CN112736910A - 微电网系统及其黑启动方法、装置、计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微电网系统及其黑启动方法、装置、计算机可读存储介质,微电网系统包括母线、储能系统、发电系统、负荷系统和变压器,储能系统、发电系统、负荷系统及变压器均连接在母线上,储能系统为微电网系统的黑启动电源,储能系统具备即时放电能力;在储能系统对微电网系统进行黑启动供电过程中,发电系统能够启动;其中,储能系统的容量为根据预估的微电网系统的空载损耗、变压器的励磁损耗、微电网系统的线路损耗、发电系统启。本发明使用容量较小的储能系统实现对微电网系统成功黑启动的目的,使得微电网系统的经济性达到最优,并有效的利用资源,节约投资。
Description
技术领域
本发明涉及微电网领域,尤其涉及一种微电网系统及其黑启动方法、装置、计算机可读存储介质。
背景技术
目前,微电网系统黑启动的启动电源有选择采用柴油发电机或钒液流储能电池。由于柴油发电机并不具备缓慢建压的特性,因此柴油发电机在作为黑启动电源时,需要一个较大的电源容量,其经济性并不理想;同时柴油发电机采用的是传统的化石能源,对环境不友好,与目前国家倡导的环保新能源理念不符。而钒液流储能电池本身不具备即时放电特性,不能给微电网系统提供稳定、可靠的电源支持,因此并不适宜于作为微电网系统的黑启动电源。
发明内容
本发明提供一种微电网系统及其黑启动方法、装置、计算机可读存储介质。
本发明实施例的第一方面提供一种微电网系统,所述微电网系统包括母线、储能系统、发电系统、负荷系统和变压器,所述储能系统、所述发电系统、所述负荷系统及所述变压器均连接在所述母线上,所述储能系统为所述微电网系统的黑启动电源,所述储能系统具备即时放电能力;
在所述储能系统对所述微电网系统进行黑启动供电过程中,所述发电系统能够启动;
其中,所述储能系统的容量为根据预估的所述微电网系统的空载损耗、所述变压器的励磁损耗、所述微电网系统的线路损耗、所述发电系统启动前的冲击负荷的功率及所述发电系统启动前的冲击负荷的供电时长确定。
可选地,所述储能系统包括储能电池和储能变流器,所述储能系统的容量包括所述储能电池的容量及所述储能变流器的功率,其中,所述储能电池的容量为所述空载损耗、所述励磁损耗、所述线路损耗及所述功率之和与所述供电时长的乘积大小,所述储能变流器的功率为所述空载损耗、所述励磁损耗、所述线路损耗及所述功率之和。
可选地,所述发电系统包括多个,所述功率为多个所述发电系统启动前的冲击负荷的功率的最小值,所述供电时长为多个所述发电系统启动前的冲击负荷的供电时长中的最小值。
可选地,所述发电系统包括光伏系统和风电机组。
可选地,所述母线包括第一母线和第二母线,所述第一母线的电压等级小于所述第二母线的电压等级;
所述储能系统、所述光伏系统及所述负荷系统与所述第一母线连接,所述风电机组与所述第二母线连接,所述变压器一端与所述第一母线连接,另一端与所述第二母线连接;或者,
所述母线为一条,所述储能系统、所述光伏系统及所述负荷系统与所述母线的一端连接,所述风电机组与所述母线的另一端连接。
可选地,在所述储能系统对所述微电网系统进行黑启动供电过程中,当满足预设条件时,启动所述光伏系统和/或所述风电机组。
可选地,当所述储能系统至所述光伏系统的并网点的电压达到所述光伏系统的额定电压时,启动所述光伏系统。
可选地,当所述储能系统至所述光伏系统的并网点的电压达到所述光伏系统的额定电压,且所述环境光的强度大于或等于预设强度阈值时,启动所述光伏系统。
可选地定电压时,启动所述风电机组。
可选地,当所述储能系统至所述风电机组的并网点的电压达到所述风电机组的额定电压,且风速大于所述风电机组的启动值时,启动所述风电机组。
可选地,所述发电系统启动后,能够作为所述储能系统的充电电源,并对所述负荷系统供电。
可选地,所述储能系统包括储能电池和储能变流器,所述储能电池经所述储能变流器与所述母线连接。
可选地,所述储能电池为锂电池。
可选地,所述储能系统在对所述微电网系统进行黑启动供电的过程中,基于零起升压控制所述微电网系统的电压线性增大。
可选地,所述储能系统的储能变流器用于控制所述母线的电压保持在所述母线的额定电压大小,并控制所述母线的频率保持在所述母线的额定频率大小。
可选地,通过调节所述储能变流器的有功功率控制所述母线的频率,通过调节所述储能变流器的无功功率控制所述母线的电压。
可选地,所述微电网系统还包括能量管理系统,用于在通过所述储能系统对所述微电网系统进行黑启动的过程中,获取所述储能系统的第一视在功率、所述发电系统的第二视在功率及所述负荷系统的第三视在功率,并根据所述第一视在功率、所述第二视在功率及所述第三视在功率,控制所述储能系统的储能变流器的工作参数,以使得所述储能变流器吸收或发出有功功率和/或无功功率,使得所述第三视在功率为所述第一视在功率与所述第二视在功率之和。
本发明实施例的第二方面提供一种微电网系统的黑启动方法,所述微电网系统包括母线、储能系统、发电系统、负荷系统和变压器,所述储能系统、所述发电系统、所述负荷系统及所述变压器均连接在所述母线上,所述方法包括:
通过所述储能系统对所述微电网系统进行黑启动供电;
在黑启动过程中,控制所述发电系统启动;
其中,所述储能系统的容量为根据预估的所述微电网系统的空载损耗、所述变压器的励磁损耗、所述微电网系统的线路损耗、所述发电系统启动前的冲击负荷的功率及所述发电系统启动前的冲击负荷的供电时长确定。
可选地,所述储能系统包括储能电池和储能变流器,所述储能系统的容量包括所述储能电池的容量及所述储能变流器的功率,其中,所述储能电池的容量为所述空载损耗、所述励磁损耗、所述线路损耗及所述功率之和与所述供电时长的乘积大小,所述储能变流器的功率为所述空载损耗、所述励磁损耗、所述线路损耗及所述功率之和。
可选地,所述发电系统包括多个,所述功率为多个所述发电系统启动前的冲击负荷的功率的最小值,所述供电时长为多个所述发电系统启动前的冲击负荷的供电时长中的最小值。
可选地,所述发电系统包括光伏系统和风电机组,所述控制所述发电系统启动,包括:
当满足预设条件时,启动所述光伏系统和/或所述风电机组。
可选地,所述当满足预设条件时,启动所述光伏系统和/或所述风电机组,包括:
当所述储能系统至所述光伏系统的并网点的电压达到所述光伏系统的额定电压时,启动所述光伏系统。
可选地,所述当满足预设条件时,启动所述光伏系统和/或所述风电机组,包括:
当所述储能系统至所述光伏系统的并网点的电压达到所述光伏系统的额定电压,且所述环境光的强度大于或等于预设强度阈值时,启动所述光伏系统。
可选地,所述当满足预设条件时,启动所述光伏系统和/或所述风电机组,包括:
当所述储能系统至所述风电机组的并网点的电压达到所述风电机组的额定电压时,启动所述风电机组。
可选地,所述当满足预设条件时,启动所述光伏系统和/或所述风电机组,包括:
当所述储能系统至所述风电机组的并网点的电压达到所述风电机组的额定电压,且风速大于所述风电机组的启动值时,启动所述风电机组。
可选地,所述方法还包括:
在所述发电系统启动后,通过所述发电系统对所述储能系统进行充电,并对所述负荷系统供电
可选地,所述通过所述储能系统对所述微电网系统进行黑启动供电,包括:
基于零起升压控制所述微电网系统的电压线性增大。
可选地,所述通过所述储能系统对所述微电网系统进行黑启动供电,包括:
控制所述储能系统的储能变流器的工作参数,以使得所述母线的电压保持在所述母线的额定电压大小,并控制所述母线的频率保持在所述母线的额定频率大小。
可选地,所述工作参数包括有功功率和无功功率,所述控制所述储能系统的储能变流器的工作参数,以使得所述母线的电压保持在所述母线的额定电压大小,并控制所述母线的频率保持在所述母线的额定频率大小,包括:
通过调节所述储能变流器的无功功率控制所述母线的电压,使得所述母线的电压保持在所述母线的额定电压大小;
通过调节所述储能变流器的有功功率控制所述母线的频率,使得所述母线的频率保持在所述母线的额定频率大小。
可选地,所述方法还包括:
在黑启动过程中,获取所述储能系统的第一视在功率、所述发电系统的第二视在功率及所述负荷系统的第三视在功率;
根据所述第一视在功率、所述第二视在功率及所述第三视在功率,控制所述储能系统的储能变流器的工作参数,以使得所述储能变流器吸收或发出有功功率和/或无功功率,使得所述第三视在功率为所述第一视在功率与所述第二视在功率之和。
本发明实施例的第三方面提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现第二方面任一项所述的微电网系统的黑启动方法。
本发明实施例的第四方面提供一种微电网系统的黑启动装置,包括一个或多个处理器,用于实现第二方面任一项所述的微电网系统的黑启动方法。
根据本发明实施例提供的技术方案,采用具有即时放电特性的储能系统作为微电网系统的黑启动电源,并且根据预估的微电网系统的空载损耗、变压器的励磁损耗、微电网系统的线路损耗、发电系统启动前的冲击负荷的功率及发电系统启动前的冲击负荷的供电时长确定储能系统的容量,从而可以使用容量较小的储能系统实现对微电网系统成功黑启动的目的,使得微电网系统的经济性达到最优,并有效的利用资源,节约投资。
应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本发明的实施例,并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明一示例性实施例示出的一种微电网系统的结构框图;
图2是本发明一示例性实施例示出的一种微电网系统的结构示意图;
图3是本发明另一示例性实施例示出的一种微电网系统的结构框图;
图4是本发明一示例性实施例示出的一种微电网系统的黑启动方法的流程图;
图5是本发明一示例性实施例示出的一种微电网系统的黑启动装置的结构框图。
附图标记:
1、母线;11、第一母线;12、第二母线;2、储能系统;21、储能电池;22、储能变流器;3、发电系统;31、光伏系统;32:风电机组;321:风机变压器;322、风机变流器;4、负荷系统;5、变压器。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解,本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解,尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息,但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如,在不脱离本发明范围的情况下,第一信息也可以被称为第二信息,类似地,第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境,如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
下面结合附图,对本发明的微电网系统及其黑启动方法、装置、计算机可读存储介质进行详细说明。在不冲突的情况下,下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
本发明实施例的微电网系统可以为某一特定区域的电网系统,如某个工厂、学校或居住区等。
请参见图1,本发明实施例提供一种微电网系统,该微电网系统可以包括母线1、储能系统2、发电系统3、负荷系统4和变压器5,储能系统2、发电系统3、负荷系统4及变压器5均连接在母线1上,本实施例的储能系统2为微电网系统的黑启动电源,且储能系统2具备即时放电能力。在本实施例中,在储能系统2对微电网系统进行黑启动供电过程中,发电系统3能够启动。其中,储能系统2的容量(也可称作放电量)为根据预估的微电网系统的空载损耗、变压器5的励磁损耗、微电网系统的线路损耗、发电系统3启动前的冲击负荷的功率及发电系统3启动前的冲击负荷的供电时长确定。
本发明实施例采用具有即时放电特性的储能系统2作为微电网系统的黑启动电源,并且根据预估的微电网系统的空载损耗、变压器5的励磁损耗、微电网系统的线路损耗、发电系统3启动前的冲击负荷的功率及发电系统3启动前的冲击负荷的供电时长确定储能系统2的容量,从而可以使用容量较小的储能系统2实现对微电网系统成功黑启动的目的,使得微电网系统的经济性达到最优,并有效的利用资源,节约投资。本发明实施例的微电网系统可以实现独立运行,即孤岛运行。
其中,在微电网系统中的各器件(或设备)的型号、器件(或设备)之间的线路连接等选定后,微电网系统的空载损耗、变压器5的励磁损耗、微电网系统的线路损耗、发电系统3启动前的冲击负荷的功率及发电系统3启动前的冲击负荷的供电时长这些参数大小即确定。需要说明的是,亦可根据实际需求选择冲击负荷,不限于发电系统3启动前的冲击负荷。
请参见图2,储能系统2可包括储能电池21和储能变流器22,本实施例的储能电池21具有即时放电的功能,可选的,储能电池21为锂电池,锂电池较为环保,对环境友好;当然,储能电池21也可以为其他类型的储能电池。
可选的,储能电池21经储能变流器22与母线1连接。
本实施例中,储能系统2的容量包括储能电池21的容量及储能变流器22的功率。在根据预估的微电网系统的空载损耗、变压器5的励磁损耗、微电网系统的线路损耗、发电系统3启动前的冲击负荷的功率及发电系统3启动前的冲击负荷的供电时长确定储能系统2的容量大小时,可采用不同方式计算,示例性的,在一些实施例中,储能电池21的容量为空载损耗、励磁损耗、线路损耗及发电系统3启动前的冲击负荷的功率之和与供电时长的乘积大小,储能变流器22的功率为空载损耗、励磁损耗、线路损耗及发电系统3启动前的冲击负荷的功率之和,这样可以确保使用最小容量的储能系统2即可实现对微电网系统的黑启动,微电网系统的经济性最优。在另外一些实施例中,储能电池21的容量稍大于空载损耗、励磁损耗、线路损耗及功率之和与供电时长的乘积大小,和/或,储能变流器22的功率稍大于空载损耗、励磁损耗、线路损耗及发电系统3启动前的冲击负荷的功率之和,从而使用尽可能小容量的储能系统2实现对微电网系统的黑启动,节约成本。
应当理解的是,由于微电网系统的空载损耗、变压器5的励磁损耗、微电网系统的线路损耗、发电系统3启动前的冲击负荷的功率及发电系统3启动前的冲击负荷的供电时长这些参数在预估时会存在一定的误差,因此,在确定出空载损耗、励磁损耗、线路损耗及发电系统3启动前的功率之和与供电时长的乘积大小之后,还可以对该乘积进行修正,再根据修正后的数值大小来确定储能电池21的容量。同样的,在确定出空载损耗、励磁损耗、线路损耗及发电系统3启动前的功率之和之后,可以对空载损耗、励磁损耗、线路损耗及发电系统3启动前的功率之和进行修正,再根据修正后的数值大小来确定储能变流器22的功率的大小。
应当理解的,在储能电池21的容量、储能变流器22的功率大小确定后,在进行微电网系统的器件选型时,储能电池21即选择为相应容量大小的储能电池,储能变流器22即选择为相应功率大小的储能变流器,也即,储能电池21的选型根据储能电池21的容量大小确定,储能变流器22的选型根据储能变流器22的功率大小确定。本发明实施例中,储能系统2的容量需要满足微电网系统的空载损耗、变压器5的励磁损耗、微电网系统的线路损耗、发电系统3启动前的冲击负荷的功率及发电系统3启动前的冲击负荷的供电时长,也即:
We≥(P1+P2+P3)h (1);
公式(1)中,We为储能系统2的容量,P1为微电网系统的空载损耗,P2为变压器5的励磁损耗,P3为微电网系统的线路损耗,P4为发电系统3启动前的冲击负荷的功率,h为发电系统3启动前的冲击负荷的供电时长。
本实施例的发电系统3的数量可以为一个,也可以为多个。
示例性的,发电系统3包括多个,P4为多个发电系统3启动前的冲击负荷的功率的最小值,h为多个发电系统3启动前的冲击负荷的供电时长中的最小值,即h为由储能系统2作为黑启动电源对微电网系统进行黑启动过程中,最早具备投入发电状态并能供电的发电系统3的响应时间(由黑启动开始时刻至该发电系统3启动时刻之间的时长)。
例如,发电系统3包括光伏系统31和风电机组32;应当理解的,发电系统3也可以包括其他类型的发电系统。
下面,以发电系统3包括光伏系统31和风电机组32为例对P4和h进行说明。
示例性的,光伏系统31启动前的冲击负荷的功率为30KW(单位:千瓦),风电机组32启动前的冲击负荷的功率为100KW,P4则为30KW。此外,一般而言,光伏系统31投入发电状态并能供电的响应时间较快,风电机组32投入发电状态并能供电的响应时间取决于风况,且风机因偏航、变桨及风机变流器(如图2所示,风电机组32包括风机变压器321和风机变流器322,风机变流器322经风机变压器321与母线1连接)加热等动作,对黑启动电源支撑时长较高,即风电机组32投入发电状态并能供电的响应时间较长,因此,h为伏系统投入发电状态并能供电的响应时间。
本发明实施例中,We满足的最小条件,即是储能系统2能采用的最小容量,此时微电网系统的经济性达到最优,即:
We=(P1+P2+P3)h (2)。
在一具体实施例中,储能系统2的容量为1MW(即储能变流器22的功率,单位为兆瓦)/1MWh(即储能电池21的容量,单位为兆瓦小时),光伏系统31和风电机组32的总计容量为14.24MWh。
本发明实施例中,发电系统3启动后,能够作为储能系统2的充电电源,并能够对负荷系统4供电。例如,光伏系统31启动后,可以对储能系统2充电,也可以对负荷系统4供电;风电机组32启动后,可以对储能系统2充电,也可以对负荷系统4供电。
本发明实施例中,在储能系统2对微电网系统进行黑启动供电过程中,启动发电系统3需要考虑电压、环境等因素。下述实施例以发电系统3包括光伏系统31和风电机组32为例进行说明。可以理解的,当光伏系统31和风电机组32因电压、环境等因素均无法正常发电时,可由储能系统2为微电网系统提供电能,给负荷系统4中的重要负荷供电。
本发明实施例中,在储能系统2对微电网系统进行黑启动供电过程中,当满足预设条件时,启动光伏系统31和/或风电机组32。
光伏系统31能否启动进入发电状态需要考虑光伏系统31的额定电压和环境光等因素。在一些实施例中,当储能系统2至光伏系统31的并网点的电压达到光伏系统31的额定电压时,启动光伏系统31,即在储能系统2至光伏系统31的并网点的电压达到光伏系统31的额定电压时,光伏系统31才能够启动进入发电状态。在另外一些实施例中,当储能系统2至光伏系统31的并网点的电压达到光伏系统31的额定电压,且环境光的强度大于或等于预设强度阈值时,启动光伏系统31,即在储能系统2至光伏系统31的并网点的电压达到光伏系统31的额定电压且环境光强度足够的情况下,光伏系统31才能够启动进入发电状态。
风电机组32能否启动进入发电状态需要考虑风电机组32的额定电压、风速等因素。在一些实施例中,当储能系统2至风电机组32的并网点的电压达到风电机组32的额定电压时,启动风电机组32,即在储能系统2至风电机组32的并网点的电压达到风电机组32的额定电压时,风电机组32才能够启动进入发电状态。在另外一些实施例中,当储能系统2至风电机组32的并网点的电压达到风电机组32的额定电压,且风速(指自然风速)大于风电机组32的启动值(该启动值由风电机组32的性能决定)时,启动风电机组32,即在储能系统2至风电机组32的并网点的电压达到风电机组32的额定电压且风速足够的情况下,可启动风电机组32进入发电状态。
比如,在微电网系统黑启动过程中,当环境光充足时,光伏系统31和风电机组32可同时启动,光伏系统31和风电机组32在启动后,共同给负荷系统4供电,并给储能系统2充电;当环境光较弱,导致光伏系统31无法启动进入发电状态,而仅靠储能系统2仅能够对负荷系统4中的重要负荷供电,可以仅启动风电机组32,风电机组32启动后,可由风电机组32给负荷系统4供电,并给储能系统2充电。举例而言,白天,可由光伏系统31和风电机组32给负荷系统4供电,并给储能系统2充电。晚上,可由风电机组32给负荷系统4供电,并给储能系统2充电。
应当理解的,预设强度阈值的大小可以根据需要设置。环境光的强度可通过在微电网系统中设置光强度计来检测获得,也可通过光伏系统31自带的光强度检测模块检测获得;风速可通过在微电网系统中设置风速传感器来检测获得,也可通过风电机组32自带的风速传感器检测获得。
储能系统2在对微电网系统进行黑启动供电的过程中,可采用不同方式来控制微电网系统的电压增大,以将微电网系统的电压增大至额定电压(如额定电压可以为市电电压)大小,例如,可以基于零起升压(即从电压为0开始升压)控制微电网系统的电压线性增大,例如,控制微电网系统的电压从0线性增大到220V(市电电压),在电压增大过程中,电网潮流不会存在突变;也可以控制微电网系统的电压直接增大(突变)到220V,在电压增大过程中,电网潮流会存在突变。需要说明的是,本发明实施例中,微电网系统的电压包括母线1的电压及微电网系统中各个器件的电压。
本发明实施例的储能系统2在对微电网系统进行黑启动供电的过程中,基于零起升压控制微电网系统的电压线性增大。其中,在基于零起升压控制微电网系统的电压线性增大时,具体的,储能系统2的储能变流器22用于控制母线1的电压保持在母线1的额定电压大小,并控制母线1的频率保持在母线1的额定频率大小。示例性的,可以通过控制储能变流器22的工作参数,使得母线1的电压保持在母线1的额定电压大小,并使得母线1的频率保持在母线1的额定频率大小,具体而言是通过控制储能变流器22来维持母线1的电压和频率在正常运行范围内,保证微电网系统的电压和频率稳定。示例性的,通过调节储能变流器22的有功功率控制母线1的频率,使得母线1的电压保持在母线1的额定电压大小;通过调节储能变流器22的无功功率控制母线1的电压,使得线的频率保持在母线1的额定频率大小。可以理解的是,也可以采用其他方式来维持母线1的电压和频率在正常运行范围内。可选的,在储能变流器22的工作参数之前,控制储能变流器22处于电压和频率稳定的模式(即V/F模式)。
当母线1的电压及站内各变压器的电压达到额定电压后,根据微电网系统的设备条件、日照、风速等环境条件,光伏系统31和/或风电机组32并网投入运行,光伏系统31和/或风电机组32发电为负荷系统4提供电源,同时给储能系统2充电。光伏系统31和/或风电机组32并网成功后,微电网系统内部做发电前调整,当设备条件和环境条件满足同时并网条件后,通过风电机组32的风机变流器322或光伏系统31的逆变器的内部断路器并网发电,实现光伏系统31、风电机组32与储能系统2并列运行。需要说明的是,设备条件满足并网条件是指光伏系统31与储能系统2的电压、幅值、频率、相位分别相同之后,风电机组32与储能系统2才能合并,风电机组32与储能系统2的电压、幅值、频率、相位分别相同之后,风电机组32与储能系统2才能合并。
本发明实施例中,母线1可以包括一条或者多条。
示例性的,请参见图2,母线1可包括第一母线11和第二母线12,其中,第一母线11的电压等级小于第二母线12的电压等级,使用不同的电压等级,从而连接不同功率的设备,示例性的,储能系统2、光伏系统31及负荷系统4与第一母线11连接,风电机组32与第二母线12连接。本实施例的多个电压等级通过变压器5实现,具体而言,变压器5一端与第一母线11连接,另一端与第二母线12连接。例如,储能系统2、光伏系统31及负荷系统4的电压等级为10KV,风电机组32的电压等级为35KV,通过变压器5连接第一母线11与第二母线12,使得微电网系统的最终输出电压为10KV,从而使得微电网系统可以接入外部的大电网。
对于存在多个电压等级的母线1或变压器5的微电网系统,黑启动初期还需要计算末端电压(即储能系统2到光伏系统31或风电机组32的并网点的电压)是否达到各待并网设备的额定电压,并明确变压器5的分接头位置,从而实现光伏系统31或风电机组32的并网。例如,变压器5的分接头可以连接10KV、10.5KV等,变压器5的分接头当前连接10KV,储能系统2到光伏系统31的末端电压为10KV,小于光伏系统31的额定电压,因此,可以将变压器5的分接头位置调整至10.5KV,即变压器5的分接头连接10.5KV,使得储能系统2到光伏系统31的末端电压继续上升,并继续调整变压器5的分接头位置,直至储能系统2到光伏系统31的末端电压为光伏系统31的额定电压。
示例性的,母线1为一条,储能系统2、光伏系统31及负荷系统4与母线1的一端连接,风电机组32与母线1的另一端连接。本实施例中,储能系统2、光伏系统31、风电机组32、负荷系统4的电压等级均相同。应当理解的,母线1为一条,变压器5可以省去,因此无需将多条不同电压等级的母线连接在一起。当然,母线1为一条,微电网系统中也可设置变压器5。
另外,储能系统2、光伏系统31、风电机组32、负荷系统4及变压器5与母线1之间的线路上还可设置开关等器件,可采用手动或自动方式开控制所述开关的启闭。
请参见图3,微电网系统还可包括能量管理系统,该能量管理系统与储能系统2、发电系统3、负荷系统4及变压器5分别电连接。能量管理系统用于在通过储能系统2对微电网系统进行黑启动的过程中,获取储能系统2的第一视在功率、发电系统3的第二视在功率及负荷系统4的第三视在功率,并根据第一视在功率、第二视在功率及第三视在功率,控制储能系统2的储能变流器22的工作参数,以使得储能变流器22吸收或发出有功功率和/或无功功率,使得第三视在功率为第一视在功率与第二视在功率之和。
需要说明的是,发电系统3的数量为多个时,第二视在功率为多个发电系统3的视在功率之和。示例性的,发电系统3包括光伏系统31和风电机组32。也即:
Se+Sw+Ss=S3 (3);
公式(3)中,Se为第一视在功率,Sw为风电机组32的视在功率,Ss表示光伏系统31的视在功率,S3为第三视在功率。需要说明的是,视在功率为有功功率的平方与无功功率的平方之和开平方根获得。
其中,第一视在功率是双向的,可正可负。本实施例中,储能变流器22采用控制有功功率和无功功率模式(即P/Q模式)来控制微电网系统,即储能变流器22在P/Q模式下保证微电网系统有功功率和无功功率的平衡。
在黑启动过程中,需要利用能量管理系统来协调储能系统2、光伏系统31、风电机组32和负荷系统4的有功功率、无功功率分配,控制风电机组32和光伏系统31的出力,以及负荷系统4的水平,以保证微电网系统内能量平衡以及电网潮流有序流动。储能系统2承担微电网系统内的有功功率和无功功率的平衡,储能变流器22需根据微电网内潮流情况,通过调整自身工作参数,吸收或者发出有功功率和/或无功功率。
示例性的,当Se+Sw+Ss>S3时,通过储能变流器22吸收有功功率和/或无功功率,其中,储能变流器22吸收有功功率和/或无功功率的大小S4为(Se+Sw+Ss-S3),维持微电网系统的功率平衡:
Se+Sw+Ss=S3+S4 (4)。
当Se+Sw+Ss<S3时,通过储能变流器22发出有功功率和/或无功功率,其中,储能变流器22发出有功功率和/或无功功率的大小S5为(S3-Se-Sw-Ss),维持微电网系统的功率平衡:
Se+Sw+Ss+S5=S3 (5)。
本发明实施例中,能量管理系统可为装载在终端设备上的APP或其他类型的软件,终端设备可通过有线或无线方式与储能系统2、发电系统3、负荷系统4及变压器5分别通信。本实施例中,终端设备与储能系统2、发电系统3、负荷系统4及变压器5分别基于无线通信,从而在通过能量管理系统协调储能系统2、光伏系统31、风电机组32和负荷系统4的有功功率、无功功率分配时,通过远程方式控制风电机组32和光伏系统31的出力,以及负荷系统4的水平,以保证微电网系统内能量平衡以及电网潮流有序流动。其中,终端设备可以为电脑,也可以为其他类型的终端设备。
由于微电网系统很脆弱,因此需要对微电网系统进行建模仿真,通过建模仿真来验证微电网孤岛黑启动中可能会出现的问题,并确保在微电网系统中,在风电机组32与储能系统2并网时不会因为电压波动导致微电网系统崩溃。通过仿真计算结果,可以了解到微电网系统孤岛黑启动所面临的技术风险和技术难点,并根据仿真结果和现场实际情况制定黑启动试验大纲,根据编制的试验大纲进行微电网系统的孤岛黑启动试验。
示例性的,微电网系统的试验步骤可包括:
(1)、调整黑启动路径上变压器5的分接头位置。
(2)、储能系统2作为黑启动电源,以零起升压方式恢复微电网系统内的发电设备,如光伏系统31、风电机组32。
(3)、储能系统2所连接的母线1的电压达到额定电压,通过光伏系统31逆变器内部并网断路器实现与储能系统2并网,同时能量管理系统根据负荷系统4的情况调节储能系统2和光伏系统31、负荷系统4的能量分配。
(4)、当现场风速满足风电机组32并网运行条件时,通过控制风电机组32的风机变流器322内部并网断路器使风电机组32并网,达到微电网系统内部联网,孤岛运行的目的,同时能量管理系统根据负荷系统4的情况调节储能变流器22、光伏系统31、风电机组32的能量分配。
其中步骤(2)和(3)的执行顺序可以根据现场实际的风光能源情况做调整,即风资源能量比较丰富的时候,可以先执行步骤(3),当日照满足要求后再执行步骤(2),也可以同时执行步骤(2)和(3)。考虑到微电网系统内部稳定性,建议先启动光伏系统31,再启动风电机组32。
对于小容量的储能系统2,其本质是一个弱电网,因此黑启动初期其电压和频率能否稳定,以及光伏系统31和风电机组32能否顺利并网非常关键。仿真结果和最终的现场试验均表明,采用本发明的微电网系统,储能系统2零起升压方式启动,可以兼容微电网系统的多个电压等级,维持系统电压、频率稳定,同时小容量的储能系统2与光伏系统31、风电机组32并网过程冲击较小,即使是弱电网也能顺利过渡到系统稳态状态。
本发明实施例还提供一种微电网系统的黑启动方法,请参见图4,所述方法包括:
S401、通过储能系统2对微电网系统进行黑启动供电;
S402、在黑启动过程中,控制发电系统3启动;
其中,储能系统2的容量为根据预估的微电网系统的空载损耗、变压器5的励磁损耗、微电网系统的线路损耗、发电系统3启动前的冲击负荷的功率及发电系统3启动前的冲击负荷的供电时长确定。
在一些实施例中,储能系统2可包括储能电池21和储能变流器22,储能系统2的容量包括储能电池21的容量及储能变流器22的功率,储能电池21为空载损耗、励磁损耗、线路损耗及功率之和与供电时长的乘积大小,储能变流器22的功率为空载损耗、励磁损耗、线路损耗及发电系统3启动前的冲击负荷的功率之和。
在一些实施例中,发电系统3包括多个,功率为多个发电系统3启动前的冲击负荷的功率的最小值,供电时长为多个发电系统3启动前的冲击负荷的供电时长中的最小值。
在一些实施例中,发电系统3包括光伏系统31和风电机组32,控制发电系统3启动,包括:当满足预设条件时,启动光伏系统31和/或风电机组32。
在一些实施例中,当满足预设条件时,启动光伏系统31和/或风电机组32,包括:当储能系统2至光伏系统31的并网点的电压达到光伏系统31的额定电压时,启动光伏系统31。
在一些实施例中,当满足预设条件时,启动光伏系统31和/或风电机组32,包括:当储能系统2至光伏系统31的并网点的电压达到光伏系统31的额定电压,且环境光的强度大于或等于预设强度阈值时,启动光伏系统31。
在一些实施例中,当满足预设条件时,启动光伏系统31和/或风电机组32,包括:当储能系统2至风电机组32的并网点的电压达到风电机组32的额定电压时,启动风电机组32。
在一些实施例中,当满足预设条件时,启动光伏系统31和/或风电机组32,包括:当储能系统2至风电机组32的并网点的电压达到风电机组32的额定电压,且风速大于风电机组32的启动值时,启动风电机组32。
在一些实施例中,所述方法还包括:在发电系统3启动后,通过发电系统3对储能系统2进行充电,并对负荷系统4供电
在一些实施例中,通过储能系统2对微电网系统进行黑启动供电,包括:基于零起升压控制微电网系统的电压线性增大。
在一些实施例中,通过储能系统2对微电网系统进行黑启动供电,包括:控制储能系统2的储能变流器22的工作参数,以使得母线1的电压保持在母线1的额定电压大小,并控制母线1的频率保持在母线1的额定频率大小。
在一些实施例中,工作参数包括有功功率和无功功率,控制储能系统2的储能变流器22的工作参数,以使得母线1的电压保持在母线1的额定电压大小,并控制母线1的频率保持在母线1的额定频率大小,包括:通过调节储能变流器22的无功功率控制母线1的电压,使得母线1的电压保持在母线1的额定电压大小;通过调节储能变流器22的有功功率控制母线1的频率,使得母线1的频率保持在母线1的额定频率大小。
在一些实施例中,所述方法还包括:在黑启动过程中,获取储能系统2的第一视在功率、发电系统3的第二视在功率及负荷系统4的第三视在功率;根据第一视在功率、第二视在功率及第三视在功率,控制储能系统2的储能变流器22的工作参数,以使得储能变流器22吸收或发出有功功率和/或无功功率,使得第三视在功率为第一视在功率与第二视在功率之和。
可以参见上述实施例的微电网系统对本实施例的微电网系统的黑启动方法进行说明。
图5是本发明一示例性实施例示出的一种微电网系统的黑启动装置的结构框图;本发明的微电网系统的黑启动装置的实施例可以应用在微电网系统上。装置实施例可以通过软件实现,也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。以软件实现为例,作为一个逻辑意义上的装置,是通过其所在微电网系统的处理器将非易失性存储器中对应的计算机程序指令读取到内存中运行形成的。从硬件层面而言,如图5所示,为本发明微电网系统的黑启动装置所在微电网系统的一种硬件结构图,除了图5所示的处理器、内存、网络接口、以及非易失性存储器之外,实施例中装置所在的微电网系统通常根据该微电网系统的实际功能,还可以包括其他硬件,对此不再赘述。
请参见图5,本发明实施例的微电网系统的黑启动装置可以包括一个或多个处理器,用于实现上述实施例的微电网系统的黑启动方法。
所述处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
进一步的,本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现上述实施例的微电网系统的黑启动方法。
所述计算机可读存储介质可以是前述任一实施例所述的微电网系统的内部存储单元,例如硬盘或内存。所述计算机可读存储介质也可以是微电网系统的外部存储设备,例如所述设备上配备的插接式硬盘、智能存储卡(Smart Media Card,SMC)、SD卡、闪存卡(Flash Card)等。进一步的,所述计算机可读存储介质还可以既包括微电网系统的内部存储单元也包括外部存储设备。所述计算机可读存储介质用于存储所述计算机程序以及所述微电网系统所需的其他程序和数据,还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (32)
1.一种微电网系统,其特征在于,所述微电网系统包括母线、储能系统、发电系统、负荷系统和变压器,所述储能系统、所述发电系统、所述负荷系统及所述变压器均连接在所述母线上,所述储能系统为所述微电网系统的黑启动电源,所述储能系统具备即时放电能力;
在所述储能系统对所述微电网系统进行黑启动供电过程中,所述发电系统能够启动;
其中,所述储能系统的容量为根据预估的所述微电网系统的空载损耗、所述变压器的励磁损耗、所述微电网系统的线路损耗、所述发电系统启动前的冲击负荷的功率及所述发电系统启动前的冲击负荷的供电时长确定。
2.根据权利要求1所述的微电网系统,其特征在于,所述储能系统包括储能电池和储能变流器,所述储能系统的容量包括所述储能电池的容量及所述储能变流器的功率,其中,所述储能电池的容量为所述空载损耗、所述励磁损耗、所述线路损耗及所述功率之和与所述供电时长的乘积大小,所述储能变流器的功率为所述空载损耗、所述励磁损耗、所述线路损耗及所述功率之和。
3.根据权利要求1或2所述的微电网系统,其特征在于,所述发电系统包括多个,所述功率为多个所述发电系统启动前的冲击负荷的功率的最小值,所述供电时长为多个所述发电系统启动前的冲击负荷的供电时长中的最小值。
4.根据权利要求3所述的微电网系统,其特征在于,所述发电系统包括光伏系统和风电机组。
5.根据权利要求4所述的微电网系统,其特征在于,所述母线包括第一母线和第二母线,所述第一母线的电压等级小于所述第二母线的电压等级,所述储能系统、所述光伏系统及所述负荷系统与所述第一母线连接,所述风电机组与所述第二母线连接,所述变压器一端与所述第一母线连接,另一端与所述第二母线连接;或者,
所述母线为一条,所述储能系统、所述光伏系统及所述负荷系统与所述母线的一端连接,所述风电机组与所述母线的另一端连接。
6.根据权利要求4所述的微电网系统,其特征在于,在所述储能系统对所述微电网系统进行黑启动供电过程中,当满足预设条件时,启动所述光伏系统和/或所述风电机组。
7.根据权利要求6所述的微电网系统,其特征在于,当所述储能系统至所述光伏系统的并网点的电压达到所述光伏系统的额定电压时,启动所述光伏系统。
8.根据权利要求6所述的微电网系统,其特征在于,当所述储能系统至所述光伏系统的并网点的电压达到所述光伏系统的额定电压,且环境光的强度大于或等于预设强度阈值时,启动所述光伏系统。
9.根据权利要求6所述的微电网系统,其特征在于,当所述储能系统至所述风电机组的并网点的电压达到所述风电机组的额定电压时,启动所述风电机组。
10.根据权利要求6所述的微电网系统,其特征在于,当所述储能系统至所述风电机组的并网点的电压达到所述风电机组的额定电压,且风速大于所述风电机组的启动值时,启动所述风电机组。
11.根据权利要求1所述的微电网系统,其特征在于,所述发电系统启动后,能够作为所述储能系统的充电电源,并对所述负荷系统供电。
12.根据权利要求1所述的微电网系统,其特征在于,所述储能系统包括储能电池和储能变流器,所述储能电池经所述储能变流器与所述母线连接。
13.根据权利要求12所述的微电网系统,其特征在于,所述储能电池为锂电池。
14.根据权利要求1所述的微电网系统,其特征在于,所述储能系统在对所述微电网系统进行黑启动供电的过程中,基于零起升压控制所述微电网系统的电压线性增大。
15.根据权利要求14所述的微电网系统,其特征在于,所述储能系统的储能变流器用于控制所述母线的电压保持在所述母线的额定电压大小,并控制所述母线的频率保持在所述母线的额定频率大小。
16.根据权利要求15所述的微电网系统,其特征在于,通过调节所述储能变流器的有功功率控制所述母线的频率,通过调节所述储能变流器的无功功率控制所述母线的电压。
17.根据权利要求1所述的微电网系统,其特征在于,所述微电网系统还包括能量管理系统,用于在通过所述储能系统对所述微电网系统进行黑启动的过程中,获取所述储能系统的第一视在功率、所述发电系统的第二视在功率及所述负荷系统的第三视在功率,并根据所述第一视在功率、所述第二视在功率及所述第三视在功率,控制所述储能系统的储能变流器的工作参数,以使得所述储能变流器吸收或发出有功功率和/或无功功率,使得所述第三视在功率为所述第一视在功率与所述第二视在功率之和。
18.一种微电网系统的黑启动方法,其特征在于,所述微电网系统包括母线、储能系统、发电系统、负荷系统和变压器,所述储能系统、所述发电系统、所述负荷系统及所述变压器均连接在所述母线上,所述方法包括:
通过所述储能系统对所述微电网系统进行黑启动供电;
在黑启动过程中,控制所述发电系统启动;
其中,所述储能系统的容量为根据预估的所述微电网系统的空载损耗、所述变压器的励磁损耗、所述微电网系统的线路损耗、所述发电系统启动前的冲击负荷的功率及所述发电系统启动前的冲击负荷的供电时长确定。
19.根据权利要求18所述的微电网系统的黑启动方法,其特征在于,所述储能系统包括储能电池和储能变流器,所述储能系统的容量包括所述储能电池的容量及所述储能变流器的功率,其中,所述储能电池的容量为所述空载损耗、所述励磁损耗、所述线路损耗及所述功率之和与所述供电时长的乘积大小,所述储能变流器的功率为所述空载损耗、所述励磁损耗、所述线路损耗及所述功率之和。
20.根据权利要求18或19所述的微电网系统的黑启动方法,其特征在于,所述发电系统包括多个,所述功率为多个所述发电系统启动前的冲击负荷的功率的最小值,所述供电时长为多个所述发电系统启动前的冲击负荷的供电时长中的最小值。
21.根据权利要求20所述的微电网系统的黑启动方法,其特征在于,所述发电系统包括光伏系统和风电机组,所述控制所述发电系统启动,包括:
当满足预设条件时,启动所述光伏系统和/或所述风电机组。
22.根据权利要求21所述的微电网系统的黑启动方法,其特征在于,所述当满足预设条件时,启动所述光伏系统和/或所述风电机组,包括:
当所述储能系统至所述光伏系统的并网点的电压达到所述光伏系统的额定电压时,启动所述光伏系统。
23.根据权利要求21所述的微电网系统的黑启动方法,其特征在于,所述当满足预设条件时,启动所述光伏系统和/或所述风电机组,包括:
当所述储能系统至所述光伏系统的并网点的电压达到所述光伏系统的额定电压,且环境光的强度大于或等于预设强度阈值时,启动所述光伏系统。
24.根据权利要求21所述的微电网系统的黑启动方法,其特征在于,所述当满足预设条件时,启动所述光伏系统和/或所述风电机组,包括:
当所述储能系统至所述风电机组的并网点的电压达到所述风电机组的额定电压时,启动所述风电机组。
25.根据权利要求21所述的微电网系统的黑启动方法,其特征在于,所述当满足预设条件时,启动所述光伏系统和/或所述风电机组,包括:
当所述储能系统至所述风电机组的并网点的电压达到所述风电机组的额定电压,且风速大于所述风电机组的启动值时,启动所述风电机组。
26.根据权利要求18所述的微电网系统的黑启动方法,其特征在于,所述方法还包括:
在所述发电系统启动后,通过所述发电系统对所述储能系统进行充电,并对所述负荷系统供电。
27.根据权利要求18所述的微电网系统的黑启动方法,其特征在于,所述通过所述储能系统对所述微电网系统进行黑启动供电,包括:
基于零起升压控制所述微电网系统的电压线性增大。
28.根据权利要求18所述的微电网系统的黑启动方法,其特征在于,所述通过所述储能系统对所述微电网系统进行黑启动供电,包括:
控制所述储能系统的储能变流器的工作参数,以使得所述母线的电压保持在所述母线的额定电压大小,并控制所述母线的频率保持在所述母线的额定频率大小。
29.根据权利要求28所述的微电网系统的黑启动方法,其特征在于,所述工作参数包括有功功率和无功功率,所述控制所述储能系统的储能变流器的工作参数,以使得所述母线的电压保持在所述母线的额定电压大小,并控制所述母线的频率保持在所述母线的额定频率大小,包括:
通过调节所述储能变流器的无功功率控制所述母线的电压,使得所述母线的电压保持在所述母线的额定电压大小;
通过调节所述储能变流器的有功功率控制所述母线的频率,使得所述母线的频率保持在所述母线的额定频率大小。
30.根据权利要求28所述的微电网系统的黑启动方法,其特征在于,所述方法还包括:
在黑启动过程中,获取所述储能系统的第一视在功率、所述发电系统的第二视在功率及所述负荷系统的第三视在功率;
根据所述第一视在功率、所述第二视在功率及所述第三视在功率,控制所述储能系统的储能变流器的工作参数,以使得所述储能变流器吸收或发出有功功率和/或无功功率,使得所述第三视在功率为所述第一视在功率与所述第二视在功率之和。
31.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现权利要求18至30任一项所述的微电网系统的黑启动方法。
32.一种微电网系统的黑启动装置,其特征在于,包括一个或多个处理器,用于实现如权利要求18至30中任一项所述的微电网系统的黑启动方法。
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