CN112600261A - 一种基于智慧网关的交直流综合能源系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于智慧网关的交直流综合能源系统。提供了一种利用智慧能源网关，实现源荷储协调控制功能、区域内交直流混供耦合，支持能源和信息即插即用的基于智慧网关的交直流综合能源系统。包括发电模块和智慧能源网关，所述智慧能源网关包括直流模块、交流模块和直流母线，所述直流模块包括直流侧控制器和直流斩波器，所述交流模块包括交流侧控制器和交流逆变器，所述发电模块通过直流斩波器连接直流母线，所述直流母线经由交流逆变器连接电网或为负载提供电源支撑，所述直流侧控制器和交流侧控制器组成本地控制器，所述本地控制器连接云端服务器。本发明能够实现与微网群及区域配电网友好互动、互为支撑，最终实现系统的能量优化。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统，尤其涉及一种基于智慧网关的交直流综合能源系统。
背景技术
在能源危机与环境污染的双重压力下，区域综合能源站(integrated energysystems，IES)的建设在世界范围内引起了广泛的关注。与传统冷、热、电分供系统相比，区域综合能源站有较高的能源综合利用效率与减排价值。随着能源消费模式的变革，传统的单一能源模式供应正在向着综合能源供应模式转变，打破了不同能源品种单独规划、单独设计、单独运行的传统模式。随着分布式可再生能源技术的不断发展，大量可再生能源接入到电力系统中，分布式可再生能源发电与传统火力发电相比，其出力受光照强度、风力强弱等自然因素影响，具有很强的不确定性、不可控性、随机波动性和不连续性。同时可再生能源电力系统存在电压稳定问题、弃风弃光问题、转动惯量减低问题、接入弱电网震荡等问题，迫切需要通过交直流混合供电方式为综合能源站柔性协调控制提供有效手段，进一步增强电网供电可靠性和自身安全稳定性。
发明内容
本发明针对以上问题，提供了一种利用智慧能源网关，实现源荷储协调控制功能、区域内交直流混供耦合，支持能源和信息即插即用的基于智慧网关的交直流综合能源系统。
本发明的技术方案为：包括发电模块和智慧能源网关，所述智慧能源网关包括直流模块、交流模块和直流母线，
所述直流模块包括直流侧控制器和直流斩波器，
所述交流模块包括交流侧控制器和交流逆变器，
所述发电模块通过直流斩波器连接直流母线，
所述直流母线经由交流逆变器连接电网或为负载提供电源支撑，
所述直流侧控制器和交流侧控制器组成本地控制器，所述本地控制器连接云端服务器。
所述发电模块包括储能和分布式电源，其中，储能处的直流斩波器通过直流虚拟同步机控制，用以稳定直流母线电压；分布式电源采用最大能量跟踪控制。
所述交流模块通过交流虚拟同步机控制，用于实现单位功率因数并网控制或为负载提供交流电。
所述智慧能源网关包括能源接口、负荷接口和储能接口，
所述能源接口，用于提供交流能源和直流能源接口；
所述负荷接口，用于提供交流负荷和直流负荷接口；
所述储能接口，用于接入不同运行特性的储能。
还包括智能分布式终端，
所述智能分布式终端设在入户端，用于整合交直流电流、交直流电压、温度、交直流漏电、时标、交直流功率、频率和湿度；
所述智能分布式终端通过通信模块连接云端服务器。
本发明在工作中，包括发电模块、智慧能源网关和源荷储协调控制模块，通过智慧能源网关使交直流综合能源系统在满足交/直流源荷储接入的同时，结合电力电子装备实现线路潮流的主动控制，提高系统对分布式电源的接纳能力。从而，基于电力电子设备的交直流综合能源系统对内能够实现运行优化和自治调控，对外能够实现与微网群及区域配电网友好互动、互为支撑，最终实现系统的能量优化。
附图说明
图1是本发明的系统框图，
图2是本发明的具体应用图，
图3是源荷储协调控制模块的功能框图，
图4是源荷储协调控制模块的逻辑框图，
图5是智能分布式终端的框图。
具体实施方式
本发明如图1-5所示，包括发电模块、智慧能源网关和源荷储协调控制模块，所述智慧能源网关包括直流模块、交流模块和直流母线，
所述直流模块包括直流侧控制器和直流斩波器，
所述交流模块包括交流侧控制器和交流逆变器，
所述发电模块通过直流斩波器连接直流母线，
所述直流母线经由交流逆变器连接电网或为负载提供电源支撑，
所述直流侧控制器和交流侧控制器组成本地控制器，所述本地控制器连接云端服务器；
所述源荷储协调控制模块用于实时收集交/直流源荷储信息，实现能源的自动优化调度。
本发明利用智慧能源网关，实现源荷储协调控制功能、区域内交直流混供耦合，支持能源和信息的即插即用；
使交直流综合能源系统在满足交/直流源荷储接入的同时，结合电力电子装备实现线路潮流的主动控制，提高系统对分布式电源的接纳能力。
基于电力电子设备的交直流综合能源系统对内能够实现运行优化和自治调控，对外能够实现与微网群及区域配电网友好互动、互为支撑，最终实现系统的能量优化。
智慧能源网关的控制原理：储能提供的电压U1经直流虚拟同步机控制（DC-VSG）Boost升压变为所需的母线电压U2，保证直流母线的惯性和稳定性，用以稳定直流母线电压；分布式电源均采用MPPT控制，以提供相应的功率；
而交流侧端口DC/AC通过交流虚拟同步机控制（AC-VSG），实现单位功率因数并网控制或者为负载提供良好电能质量的交流电。
本发明中的智慧能源网关接入光伏、储能、交流电源、交流负载和直流负载， 实现交/直流电源和交/直流负荷之间的功率平衡和潮流可控，即能够实现源荷储的协调控制及能量优化管理，源荷储协调控制模块通过实时收集系统中各设备信息来掌握当前系统各设备的状态，实现能源的自动优化调度，最终在保证智慧能源网关安全可靠运行前提下，达到综合能源经济运行目标。
如图2所示，具体应用实例为某园区内21#、23#、24#三栋楼宇及周围电气系统的改造和建设，形成以三栋楼宇为核心的互联互通的全电力电子设备交直流综合能源系统。结合21#、23#和24#楼顶原有光伏系统和楼内负荷，通过新增风力发电和储能，以智慧能源网关为核心，提高能源利用效率并增强负荷的可靠性。21#、23#和24#楼顶分别有50kW、30kW、20kW光伏系统，经各自的光伏逆变器接入楼顶配电箱，再经电缆接入总配电柜。
采用3台60kW智慧能源网关,交直流综合能源系统通过智慧能源网关能够实现源荷储的协调控制及能量优化管理。智慧能源网关提供标准化的能源、负荷、储能接口。能源接口，提供交流能源和直流能源接口，包括间歇性能源（风机、光伏等）、公共电网接口、微燃气轮机能源等接口；负荷接口，提供交流负荷和直流负荷接口，包括三相/单相交流、一类及二类负荷分级接入、多种标准直流电压等级负荷接口；不同运行特性的储能接口。
源荷储协调控制模块通过前置机与其通信接口可根据光伏发电、风力发电、电池储能的数据服务器进行数据交换，采用合理的数据交换模式，把通讯管理机采集的参数进行整合，实现系统的数据采集功能，包括通道管理、规约解析、前置数据处理、时钟接入、报文监视等。系统结构图如图4所示，分为一次设备层、通信管理层和协调控制层，分别对应能量流、信息流和业务流三流合一的物理实现。
所述发电模块包括储能和分布式电源，其中，储能处的直流斩波器通过直流虚拟同步机(DC-VSG)控制，用以稳定直流母线电压；分布式电源采用最大能量跟踪（MPPT）控制。
所述交流模块通过交流虚拟同步机控制（AC-VSG），用于实现单位功率因数并网控制或为负载提供交流电。
所述智慧能源网关包括能源接口、负荷接口和储能接口，包括间歇性能源（风机、光伏等）、公共电网接口、微燃气轮机能源等接口
所述能源接口，用于提供交流能源和直流能源接口；包括三相/单相交流、一类及二类负荷分级接入、多种标准直流电压等级负荷接口；
所述负荷接口，用于提供交流负荷和直流负荷接口；
所述储能接口，用于接入不同运行特性的储能。
还包括智能分布式终端，
所述智能分布式终端设在入户端，用于整合交直流电流、交直流电压、温度、交直流漏电、时标、交直流功率、频率和湿度；
所述智能分布式终端通过通信模块连接云端服务器。
基于漏电检测的智能分布式终端在用户的入户端实时采集用户数据，快速实施边缘计算，实现智能分布式计算分析功能。
B型漏电监控盒可采集AC/DC电压、工作电流、剩余电流、温度、湿度数据并通过LoRa无线通信将数据上传后台。
DSU（分布式智能数据终端）整合交直流电流I、交直流电压V、温度T、交直流漏电RC、时标t、交直流功率P、频率f以及湿度RH八大参数，在户端进行实时电性能数据本地化实时分析与处理，实现分布式智能监控。在户端进行实时电性能数据本地化实时分析与处理，可在传感层为智能电网提供更细化的数据支撑。
对于本案所公开的内容，还有以下几点需要说明：
（1）、本案所公开的实施例附图只涉及到与本案所公开实施例所涉及到的结构，其他结构可参考通常设计；
（2）、在不冲突的情况下，本案所公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例；
以上，仅为本案所公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本案所公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种基于智慧网关的交直流综合能源系统，其特征在于，包括发电模块和智慧能源网关，所述智慧能源网关包括直流模块、交流模块和直流母线，
所述直流模块包括直流侧控制器和直流斩波器，
所述交流模块包括交流侧控制器和交流逆变器，
所述发电模块通过直流斩波器连接直流母线，
所述直流母线经由交流逆变器连接电网或为负载提供电源支撑，
所述直流侧控制器和交流侧控制器组成本地控制器，所述本地控制器连接云端服务器。
2.根据权利要求1所述的一种基于智慧网关的交直流综合能源系统，其特征在于，
所述发电模块包括储能和分布式电源，其中，储能处的直流斩波器通过直流虚拟同步机控制，用以稳定直流母线电压；分布式电源采用最大能量跟踪控制。
3.根据权利要求1所述的一种基于智慧网关的交直流综合能源系统，其特征在于，
所述交流模块通过交流虚拟同步机控制，用于实现单位功率因数并网控制或为负载提供交流电。
4.根据权利要求1所述的一种基于智慧网关的交直流综合能源系统，其特征在于，
所述智慧能源网关包括能源接口、负荷接口和储能接口，
所述能源接口，用于提供交流能源和直流能源接口；
所述负荷接口，用于提供交流负荷和直流负荷接口；
所述储能接口，用于接入不同运行特性的储能。
5.根据权利要求1所述的一种基于智慧网关的交直流综合能源系统，其特征在于，还包括智能分布式终端，
所述智能分布式终端设在入户端，用于整合交直流电流、交直流电压、温度、交直流漏电、时标、交直流功率、频率和湿度；
所述智能分布式终端通过通信模块连接云端服务器。
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