下，并网点的导轨式多功能双向电表的电流方向判断是否有逆流情况，从而均衡分配浮子式海浪发电装置和光伏发电装置的最大出力，以满足敏感负荷和非敏感负荷的供电；微电网能量管理控制器根据浮子式海浪发电装置和光伏发电装置各自的容量分配出力，该分配方式，是基于浮子式海浪发电装置和光伏发电装置各自容量的百分比来设置出力设置值；

储能逆变器及储能电池一直处于待机状态，因此电池本身有自耗电，长时间会导致电池电量下降，微电网能量管理控制器根据微电网并网状态下电池SOC值来判断进行电池补电策略，一旦电池SOC值下降到预先设置的补电策略设置值时即启动储能逆变器进入恒流充电模式对电池进行充电，直到SOC值到达预先设置的电池停止充电；

在微电网离网状态下，先断开微电网的接触器，在闭合储能模块的回路接触器，根据电池SOC值判断是否能进入独立逆变模式，SOC值处于预先设置的独立逆变模式范围内时即启动储能逆变器，使微电网进入独立微网模式；根据储能逆变器回路三相电表检测的微电网内部母线电压和频率达到预先设置的微电网内部母线电压和频率限制值范围内时，表示微电网独立逆变启动成功，此时再依次闭合敏感负荷的接触器和浮子式海浪发电装置的接触器，同时下发启动指令启动浮子式海浪发电装置和光伏发电装置；

在微电网离网状态下，根据电池SOC值进行内部能量平衡阶梯调度，具体过程如下：当电池SOC值较高时，浮子式海浪发电装置和光伏发电装置的出力满足敏感负荷供电即可，不对电池进行充电；当电池SOC值较低时，浮子式海浪发电装置和光伏发电装置的出力除了满足敏感负荷供电，同时向电池充电，此时的充电电流是电池容许最大充电电流的0.5倍；当电池SOC值很低时，浮子式海浪发电装置和光伏发电装置的出力除了满足敏感负荷供电，同时向电池充电，此时充电电流是电池容许最大充电电流的0.8倍；当浮子式海浪发电装置和光伏发电装置的出力不能满足敏感负荷供电需要，导致电池一直处于放电状态时，一旦微电网能量管理控制器检测到电池SOC低于预先设置的系统离网关机SOC保护值时，系统将向储能逆变器下发停机指令，此时系统会延时3分钟，然后对微电网能量管理系统柜的不间断电源执行自动关机指令。自动关机后的微电网系统在检测到市电电网来电后会自动启动，系统将自动进入并网模式运行。

本发明提供的一种智慧海岛微电网能量管理系统，解决了近海无人岛开发利用中的应用电源保障问题以及智慧海岛系统集成，不仅能在海岛应用，对偏远山区的供电也是一种相对完善的解决方案。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (7)

1.一种智慧海岛微电网能量管理系统，其特征在于：包括发电模块、储能模块、负荷模块、微电网能量管理柜、风光互补路灯、微电网交流配电柜、智慧海岛集成与数据库和微电网能量管理控制器；

所述发电模块，包括浮子式海浪发电装置和光伏发电装置；

所述储能模块，包括储能逆变器和储能电池，所述储能逆变器和储能电池通过高压直流电缆连接；

所述负荷模块，包括敏感负荷和非敏感负荷；

所述微电网能量管理柜，包括不间断电源、光纤转换器、光电交换机、中间继电器、时间继电器、控制信号和通讯信号端子、温湿度继电器和加热器，与微电网能量管理控制器通讯连接；

所述风光互补路灯与所述微电网能量管理控制器连接，用于风光互补路灯的数据采集和远程监控；

所述微电网交流配电柜，包括导轨式多功能双向电表、断路器、交流接触器、防雷器、温湿度继电器、加热器、电力线端子、控制信号和通讯信号端子；

所述智慧海岛集成与数据库用于获取智慧海岛的气象数据信息，并将所述信息发送至发电模块进行整合和分析；

所述微电网能量管理控制器，与微电网能量管理柜通讯连接，包括PC组件、第一总线模块、第二总线模块、第三总线模块、第四总线模块和第五总线模块，用于参数采集、微电网并网和微电网离网之间的并离切换、敏感负荷和非敏感负荷之间的投切、对所述风光互补路灯的远程监控管理、对所述风光互补路灯的电池健康状态进行远程监测以及对所述风光互补路灯的开启时段的远程设置管理。

2.根据权利要求1所述的一种智慧海岛微电网能量管理系统，其特征在于：所述浮子式海浪发电装置包括四个发电机装置，所述发电机装置包括永磁直驱发电机和电能变换装置，所述电能变换装置通过电力线与所述微电网交流配电柜连接，所述电能变换装置通过单模光线连接进行通讯；

所述光伏发电装置包括电池板组件、支架和逆变器，所述逆变器通过电力线与微电网交流配电柜连接，所述逆变器通过所述断路器与储能逆变器连接，所述逆变器与所述微电网能量管理柜通过双芯屏蔽电缆连接进行通讯。

3.根据权利要求1所述的一种智慧海岛微电网能量管理系统，其特征在于：所述储能逆变器通过电力线与微电网交流配电柜连接，所述储能逆变器还通过总线与微电网能量管理控制器连接；

所述储能电池通过总线与微电网能量管理控制器连接。

4.根据权利要求1所述的一种智慧海岛微电网能量管理系统，其特征在于：所述智慧海岛集成与数据库将所述信息发送至微电网能量管理控制器，用于数据存储。

5.根据权利要求1所述的一种智慧海岛微电网能量管理系统，其特征在于：所述并离切换用于在所述微电网并网过程中，所述浮子式海浪发电装置和所述光伏发电装置的最大出力；

所述并离切换还用于在所述微电网离网过程中，所述浮子式海浪发电装置、所述光伏发电装置以及所述敏感负荷内部能量平衡。

6.根据权利要求1所述的一种智慧海岛微电网能量管理系统，其特征在于：所述储能逆变器安装在所述微电网交流配电柜内。

7.根据权利要求1所述的一种智慧海岛微电网能量管理系统，其特征在于：所述第二总线模块分别与所述储能逆变器和所述储能电池进行通讯，用于对所述储能逆变器和储能电池进行控制；

所述第三总线模块分别与所述导轨式多功能双向电表、所述风光互补路灯、所述浮子式海浪发电装置以及所述光伏发电装置进行通讯，用于信号传输。