CN112968475B - 车载燃气轮机发电机组与储能组合的微电网系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车载燃气轮机发电机组与储能组合的微电网系统和方法，包括：A类负荷、B类负荷和C类负荷；保障供电系统，保障供电系统包括储能系统、发电机组系统和控制系统，储能系统包括交流不间断电源柜和蓄电池储能柜，发电机组系统包括发电机组和机组输出配电柜；保障供电系统还包括市电输入配电柜；市电母线和保障母线，市电母线与市电输入配电柜和C类负荷电连接；保障母线与市电输入配电柜、交流不间断电源柜、A类负荷、B类负荷电连接；C类负荷通过切换开关与市电母线或与机组输出配电柜电连接；远程通讯系统。本申请采用差异化应急保障供电理念，综合发电机组系统和储能系统，优势互补、趋利避害，确保现场应急保电。
Description
技术领域
本发明涉及发电技术领域，更具体地，涉及一种车载燃气轮机发电机组与储能组合的微电网系统和方法。
背景技术
我国的能源结构与负荷特性决定了西部、北部作为发电基地，中部、东部作为负荷中心的电力工业发展特性；通过长距离、大容量的输电通道连接发电基地与负荷中心的输电形式成为我国主要输电形式，根据国际上的事故教训，这种输电形式容易发生事故，且事故容易扩散，造成负荷中心的调峰压力较大。
现有技术中，对于临时会议场所、抢险、赛事、军事、国际交流以及某些重要场景对不间断供电的需求，固定式的不间断保障装备已不能满足当下应急保电的需求，更不能适应移动保电的要求。此外，现有的保障装备，通常在市电掉电后到发电机组全部加载的过程中，仍有3分钟左右的停电间断，对于保电现场的一般设备如空调、电梯、照明等设备影响较小，但对于现场运行的数据信息系统，瞬间断电就会产生严重后果。
因此，亟需一种可移动式、差异化应急保电系统，在安全性能不降低的前提下，尽可能节省保障资源。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种车载燃气轮机发电机组与储能组合的微电网系统和方法，采用差异化应急保障供电理念，综合发电机组系统和储能系统，优势互补、趋利避害，确保现场应急保电安全运行。
本申请提供的一种车载燃气轮机发电机组与储能组合的微电网系统，包括：负荷，负荷包括A类负荷、B类负荷和C类负荷，A类负荷为持续不间断的供电负荷，B类负荷为可承受秒级间断的供电负荷，C类负荷为可承受3分钟内间断的供电负荷；
保障供电系统，保障供电系统包括储能系统、发电机组系统和控制系统，储能系统包括交流不间断电源柜和蓄电池储能柜，发电机组系统包括发电机组和机组输出配电柜；保障供电系统还包括市电输入配电柜，市电输入配电柜接入市电；交流不间断电源柜接入市电和接入由蓄电池储能柜提供的电能；机组输出配电柜接入由发电机组提供的电能；
市电母线和保障母线，市电母线分别与市电输入配电柜和C类负荷电连接；保障母线分别与市电输入配电柜、交流不间断电源柜、A类负荷、B类负荷电连接；C类负荷通过自动切换开关与市电母线或与机组输出配电柜电连接；保障母线通过第一开关与市电输入配电柜电连接，保障母线通过第二开关与交流不间断电源柜电连接，保障母线通过第三开关与A类负荷电连接，保障母线通过第四开关与B类负荷电连接，机组输出配电柜通过第五开关与保障母线或C类负荷切换电连接，C类负荷通过第六开关与保障母线或市电母线切换电连接；
远程通讯系统，远程通讯系统与控制系统电连接，用于监测控制系统。
可选地，机组输出配电柜通过第五开关的第一端与C类负荷电连接，机组输出配电柜通过第五开关的第二端与保障母线电连接；C类负荷通过第六开关的第一端与保障母线电连接，C类负荷通过第六开关的第二端与市电母线电连接；
第一开关、第二开关、第三开关和第四开关均为三刀单掷自动分合闸开关，第五开关和第六开关均为三刀双掷自动转换开关。
可选地，A类负荷、B类负荷和C类负荷分别根据发电机组总功率的10％、20％、70％分配。
可选地，交流不间断电源柜包括变流器，变流器为双向变流器。
可选地，还包括：外接蓄电池接口，用于在指定条件下接入额外的蓄电池，指定条件为负荷的用电量大于微电网系统中蓄电池储能柜的供电容量。
可选地，还包括：外接发电机组并机接口，用于指定条件下接入额外的发电机组，指定条件为负荷的用电功率大于微电网系统中发电机组的输出功率。
可选地，还包括：集装箱，微电网系统集成于集装箱内，集装箱固定于车底盘的大梁上，集装箱与大梁之间安装有减震器；
集装箱内还包括空调和通风系统，集装箱外壁贴附有保温层。
本发明提供了一种车载燃气轮机发电机组与储能组合的方法，市电异常时，A类负荷、B类负荷和C类负荷由市电输入配电柜供电转换为由机组输出配电柜供电；市电恢复正常时，A类负荷、B类负荷和C类负荷再转换为由市电输入配电柜供电；该方法包括：
市电正常时，第一开关处于合闸状态，市电输入配电柜向市电母线和保障母线供电；第三开关和第四开关处于合闸状态，保障母线向A类负荷和B类负荷供电；第六开关的第二端处于合闸状态，市电母线向C类负荷供电；此时，变流器启动，变流器空载运行，且由市电供电；控制系统跟踪市电的电气运行参数，以及跟踪储能系统中供电的电气运行参数，当储能系统中供电的电气运行参数的数值与市电的电气运行参数的数值相等时，第二开关自动合闸；此时，变流器与市电并网运行，变流器不输出电能，且变流器处于热备用运行状态，发电机组处于冷备用状态；
市电异常时，第一开关自动分闸，蓄电池储能柜向交流不间断电源柜自动供电，同时，交流不间断电源柜向保障母线输出电能，A类负荷保持供电不间断；此时，C类负荷与市电母线电连接，C类负荷处于停电状态；第四开关和第一开关同时自动分闸，B类负荷处于停电状态；控制系统监测到变流器加载稳定后，第四开关自动合闸，保障母线向B类负荷供电；同时，控制系统监测到市电异常后，向发电机组发送启动指令、并启动发电机组；控制系统跟踪储能系统中供电的电气运行参数，同时跟踪发电机组供电的电气运行参数，当发电机组供电的电气运行参数的数值与储能系统中供电的电气运行参数的数值相等时，第五开关的第二端自动合闸，机组输出配电柜向保障母线输出电能，此时，机组输出配电柜与交流不间断电源柜并联运行，当机组输出配电柜供电稳定后，第六开关的第一端自动合闸，A类负荷、B类负荷和C类负荷全部转为由发电机组供电；此时，变流器上的负荷转移到发电机组，变流器处于空载并机热备用运行状态；
市电恢复正常时，发电机组跟踪市电的电气运行参数，变流器跟踪保障母线输出稳定的电的电气运行参数，通过微调发电机组和变流器的运行工况，直至保障母线输出稳定的电的电气运行参数与市电的电气运行参数的数值相等时，第一开关自动合闸，保障母线上接入市电，发电机组将全部负荷转移向市电，A类负荷、B类负荷和C类负荷由市电输入配电柜供电；此时，变流器处于热备份运行状态，发电机组处于空载热备用运行状态；其中，电气运行参数包括电的频率、电压和相位。
可选地，第一开关自动合闸，保障母线上接入市电，发电机组将全部负荷转移向市电，A类负荷、B类负荷和C类负荷由市电输入配电柜供电之后还包括：
第五开关的第一端合闸，由发电机组与市电并联向C类负荷供电，再将C类负荷转移到发电机组供电；此时，第六开关的第一端自动分闸，第二端自动合闸，C类负荷由发电机组供电转移到由市电母线供电，此时，将第五开关第一端自动分闸、且归0，发电机组停机；发电机组处于冷备用状态，变流器处于热备用运行状态。
与现有技术相比，本发明提供的一种车载燃气轮机发电机组与储能组合的微电网系统和方法，至少实现了如下的有益效果：
本申请提供的一种车载燃气轮机发电机组与储能组合的微电网系统和方法，采用差异化应急保障供电理念，根据负荷的性质，将负荷分为A类负荷、B类负荷和C类负荷；综合发电机组系统和储能系统，优势互补、趋利避害；当市电异常时以及市电从异常到恢复的过程中，能保障A类负荷不间断供电、B类负荷秒级停电一次和C类负荷停电3分钟内一次，确保现场应急保电安全运行。
当然，实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1所示为本申请实施例所提供的微电网系统的一种结构示意图；
图2所示为本申请实施例所提供的微电网系统的另一种结构示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
以下将结合附图和具体实施例进行详细说明。
图1所示为本申请实施例所提供的微电网系统的一种结构示意图，请参考图1所示，本申请提供一种车载燃气轮机发电机组与储能组合的微电网系统，包括：
负荷，负荷包括A类负荷20、B类负荷30和C类负荷40，A类负荷20为持续不间断的供电负荷，B类负荷30为可承受秒级间断的供电负荷，C类负荷40为可承受3分钟内间断的供电负荷；
保障供电系统，保障供电系统包括储能系统、发电机组系统和控制系统50，控制系统50为一个管理、调度单元，控制系统50能够管理、调度储能系统和发电机组系统，以及控制各路开关的分合闸、转换动作；储能系统包括交流不间断电源柜60和蓄电池储能柜61，发电机组系统包括发电机组70和机组输出配电柜71；保障供电系统还包括市电输入配电柜，控制系统50还能够管理、调度市电输入配电柜80，交流不间断电源柜60接入市电81和接入由蓄电池储能柜61提供的电能；机组输出配电柜71接入由发电机组70提供的电能；
市电母线S1和保障母线S2，市电母线S1分别与市电输入配电柜80和C类负荷40电连接；保障母线S2分别与市电输入配电柜80、交流不间断电源柜60、A类负荷20、B类负荷30电连接；C类负荷通过自动切换开关与市电母线连接或与机组输出配电柜电连接，可以理解为，机组输出配电柜71在控制系统50的调度下，选择性的与保障母线S2或C类负荷电连接；C类负荷40在控制系统50的调度下，选择性的与保障母线S2或与市电母线S1电连接；通过控制系统50的调度，C类负荷40选择性的与保障母线S2和机组输出配电柜71同时连接或选择性的与市电母线S1和机组输出配电柜71同时连接。
远程通讯系统90，远程通讯系统90与控制系统50电连接，用于监测控制系统50。
具体地，请继续参考图1所示，本实施例中，微电网系统包括负荷、为负荷供电的保障供电系统、以及监测控制系统50的远程通讯系统90；保障供电系统包括储能系统、发电机组系统和控制系统，控制系统用于管理、调度储能系统和发电机组系统，以及控制各路开关的分合闸、转换动作，其中，根据负荷的性质提出差异化应急供电的理念，将负荷分为三类，A类负荷20为持续不间断的供电负荷，B类负荷30为可承受秒级间断的供电负荷，C类负荷40为可承受3分钟内间断的负荷，可选地，A类负荷20包括的设备需要持续不间断的供电，B类负荷30包括的设备可以允许间断供电一次，间断持续的时间不大于10s，C类负荷40包括的设备可以允许间断供电一次，间断持续的时间不大于3分钟，如此，根据负荷的性质，分类处理负荷，有效的配置电能资源，实现应急保障。
进一步地，请继续参考图1所示，根据负荷的种类，规划保障供电系统内的结构，其中，控制系统50用于管理、调度储能系统和发电机组系统，储能系统包括交流不间断电源柜60和蓄电池储能柜61，发电机组系统包括发电机组70和机组输出配电柜71；控制系统50用于调度市电81接入市电输入配电柜80，还用于调度交流不间断电源柜60接入市电81或由蓄电池储能柜61提供的电，当市电81正常时，交流不间断电源柜60由市电81供电，当市电81异常时，交流不间断电源柜60由蓄电池储能柜61供电；机组输出配电柜71由发电机供电；当市电81异常时，各类负荷由发电机组70通过机组输出配电柜71供电；此外，微电网系统中还设置有市电母线S1和保障母线S2，市电母线S1与市电输入配电柜80直接电连接，市电81正常时，市电母线S1上输入市电81，市电母线S1与C类负荷40通过开关电连接，市电81向C类负荷40供电；保障母线S2分别与市电输入配电柜80、交流不间断电源柜60、A类负荷20、B类负荷30、C类负荷40以及机组输出配电柜71均通过开关电连接，市电81正常时，市电输入配电柜80与保障母线S2之间的开关合闸，市电输入配电柜80向保障母线S2输送稳定的电能，保障母线S2与A类负荷20、B类负荷30之间开关合闸，保障母线S2向A类负荷20、B类负荷30供电。
市电81异常时，蓄电池储能柜61向交流不间断电源柜60供电，交流不间断电源柜60向保障母线S2输送电能，保障A类负荷20持续供电不间断，由于交流不间断电源柜60上的负荷突变，会使得保障母线S2上的电压波动，波动大小与突变负荷大小正相关，因此，为了防止保障母线S2上的电压波动超限，将B类负荷30与保障母线S2之间的开关同步分闸，B类负荷30供电间断，待交流不间断电源柜60供电稳定后，B类负荷30与保障母线S2之间的开关合闸，B类负荷30由交流不间断电源柜60供电，需要说明的是，B类负荷30供电间断时间也即从交流不间断电源柜60向保障母线S2开始输出电能到输出稳定的电能的时间间隔，通常在秒级时间范围内；在市电81异常的同时，发电机组70自动启动，3分钟之内发电机组70的电压基本稳定，通过输出配电柜71向保障母线S2输送稳定的电能，此时，将A类负荷20和B类负荷30也转移到发电机组供电，并且，将C类负荷40与保障母线S2之间的开关合闸，使得保障母线S2为C类负荷40供电，此时，全部负荷由发电机组70供电；需要说明的是，当市电81由异常转为正常时，机组输出配电柜71与C类负荷40之间的开关合闸，此时，发电机组70与市电并联运行，C类负荷40由市电供电，如此，采用差异化应急保障供电理念，根据负荷的性质，对负荷分类处理，将负荷分为A类负荷20、B类负荷30和C类负荷40；综合发电机组系统和储能系统，优势互补、趋利避害；当市电81异常时，依次有序的为A类负荷20、B类负荷30和C类负荷40供电，确保重要信息的安全性；当市电81恢复正常时，在不间断供电的情况下，恢复市电81为A类负荷20、B类负荷30和C类负荷40供电，确保现场应急保电安全运行。
需要说明的是：当市电81恢复正常时，虽然C类负荷40由市电81供电，但是C类负荷40是由保障母线S2供电的，为了防止市电81再次停电带来毁灭性的障碍，因此，必须立即将C类负荷40从保障母线S2切换到市电母线S1上，为了保障切换过程中C类负荷40不掉电，仍然通过发电机组70过度解决。在通过发电机组70过渡的过程中，发电机组70与市电81并联运行的，通过控制系统50的调度，首先将发电机组70的全部负荷转移到市电；其次机组输出配电柜71为C类负荷40供电，通过控制系统50调度，将负荷40从市电转移至发电机组70，将C类负荷40与市电母线S1之间的开关合闸，通过控制系统50调度，将C类负荷40从发电机组70转移至市电81，C类负荷40由市电母线S1供电，C类负荷40与机组输出配电柜71之间的开关归0，发电机组70停机，系统恢复到市电供电的安全状态。
此外，请继续参考图1所示，本实施例中还包括远程通讯系统90，远程通讯系统90与控制系统50电连接，用于监测控制系统50，能够及时发现控制系统50的故障，及时处理，以及根据现场计算、判断是否需要增援设备，以及增援设备的容量，使控制系统50能够高效的运行。
需要说明的是，本申请的A类负荷、B类负荷和C类负荷为不同的用电设备；本申请的控制系统50内还包括各类传感器和执行器件等，本申请在此不一一列举。
可选地，请继续参考图1所示，保障母线S2通过第一开关K1与市电输入配电柜80电连接，保障母线S2通过第二开关K2与交流不间断电源柜60电连接，保障母线S2通过第三开关K3与A类负荷20电连接，保障母线S2通过第四开关K4与B类负荷30电连接，机组输出配电柜71通过第五开关K5与保障母线S2或C类负荷40切换电连接，C类负荷40通过第六开关K6与保障母线S2或市电母线S1切换电连接。
可选地，请继续参考图1所示，机组输出配电柜71通过第五开关K5的第一端K5-1与C类负荷40电连接，机组输出配电柜71通过第五开关K5的第二端K5-2与保障母线S2电连接；C类负荷40通过第六开关K6的第一端K6-1与保障母线S2电连接，C类负荷40通过第六开关K6的第二端K6-2与市电母线S1电连接；
第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4均为三刀单掷自动分合闸开关，第五开关K5和第六开关K6均为三刀双掷自动转换开关。
具体地，本实施例中，保障母线S2分别通过第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5、第六开关K6分别与市电输入配电柜80、交流不间断电源柜60、A类负荷20、B类负荷30、机组输出配电柜71和C类负荷40电连接，其中，C类负荷40与市电母线S1通过第六开关K6电连接，机组输出配电柜71与C类负荷40通过第五开关K5电连接；可选地，本实施例中的第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4均为三刀单掷自动分合闸开关，第五开关K5和第六开关K6为三刀双掷自动转换开关，其中，机组输出配电柜71通过第五开关K5的第一端K5-1和第二端K5-2分别与C类负荷40和保障母线S2电连接；C类负荷40通过第六开关K6的第一端K6-1和第二端K6-2分别与保障母线S2和市电母线S1电连接；如此，实现了灵活的切换电源，在市电81正常时，各负荷由市电81供电，在市电81异常时，通过各开关的切换，保障A类负荷20供电不间断、B类负荷30供电秒级间断、C类负荷40供电3分钟内间断，避免因供电间断造成的不可逆的事故，保证用电设备的安全稳定运行。
可选地，A类负荷20、B类负荷30和C类负荷40分别根据发电机组70总功率的10％、20％、70％分配。
具体地，本实施例中，根据各类负荷的性质，发电机组的总功率按照A类负荷20、B类负荷30和C类负荷40耗电的总功率配置，且A类负荷20、B类负荷30和C类负荷40按照发电机组总功功率的10％、20％、70％分配，也可以理解为，A类负荷20占10％发电机组总功率，B类负荷30占20％发电机组总功率，C类负荷40占70％发电机组总功率；如此，根据A类负荷20、B类负荷30和C类负荷40的大小，配置发电机组的功率，以达到资源的合理利用，进一步达到资源的充分利用；按照发电机组的总功率分配各类负荷的比例，在市电81异常时，保障各类负荷设备损失达到最小化，保障有利信息不会丢失，使微电网系统实现最大化利益补救。
需要说明的是，蓄电池储能柜61的储能容量可以供50％的负荷持续15分钟运行来配置，以保证各类负荷能有序运行。
可选地，交流不间断电源柜60包括变流器，变流器为双向变流器。
具体地，本实施例中的交流不间断电源柜60包括电流器，且变流器为双向变流器，可选地，双向变流器包括逆变功能和整流功能；在市电81正常时，双向变流器启动后，由市电81供电；在市电81异常时，双向变流器转换为由蓄电池储能柜61供电；如此，能实现变流器不间断供电转化，保障变流器一直处于热备用状态，辅助微电网系统切换电源。
可选地，还包括：外接蓄电池接口，用于在指定条件下接入额外的蓄电池，指定条件为负荷的用电量大于微电网系统中蓄电池储能柜的供电容量。
具体地，本实施例中，还包括外接蓄电池接口，用于在指定条件下接入额外的蓄电池，指定条件为负荷的用电量大于微电网系统中蓄电池储能柜的供电容量，也可以理解为，蓄电池储能柜的容量不满足负荷的用电量时，需要接入额外的蓄电池，使得本实施例中的微电网系统能实现超长时间应急保障，还能应对无法预期的困难。
需要说明的是，远程通讯系统90可以监测是否需要接入额外的蓄电池，并且计算出需要接入额外的蓄电池的容量。
可选地，还包括：外接发电机组并机接口，用于在指定条件下接入额外的发电机组，指定条件为负荷的用电功率大于微电网系统中发电机组70的输出功率。
具体地，本实施例中，还包括外接发电机组并机接口，用于在指定条件下接入额外的发电机组，指定条件为负荷的用电功率大于发电机组70的输出功率，也可以理解为，当发电机组70的输出功率不满足负荷的用电功率时，需要额外接入发电机组，能够应对现场容量超过发电机组容量的状况；通过控制增加的发电机组的容量，避免发电机组功率的浪费，保障充分利用发电机组。
需要说明的是，远程通讯系统90可以监测是否需要接入额外的发电机组，并且计算出需要接入额外的发电机组的容量。
可选地，还包括：集装箱，微电网系统集成于集装箱内，集装箱固定于车底盘的大梁上，集装箱与大梁之间安装有减震器；
集装箱内还包括空调和通风系统，集装箱外壁贴附有保温层。
具体地，本实施例中，还包括集装箱，微电网系统集成于集装箱内，集装箱固定于车底盘的大梁上，集装箱与大梁之间安装有缓震器，缓解集装箱内的微电网系统在运行时受到的震动力；此外，集装箱内还安装有空调和通风系统，集装箱外壁还设置有保温层，一方面，为集装箱内提供合适的温度，保证微电网控制系统在较低温度的环境下稳定运行；另一方面，为集装箱内不断的充入新鲜空气，有利于发电机组70的有效运行。
基于同一发明构思，请结合图1所示，本申请还提供一种车载燃气轮机发电机组与储能组合的方法，市电异常时，A类负荷20、B类负荷30和C类负荷40由市电输入配电柜80供电转换为由机组输出配电柜71供电；市电恢复正常时，A类负荷、B类负荷和C类负荷再转换为由市电输入配电柜80供电；该方法包括：
市电81正常时，第一开关K1处于合闸状态，市电输入配电柜80向市电母线S1和保障母线S2供电；第三开关K3和第四开关K4处于合闸状态，保障母线S2向A类负荷20和B类负荷30供电；第六开关K6的第二端K6-2处于合闸状态，市电母线S1向C类负荷40供电；此时，变流器启动，变流器空载运行，且由市电81供电；控制系统50跟踪市电81的电气运行参数，以及跟踪所述储能系统中供电的电气运行参数，当储能系统中供电的电气运行参数的数值与市电81的电气运行参数的数值相等时，第二开关K2自动合闸；此时，变流器与市电81并网运行，变流器不输出电能，且变流器处于热备用运行状态，发电机组70处于冷备用状态；
市电81异常时，第一开关K1自动分闸，蓄电池储能柜61向交流不间断电源柜60自动供电，同时，交流不间断电源柜60向保障母线S2输出电能，A类负荷20保持供电不间断；此时，C类负荷40与市电母线S1电连接，C类负荷40处于停电状态；第四开关K4和第一开关K1同时自动分闸，B类负荷30处于停电状态；控制系统50监测到变流器加载稳定后，第四开关K4自动合闸，保障母线S2向B类负荷30供电；同时，控制系统50监测到市电81异常后，向发电机组70发送启动指令、并启动发电机组70；控制系统50跟踪储能系统中供电的电气运行参数，同时跟踪发电机组70供电的电气运行参数，当发电机组70供电的电气运行参数的数值与储能系统中供电的电气运行参数的数值相等时，第五开关K5的第二端K5-2自动合闸，机组输出配电柜71向保障母线S2输出电能，此时，机组输出配电柜71与交流不间断电源柜60并联运行，当机组输出配电柜71供电稳定后，第六开关K6的第一端K6-1自动合闸，A类负荷20、B类负荷30和C类负荷40全部转为由发电机组70供电；此时，变流器上的负荷转移到发电机组70，变流器处于空载并机热备用运行状态；
市电81恢复正常时，发电机组70跟踪市电81的电气运行参数，变流器跟踪保障母线S2输出稳定的电的电气运行参数，通过微调发电机组70和变流器的运行工况，直至保障母线S2输出稳定的电的电气运行参数与市电81的电气运行参数的数值相等时，第一开关K1自动合闸，保障母线S2上接入市电81，发电机组70将全部负荷转移向市电81，A类负荷20、B类负荷30和C类负荷40由市电输入配电柜80供电；此时，变流器处于热备份运行状态，发电机组70处于空载热备用运行状态；
其中，电气运行参数包括电的频率、电压和相位。
具体地，请结合图1所示，本实施例中，市电81由正常变为异常，再变为正常，A类负荷20、B类负荷30和C类负荷40由市电81供电转换为由发电机组70供电，再转换为由市电81供电，详细过程请参考以下：
市电81正常时，第一开关K1处于合闸状态，市电输入配电柜80分别向市电母线S1和保障母线S2供电，第三开关K3和第四开关K4处于合闸状态，保障母线S2向A类负荷20和B类负荷30供电；第六开关K6的第二端K6-2处于合闸状态，市电母线S1向C类负荷40供电；与此同时，变流器启动，由市电81供电且空载运行；跟踪市电81和变流器输出稳定的电的电气运行参数，当变流器输出稳定的电的电气运行参数的数值与市电81的电气运行参数的数值相等时，第二开关K2自动合闸；此时，变流器与市电81并网运行，但变流器不输出电能，且变流器处于热备用运行状态，发电机组70处于冷备用状态；
市电81异常时，第一开关K1自动分闸，蓄电池储能柜61向交流不间断电源柜60供电，交流不间断电源柜60向保障母线S2输出电能，保证A类负荷20保持供电不间断；此时，C类负荷40与市电母线S1电连接，而市电母线S1上无电能输出，C类负荷40处于停电状态；当第一开关K1分闸时，为保证B类负荷30运行的稳定性，同时第四开关K4也自动分闸，B类负荷30处于停电状态，当控制系统50监测到变流器加载稳定后，第四开关K4自动合闸，保障母线S2向B类负荷30供电；同时，控制系统50监测到市电81异常后，向发电机组70发送启动指令、并启动发电机组70；跟踪变流器输出稳定的电的电气运行参数，同时跟踪发电机组70提供的电的电气运行参数，当发电机组70提供的电的电气运行参数的数值与变流器输出稳定的电的电气运行参数的数值相等时，第五开关K5的第二端K5-2自动合闸，机组输出配电柜71向保障母线S2输出电能，此时，机组输出配电柜71与交流不间断电源柜60并联运行，待机组输出配电柜71供电稳定后，第六开关K6的第一端K6-1自动合闸，A类负荷20、B类负荷30和C类负荷40全部转为由发电机组70供电；此时，变流器上的负荷转移到发电机组70，变流器处于空载并机热备用运行状态；
市电81恢复正常时，发电机组70跟踪市电81的电气运行参数，变流器跟踪保障母线S2输出稳定的电的电气运行参数，通过微调发电机组70和变流器的运行工况，直至保障母线S2输出稳定的电的电气运行参数与市电81的电气运行参数的数值相等时，第一开关K1自动合闸，发电机组70将全部负荷转移向市电81，保障母线S2上接入市电81，A类负荷20、B类负荷30和C类负荷40由市电输入配电柜80供电；此时，变流器处于热备份运行状态，发电机组70处于空载热备用运行状态。
需要说明的是，电气运行参数包括电的频率、电压和相位。
通过以上步骤，当市电81遇到故障时，实现对A类负荷20转移供电电源，实现对B类负荷30和C类负荷40切换供电电源，保证不同的负荷能够有效恢复运行；当市电81恢复正常时，实现对A类负荷20、B类负荷30和C类负荷40在不间断供电的情况下转移供电电源，保证各类负荷安全稳定的运行。
可选地，请结合图1所示，第一开关K1自动合闸，发电机组70将全部负荷转移向市电81，保障母线S2上接入市电81，A类负荷20、B类负荷30和C类负荷40由市电输入配电柜80供电之后还包括：
第五开关K5的第一端K5-1合闸，由发电机组70与市电81并联向C类负荷40供电，再将C类负荷40转移到发电机组70供电；此时，第六开关K6的第一端K6-1自动分闸，第六开关K6的第二端K6-2自动合闸，C类负荷40由发电机组70供电转移到由市电母线S1供电，此时，将第五开关K5的第一端K5-1自动分闸，且归0，发电机组70停机；发电机组70处于冷备用状态，变流器处于热备用运行状态。
具体地，本实施例中，当市电81恢复正常时，虽然C类负荷40由市电81供电，但是C类负荷40是由保障母线S2供电的，为了防止市电81再次停电带来毁灭性的障碍，因此，必须立即将C类负荷40从保障母线S2切换到市电母线S1上，为了保障切换过程中C类负荷40不掉电，仍然通过发电机组70过度解决。在通过发电机组70过渡的过程中，发电机组70与市电81并联运行的，通过控制系统50的调度，首先将发电机组70的全部负荷转移到市电，即，将第五开关K5的第二端K5-2分闸，第五开关K5的第一端K5-1合闸，由发电机组70与市电81并联向C类负荷40供电；再将C类负荷40转移到发电机组70供电，即，第六开关K6的第一端K6-1自动分闸，第六开关K6的第二端K6-2自动合闸，C类负荷40由发电机组70供电转移到由市电母线S1供电；最后，将第五开关K5的第一端K5-1自动分闸、且归0，发电机组70停机；发电机组70处于冷备用状态，变流器处于热备用运行状态；通过上述过程，实现市电81恢复正常时，C类负荷40不间断持续供电的情况下，由保障母线S2供电转化为市电母线S1供电，保证C类负荷40持续稳定的运行。
以下将以实际案例对本申请的内容进行进一步说明。
本实施例中提供的一种车载燃气轮机发电机组和储能组合的微电网系统，请结合图1所示，发电机组70的额定功率为1600KW，400V系统，根据发电机组70的额定功率分配各类负荷的大小，以及根据发电机组的额定功率配置蓄电池的大小，可选的，A类负荷20和B类负荷30的大小占发电机组总功率的30％，C类负荷40的大小占发电机组总功率的70％。
具体为，蓄电池储能容量按照480KW运行15分钟配置，根据国标GB/T38833的要求，蓄电池的电压选择240V，该标准电压是基于PC机、服务器、路由器等IT、IP一类设备以及LED灯具、液晶显示等一类电子设备可以交直流两用而定，上述设备既能使用交流220V供电也能使用直流240V供电，因此，在故障情况下也可采用直流电对信息系统不间断保障；需要说明的是，蓄电池选择磷酸铁锂蓄电池组。
由于C类负荷40始终不需要蓄电池提供电能，因此，按照A类负荷20和B类负荷的大小占发电机组70总容量的30％配置，且蓄电池的容量满足运行15分钟配置，即0.25H，可选地，蓄电池总功率＝1600KW×0.3×0.25H＝120KWH＝120000WH；蓄电池总容量＝120000WH÷240V＝500AH；因此，可以选择容量大小为48V/250AH的5组蓄电池串联，形成容量大小为240V/250AH的一组蓄电池，配置两组同容量的蓄电池组并联，最终形成总容量为240V/500AH的蓄电池组，也即本实施例所需要的蓄电池，在实际运行过程中，蓄电池组可以放电2000A，运行15分钟。
本实施例中，还需要选择双向变流器，双向意味着可以实现变流器DC/AC逆变、以及变流器AC/DC整流双向；双向变流器模块包括逆变功能和整流功能，且单体模块为50KW/3相，总模块数量＝480KW÷50KW≈10块，为保证稳定运行，双向变流器的模块冗余2块，共选12块。
本实施例中，还需要选择第五开关K5和第六开关K6的大小，可选地，第五开关K5的容量＝1600KW÷400V÷1.732＝2309A，由此可见，可以选择2500A/400V/3相的开关；第六开关K6的容量＝1600KW÷400V÷1.732×0.7＝1616A，由此可见，第六开关K6可以选择2000A/400V/3相的开关。本实施例中，具体以举办某次国际会展为例，会展需要保电50天，时值盛夏，中央空调开放；首先，需要根据国际会展中现场用电情况，对负荷进行分类，具体为：
A类负荷20设备：服务器类设备，包括：12个机架，平均每个机架耗电量5KW，12个机架共计耗电量60KW；B类负荷30设备：展厅LED照明、公共大屏等共计耗电量200KW；C类负荷40设备：中央空调、各种电梯、扶梯、一般空调等共计耗电量1000KW；
在现场，请结合图1所示，将各类负荷设备接入微电网系统，即将车载式微电网系统停靠在原配电室，原配电室总开关的容量为3000A/400V，将其并联至车载微电网系统，也即通过第一开关K1将市电81输入车载微电网系统；将原设备中市电81与A类负荷20电连接的开关断开，在微电网系统中的第三开关K3的输出端设置引线，该引线与控制A类负荷20的开关的输出端复接；将原设备中市电81与B类负荷30(展厅LED照明、公共大屏等)电连接的开关断开，在微电网系统中的第四开关K4的输出端设置引线，该引线与控制B类负荷30的开关的输出端复接；将原设备中市电81与C类负荷40(中央空调、各种电梯、扶梯、一般空调等)电连接的开关断开，将C类负荷40接到一个临时配电柜(即市电输入配电柜80)，临时配电柜接入第六开关K6的中间接线端；
接下来，将车载微电网系统的零线和地线分别与400V的原配电室的零线和地线可靠连接，导体截面积与负荷电流配匹；当市电81正常供电时，第一开关K1、第三开关K3、第四开关K4、第六开关K6的第二端K6-2合闸，A类负荷20设备和B类负荷30设备正常运行，控制系统50跟踪、同步、锁相电网和储能系统中的电压、频率、相位，当储能系统中的变流器输出稳定的电的电压、频率、相位与市电81的电压、频率、相位的数值完全一致时，第二开关K2自动合闸，变流器空载并网；
在展会期间，不可避免的会发生故障，某日市电81遭雷击跳闸，第一开关K1失压自动跳闸，C类负荷40自动失电，变流器从空载状态瞬间负荷骤增，向保障母线S2供电，A类负荷20持续供电不间断，考虑到B类负荷30的安全，防止变流器上负荷上升速度太快造成系统瘫痪，第四开关K4与第一开关K1自动同步分闸，B类负荷30暂时失电；控制系统50调看了失电前B类负荷30的容量，确认了储能系统存有增加B类负荷30的空间，15秒后变流器从空载状态进入负荷状态且运行稳定后，控制系统50向第四开关K4发送合闸指令，第四开关K4自动合闸，B类负荷30得电后正常运行，不需要重启；此时，处于冷备用的发电机组70接收到市电81失电信号后，自动启动运行，控制系统50自动跟踪、同步、锁相储能系统的电压、频率、相位，发电机组70完全进入正常运行状态，且发电机组70供电的电压、频率、相位与储能系统供电的电压、频率、相位完全一致3秒后，控制系统50向第五开关K5的第二端K5-2下发合闸指令，发电机组70与储能系统并联运行；通过控制系统50的调整，将变流器的负荷转移到发电机组70，变流器空载并机运行；发电机组70加载运行稳定后，控制系统50向第六开关K6下发指令，第六开关K6的第一端K6-1合闸，C类负荷40加载运行，此时发电机组70承担全部负荷，变流器空载并机热备份运行；
当市电81恢复时，控制系统50自动跟踪发电机组70和储能系统以及电网的电压、频率、相位，通过控制系统50的统一协调，储能系统与发电机组70不断微调，待储能系统与发电机组70电压、频率、相位调整到与市电81的电压、频率、相位完全一致时，控制系统50向第一开关K1下达合闸指令，第一开关K1合闸，保障母线S2得电，控制系统50将保障母线S2负荷转移到市电81供电，变流器空载并网运行，发电机组70部分带载运行；为了使C类负荷40倒换到市电母线S1供电，且倒换过程不停电，此时需要第五开关K5和第六开关K6配合工作，控制系统50协调发电机组70将负荷转移到市电81，发电机组70空载运行，控制系统50向第五开关K5发送指令，第五开关K5的第一端K5-1分闸，第五开关K5的第二端K5-2合闸；控制系统50协调发电机组70，将C类负荷40转移到发电机组70，控制系统50向第六开关K6发指令，第六开关K6的第一端K6-1合闸，控制系统50将C类负荷40转移到市电母线S1供电；控制系统50向第五开关K5发指令，第五开关K5的第二端K5-2分闸，且归0；控制系统50向发电机组70发指令停机，发电机组70停机后恢复到冷备用状态，系统恢复到最初供电状态。
以下将以实际案例对本申请的内容进行进一步说明。
本实施例以路旁作业应用为例，图2所示为本申请实施例所提供的微电网系统的另一种结构示意图，请参考图2所示，并结合图1所示，某小区现有变压器的容量为630KVA，因为客户用电需求增大，现需将变压器的容量增至1000KVA，要求变压器更换期间客户不停电；将车载微电网系统停靠在某小区箱式变压器10旁，车载微电网系统中的市电输入配电柜80的快速接头(公头)连接箱式变压器10的开关的D1(母头)；车载微电网系统中的C类负荷40的快速接头(公头)连接箱式变压器10的开关的D2(母头)；车载微电网系统中的零线排和地线排分别与箱式变压器10的零线排和地线排可靠连接。
进一步地，请继续参考图2所示，并结合图1所示，启动发电机组70，待发电机组70输出的电的频率、电压、相位与市电81的频率、电压、相位三个电气参数完全一致时，控制系统50发送指令，第一开关K1合闸、第五开关K5的第一端K5-1合闸、第六开关K6的第一端K6-1合闸，此时，市电81与发电机组70并联；控制系统50将负荷全部转移到发电机组70，小区内所有客户用电由原变压器供电转为由车载微电网系统的发电机组70供电，过度期间达到了持续供电不间断。
当箱式变压器10的负荷卸载后，箱式变压器10内的总开关K0分闸，车载微电网系统中的第一开关K1分闸，箱式变压器10输入端上的10KV的熔断器R拉闸，箱式变压器停电施工。
当箱式变压器10完成送电后，车载微电网系统的第一开关K1输入端得到市电81信号，控制系统50将发电机组70提供的电的频率、电压、相位与市电81频率、电压、相位三个电气参数进行比较，并且微调发电机组70运行状态，待发电机组70提供的电的频率、电压、相位与市电81频率、电压、相位完全一致时，箱式变压器10中的总开关K0合闸，发电机组70与市电81并联运行，控制系统50将发电机组70负荷慢慢转移到由箱式变压器10提供，第五开关K5、第六开关K6归0，发电机组70停机，开关D1、开关D2快速插头从箱式变压器10拔出，零线排与地线排复原；如此，满足当某小区客户用电量需求增大时，对某小区的用电应急保障，在不停电作业下，保障某小区各用电设备稳定运行。
综上，本发明提供的一种车载燃气轮机发电机组与储能组合的微电网系统和方法，至少实现了如下的有益效果：
本申请提供的一种车载燃气轮机发电机组与储能组合的微电网系统和方法，采用差异化应急保障供电理念，根据负荷的性质，将负荷分为A类负荷、B类负荷和C类负荷；综合发电机组系统和储能系统，优势互补、趋利避害；当市电异常时，依次有序的为A类负荷、B类负荷和C类负荷供电，确保重要信息的安全性；当市电恢复正常时，在不间断供电的情况下，恢复市电为A类负荷、B类负荷和C类负荷供电，确保现场应急保电安全运行。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (6)
1.一种车载燃气轮机发电机组与储能组合的微电网系统，其特征在于，包括：
负荷，所述负荷包括A类负荷、B类负荷和C类负荷，所述A类负荷为持续不间断的供电负荷，所述B类负荷为可承受秒级间断的供电负荷，所述C类负荷为可承受3分钟内间断的供电负荷；
保障供电系统，所述保障供电系统包括储能系统、发电机组系统和控制系统，所述储能系统包括交流不间断电源柜和蓄电池储能柜，所述发电机组系统包括发电机组和机组输出配电柜；所述保障供电系统还包括市电输入配电柜，所述市电输入配电柜接入市电；所述交流不间断电源柜接入市电和接入由所述蓄电池储能柜提供的电能；所述机组输出配电柜接入由所述发电机组提供的电能；
市电母线和保障母线，所述市电母线分别与所述市电输入配电柜和所述C类负荷电连接；所述保障母线分别与所述市电输入配电柜、所述交流不间断电源柜、所述A类负荷、所述B类负荷电连接；所述C类负荷通过自动切换开关与所述市电母线或与所述机组输出配电柜电连接；所述保障母线通过第一开关与所述市电输入配电柜电连接，所述保障母线通过第二开关与所述交流不间断电源柜电连接，所述保障母线通过第三开关与所述A类负荷电连接，所述保障母线通过第四开关与所述B类负荷电连接，所述机组输出配电柜通过第五开关与所述保障母线或所述C类负荷切换电连接，所述C类负荷通过第六开关与所述保障母线或所述市电母线切换电连接；
远程通讯系统，所述远程通讯系统与所述控制系统电连接，用于监测所述控制系统；
所述机组输出配电柜通过所述第五开关的第一端与所述C类负荷电连接，所述机组输出配电柜通过所述第五开关的第二端与所述保障母线电连接；所述C类负荷通过第六开关的第一端与所述保障母线电连接，所述C类负荷通过第六开关的第二端与所述市电母线电连接；
所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关均为三刀单掷自动分合闸开关，所述第五开关和所述第六开关均为三刀双掷自动转换开关；
所述A类负荷、所述B类负荷和所述C类负荷分别根据所述发电机组总功率的10％、20％、70％分配；
所述交流不间断电源柜包括变流器，所述变流器为双向变流器。
2.根据权利要求1所述的车载燃气轮机发电机组与储能组合的微电网系统，其特征在于，还包括：外接蓄电池接口，用于在指定条件下接入额外的蓄电池，所述指定条件为所述负荷的用电量大于所述微电网系统中所述蓄电池储能柜的供电容量。
3.根据权利要求1所述的车载燃气轮机发电机组与储能组合的微电网系统，其特征在于，还包括：外接发电机组并机接口，用于指定条件下接入额外的发电机组，所述指定条件为所述负荷的用电功率大于所述微电网系统中所述发电机组的输出功率。
4.根据权利要求1所述的车载燃气轮机发电机组与储能组合的微电网系统，其特征在于，还包括：集装箱，所述微电网系统集成于所述集装箱内，所述集装箱固定于车底盘的大梁上，所述集装箱与所述大梁之间安装有减震器；
所述集装箱内还包括空调和通风系统，所述集装箱外壁贴附有保温层。
5.一种如权利要求1～4任一项所述的车载燃气轮机发电机组与储能组合的方法，其特征在于，市电异常时，所述A类负荷、所述B类负荷和所述C类负荷由所述市电输入配电柜供电转换为由所述机组输出配电柜供电；市电恢复正常时，所述A类负荷、所述B类负荷和所述C类负荷再转换为由所述市电输入配电柜供电；该方法包括：
市电正常时，第一开关处于合闸状态，所述市电输入配电柜向所述市电母线和所述保障母线供电；第三开关和第四开关处于合闸状态，所述保障母线向所述A类负荷和所述B类负荷供电；第六开关的第二端处于合闸状态，所述市电母线向所述C类负荷供电；此时，变流器启动，所述变流器空载运行，且由市电供电；所述控制系统跟踪市电的电气运行参数，以及跟踪所述储能系统中供电的电气运行参数，当所述储能系统中供电的电气运行参数的数值与市电的电气运行参数的数值相等时，第二开关自动合闸；此时，所述变流器与市电并网运行，所述变流器不输出电能，且所述变流器处于热备用运行状态，所述发电机组处于冷备用状态；
市电异常时，第一开关自动分闸，所述蓄电池储能柜向所述交流不间断电源柜自动供电，同时，所述交流不间断电源柜向所述保障母线输出电能，所述A类负荷保持供电不间断；此时，所述C类负荷与所述市电母线电连接，所述C类负荷处于停电状态；第四开关和第一开关同时自动分闸，所述B类负荷处于停电状态；所述控制系统监测到所述变流器加载稳定后，第四开关自动合闸，所述保障母线向所述B类负荷供电；同时，所述控制系统监测到市电异常后，向所述发电机组发送启动指令、并启动所述发电机组；所述控制系统跟踪所述储能系统中供电的电气运行参数，同时跟踪所述发电机组供电的电气运行参数，当所述发电机组供电的电气运行参数的数值与所述储能系统中供电的电气运行参数的数值相等时，第五开关的第二端自动合闸，所述机组输出配电柜向所述保障母线输出电能，此时，所述机组输出配电柜与所述交流不间断电源柜并联运行，当所述机组输出配电柜供电稳定后，第六开关的第一端自动合闸，所述A类负荷、所述B类负荷和所述C类负荷全部转为由所述发电机组供电；此时，所述变流器上的负荷转移到所述发电机组，所述变流器处于空载并机热备用运行状态；
市电恢复正常时，所述发电机组跟踪市电的电气运行参数，所述变流器跟踪保障母线输出稳定的电的电气运行参数，通过微调所述发电机组和所述变流器的运行工况，直至所述保障母线输出稳定的电的电气运行参数与市电的电气运行参数的数值相等时，第一开关自动合闸，所述保障母线上接入市电，所述发电机组将全部所述负荷转移向市电，所述A类负荷、所述B类负荷和所述C类负荷由所述市电输入配电柜供电；此时，所述变流器处于热备份运行状态，所述发电机组处于空载热备用运行状态；其中，所述电气运行参数包括电的频率、电压和相位。
6.根据权利要求5所述的车载燃气轮机发电机组与储能组合的方法，其特征在于，所述第一开关自动合闸，所述保障母线上接入市电，所述发电机组将全部所述负荷转移向市电，所述A类负荷、所述B类负荷和所述C类负荷由所述市电输入配电柜供电之后还包括：
第五开关的第一端合闸，由所述发电机组与市电并联向所述C类负荷供电，再将所述C类负荷转移到所述发电机组供电；此时，第六开关的第一端自动分闸，第二端自动合闸，所述C类负荷由所述发电机组供电转移到由所述市电母线供电，此时，将第五开关第一端自动分闸、且归0，所述发电机组停机；所述发电机组处于冷备用状态，所述变流器处于热备用运行状态。
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