CN113555896A - 一种基于光储一体化的能源微网系统 - Google Patents

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袁伟东
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陆宝金
黄冬
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Abstract

本发明公开了一种基于光储一体化的能源微网系统，包括：分布式能源，储能组件和能源微网管理系统，分布式能源和储能组件分别通过能源微网管理系统与负荷和电网连接；分布式能源用于产生电能；储能组件用于存储电能；能源微网管理系统具有如下两种工作状态，包括并网状态和离网状态，其中，能源微网管理系统在并网状态下通过控制电网的电能和分布式能源的电能为负荷供电；能源微网管理系统还用于在离网状态下通过控制分布式能源的电能为负荷供电。本发明保障电网能够持续供电。

Description

一种基于光储一体化的能源微网系统
技术领域
本发明涉及能源网络，特别涉及一种基于光储一体化的能源微网系统。
背景技术
分布式能源是一种是以资源、环境效益最大化确定方式和容量的系统，将用户多种能源需求，以及资源配置状况进行系统整合优化，采用需求应对式设计和模块化配置的新型能源系统，是相对于集中供能的分散式供能方式。分布式能源是最能体现节能、减排、安全、灵活等多重优点的能源发展方式，目前由于技术、标准、利益、法规等方面的问题，对于分布式能源主要采用“不并网”或“并网不上网”的方式运行。但是此种运行方式存在光、储等能源所产生的电能质量问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于光储一体化的能源微网系统，通过建立综合能源微网，保障电网处持续供电；通过加装电能质量治理装置解决光、储等能源所产生的电能质量问题；结合综合能源微网电能数据远程采集和监测的数据平台，提供有效的数据支撑。
为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种基于光储一体化的能源微网系统，包括：分布式能源，储能组件和能源微网管理系统；所述分布式能源和所述储能组件分别通过所述能源微网管理系统与负荷和电网连接；所述分布式能源用于产生电能；所述储能组件用于存储所述电能；所述能源微网管理系统具有如下两种工作状态，包括并网状态和离网状态，其中，所述能源微网管理系统在并网状态下通过控制所述电网的电能和分布式能源的电能为所述负荷供电；所述能源微网管理系统还用于在离网状态下通过控制分布式能源的电能为所述负荷供电。
优选地，所述分布式能源包括多个光伏发电组件，对个所述光伏发电组件按照预设的间距排列。
优选地，每一所述光伏发电组件包括光电转化模块和电能治理模块；
所述光电转化模块用于将太阳能转化为电能；
所述电能治理模块用于控制在所述电网电能富余时将多余电能储存至所述储能组件，在所述电网电能不足时给所述电网供电；
所述电能治理模块包括直流斩波电路及第一承载装置，
所述第一承载装置安装于并网逆变器之前，并用于承载所述直流斩波电路，所述直流斩波电路用于将单一且不稳定的直流输入电压变换成所述负荷所需要的稳定且具有不同电压等级的直流供电电压。
优选地，所述光电转化模块包括太阳能板和第二承载装置，所述第二承载装置设置于地面上，用于支撑所述太阳能板；所述太阳能板用于将太阳能转化为电能。
优选地，每一所述光伏发电组件还包括检测装置和环境检测装置，所述检测装置和所述环境检测装置设置在并网逆变器上，所述检测装置用于采集对应的所述光伏发电组件的运行参数，以实时捕捉光电转化模块的最大功率点；所述环境检测装置用于检测对应的所述光伏发电组件所处的环境参数。
优选地，所述储能组件包括：相互连接的储能电池模块和电流转化模块；
所述储能电池模块与每一所述光电转化模块连接，用于储存所述光电转化模块生成的电能。所述电流转化模块用于将所述储能电池模块存储的电能进行变流后为所述负荷供电。
优选地，所述电流转化模块包括相互连接的并网逆变器和储能变流器；
所述储能变流器和所述储能电池模块连接，用于控制所述储能电池模块充电或放电。所述并网逆变器用于将所述分布式能源转化的直流电转化为交流电，所述交流电用于为所述负荷供电或并入所述电网中。
优选地，所述的能源微网管理系统还包括：监控服务器，其与所述分布式能源连接，用于采集能源微网系统的线路、配电网和负荷数据以及设备电压、电流和功率实时电参量。
通信服务器，其分别与所述监控服务器和所述检测装置和所述环境检测装置连接。以及分别通过信息传输总线路连接的集中控制服务器、并离网控制器、能源管理服务器和数据库。
所述通信服务器用于与所述负荷和所述分布式能源通信，并接收所述检测装置采集的对应的所述光伏发电组件的运行参数，以实时捕捉光电转化模块的最大功率点。
所述环境检测装置检测的对应的所述光伏发电组件所处的环境参数；以及接收所述监控服务器采集的能源微网系统的线路、配电网和负荷数据以及设备电压、电流和功率实时电参量。
所述集中控制服务器包括相互连接的发电控制器和负荷控制器，所述发电控制器控制所述电网和所述储能组件之间的定电压、定频率、定功率的切换。所述负荷控制器用于延迟断开预设的所述负荷。所述并离网控制器用于控制所述能源微网系统进行并网状态和离网状态切换；所述能源管理服务器用于进行分布式能源控制、调度和电压控制，所述数据库用于存储所述通信服务器传输的数据。
本发明至少具有以下优点之一：
本发明通过分布式能源特别的是指光伏发电技术实现了发电，然后通过电能治理模块提高了光伏能源的电能质量，减少了用电点(负荷或负载)对电网的依赖，电力供应不足或出现故障时确保了用电点(负荷或负载)的正常用电。本发明通过使用了物联网技术，监控多项数据，远程管理用电点的用电情况。由此本发明实现了减少人力成本、节能的效果。本发明可应用于多种重要的小型用电单位，维持电力供给，并监测电能使用状态。本发明实现了新能源与大电网的协调运行，提高电网的供电可靠性，增加电网弹性。本发明使用的光伏能源为可再生能源。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的储能组件一次拓扑结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的监控服务器的电路结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的储能电池模块的电气原理示意图；
图4为本发明一实施例提供的能源微网管理系统的结构框图；
图5为本发明一实施例提供的基于光储一体化的能源微网系统的结构框图；
图6为本发明一实施例提供的环境监测装置的连接关系示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种基于光储一体化的能源微网系统作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
如图5所示，本实施例提供的一种基于光储一体化的能源微网系统，包括：分布式能源(光伏能源200)，储能组件(储能系统300)和能源微网管理系统100，所述分布式能源和所述储能组件分别通过所述能源微网管理系统100与负荷(用户用电系统500)和电网400连接。所述分布式能源用于产生电能。所述储能组件用于存储所述电能。
所述能源微网管理系统100具有如下两种工作状态，包括并网状态和离网状态，其中，所述能源微网管理系统100在并网状态下通过控制所述电网400的电能和分布式能源的电能为所述负荷供电。
所述能源微网管理系统100还用于在离网状态下通过控制分布式能源的电能为所述负荷供电。
具体的，所述分布式能源包括多个光伏发电组件，对个所述光伏发电组件按照预设的间距排列。每一所述光伏发电组件包括光电转化模块和电能治理模块；所述光电转化模块用于将太阳能转化为电能。
所述电能治理模块用于实现稳定电能输入，具体的是通过在所述电网电能富余时将多余电能储存至所述储能组件，在所述电网电能不足时给所述电网供电，增加所述电网供电弹性，并配合直流斩波电路控制供电电压。
所述电能治理模块包括直流斩波电路及第一承载装置，所述第一承载装置安装于并网逆变器之前，用于承载所述直流斩波电路，所述直流斩波电路用于将单一的、不稳定的直流输入电压变换成负载所需要的稳定的、不同电压等级(一般交流电压等级按标称系统电压划分为：3kV、6kV、10kV、20kV、35kV、66kV、110kV、220kV、330kV、500kV、750kV、1000kV)的直流供电电压。由此可知，所述直流斩波电路用于治理分布式能源接入产生的电能质量问题。
所述光电转化模块包括太阳能板和第二承载装置，所述第二承载装置设置于地面上，用于支撑所述太阳能板；所述太阳能板用于将太阳能转化为电能。
每一所述光伏发电组件还包括检测装置(数据采集装置)和环境检测装置，所述检测装置和所述环境检测装置设置在并网逆变器上，所述检测装置用于采集对应的所述光伏发电组件的运行参数，以实时捕捉光电转化模块的最大功率点；所述环境检测装置用于检测对应的所述光伏发电组件所处的环境参数，所述环境参数包括温度参数和/或湿度参数。
具体的如图6所示，所述环境检测装置的接入方式，两个STS(第一STS和第二STS)，储能变流器，数据采集装置，整流器，市电(电网400)，光电发生器(光电转化模块)和负载(负荷500)。
STS为静态电源切换开关，是一种电气元件，可以实现双电源快速切换的功能。第一STS通过所述储能变流器与所述第二STS连接，所述第二STS与所述负载连接。
所述光电发生器通过所述整流器分别与所述第一STS和所述储能变流器连接。所述市电(电网400)与所述第一STS连接；所述数据采集装置与所述储能变流器(所述储能变流器与所述光伏发电组件连接)连接。所述数据采集装置用于采集对应的所述光伏发电组件的运行参数，以实时捕捉光电转化模块的最大功率点。
所述储能组件包括：相互连接的储能电池模块和电流转化模块；所述储能电池模块与每一所述光电转化模块连接，用于储存所述光电转化模块生成的电能；所述电流转化模块用于将所述储能电池模块存储的电能进行变流后为所述负荷供电。
所述电流转化模块包括相互连接的并网逆变器和储能变流器；所述储能变流器和所述储能电池模块连接，用于控制所述储能电池模块充电或放电；所述并网逆变器用于将所述分布式能源转化的直流电转化为交流电，所述交流电用于为所述负荷供电或并入所述电网中。
如图1所示，锂电池(储能电池模块)通过储能变流器分别与第一QF1和第二QF2连接，QF是指断路器。
所述第二QF2与楼宇负荷连接，所述第一QF1与市电电网连接；所述储能变流器包括依次连接的直流断路器、储能逆变器SC、100KVA隔离变压器和交流断路器；所述直流断路器用于控制所述储能变流器的通断；所述储能逆变器SC用于将直流电转化为交流电；所述隔离变压器用于调整交流电的电压；所述交流断路器用于控制所述储能变流器的通断。
请继续参考图1所示，当市电供电时断开储能变流器的开关，当市电失电时切换到储能变流器并采用储能组件进行供电。
如图3所示，电池系统(储能电池模块)电气原理示意图，搭配了电池管理单元和电池控制系统以及相应的控制模块，使其充放电更加安全。其中包括储能通讯单元(BMAS)、电池控制系统(BMS)、电池管理单元(BMU)、电池组(1B224+～1B1-)。
储能变流器(PCS)输入正和第一断路器连接，储能变流器(PCS)输入负通过第一分流器和所述第一断路器连接，储能变流器(PCS)通讯与第一储能通讯单元BMAS1连接，第一储能通讯单元BMAS1负责储能电池模块内部信息传输，通过内CAN通信分别与第一电池控制系统BMS1～第四电池控制系统BMS4、第一电池管理单元BMU1～第十四电池管理单元BMU14连接；所述第一断路器分别与四组储能电池模块连接，每一组储能电池模块，都具有相同的电气结构。
其中以第一组为例进行说明，第一组储能电池模块包括：第一充电继电器分别与第一二极管的正极和第二二极管的负极连接，所述第一二极管的负极和第二二极管的正极分别与所述第一放电继电器连接；所述第一放电继电器与第一熔断器连接；所述第一熔断器与第二断路器连接；第二断路器依次与电池组1B224+～1B1-连接；电池组1B224+～1B1-分别对应与第一BMU1～第十四BMU14连接。
所述第一断路器还与总负继电器连接，所述总负继电器与第二分流器连接，第二分流器与所述第二断路器连接。
请继续参考图3所示，充电时电流由储能变流器经过充电继电器从电池正极流入开始充电，放电时也从正极流出经过放电继电器开始放电，两种继电器(充电继电器和放电继电器)串联二极管控制电流方向，并连接熔断器保护电路。由电池管理模块监测电池状态，然后使用内CAN通信通过储能通讯单元与储能变流器相连，以此达到电池监测的效果。
由此第二组～第四组储能电池模块的具体结构及连接关系参考第一组储能电池模块所示，在此不再赘述。
如图4所示，所述的能源微网管理系统还包括：监控服务器，其与所述分布式能源连接，用于采集能源微网系统的线路、配电网和负荷数据以及设备电压、电流和功率实时电参量；通信服务器，其分别与所述监控服务器和所述检测装置和所述环境检测装置连接，以及分别通过信息传输总线路连接的集中控制服务器、并离网控制器、能源管理服务器和数据库；所述通信服务器用于与所述负荷和所述分布式能源通信，并接收所述检测装置采集的对应的所述光伏发电组件的运行参数，以实时捕捉光电转化模块的最大功率点；所述环境检测装置检测的对应的所述光伏发电组件所处的环境参数；以及接收所述监控服务器采集的能源微网系统的线路、配电网和负荷数据以及设备电压、电流和功率实时电参量；
所述集中控制服务器包括相互连接的发电控制器和负荷控制器，所述发电控制器控制市电(电网)和储能(储能组件)之间定电压、定频率、定功率的切换；所述负荷控制器用于延迟断开预设的所述负荷；所述并离网控制器用于控制所述能源微网系统进行并网状态和离网状态切换；所述能源管理服务器用于进行分布式能源控制、调度和电压控制，所述数据库用于存储所述通信服务器传输的数据。
即通过检测装置和监控服务器采集信息至通信服务器，由通信服务器收集信息后进行预处理再发送至总线，将数据储存至数据库，并展示给工作人员。然后工作人员就可以根据获取的内容，通过并离网控制器和能源管理服务器发出指令，由总线转至能源控制模块。
如图2所示，本实施例基于物联网搭建检测系统，实时监测微网系统中的各项参数，然后汇总至服务器。
所述监控服务器包括负荷测量电表，负荷测量电表通过物联网监控系统分别与空调、电池控制系统(BMS)、光伏发电组件、消防、两个温湿度传感器和并网点控制器连接；电池系统(储能电池模块)依次与储能变流器(PCS)、交流器和电能表连接；所述电池控制系统与所述储能变流器连接，所述交流器与所述物联网监控系统连接；
所述电能表与所述物联网监控系统连接。
图2表示物联网监控系统监测了空调、光伏接入、温湿度传感器等各项检测设施的参数，并且监测了各断路器的实时开关状态；电池系统和PCS储能变流器的作用同上述图1所示，在此不再赘述。
所述监控服务器用于人机交互，展示所采集到的数据和运行参数，给操作人员作为参考，辅助完成日常工作。
综上所述，本实施例建立综合能源微网，保障电网处持续供电；通过加装电能质量治理装置解决光、储等能源所产生的电能质量问题；结合综合能源微网电能数据远程采集和监测的数据平台，提供有效的数据支撑。在以上基础上，研究综合能源微网接入的方案，适用于其它地域、不同场景的综合能源微网建设。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
应当注意的是，在本文的实施方式中所揭露的装置和方法，也可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本文的多个实施方式的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用于执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本文各个实施方式中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种基于光储一体化的能源微网系统，其特征在于，包括：
分布式能源，储能组件和能源微网管理系统，
所述分布式能源和所述储能组件分别通过所述能源微网管理系统与负荷和电网连接；
所述分布式能源用于产生电能；
所述储能组件用于存储所述电能；
所述能源微网管理系统具有如下两种工作状态，包括并网状态和离网状态，其中，所述能源微网管理系统在并网状态下通过控制所述电网的电能和分布式能源的电能为所述负荷供电；
所述能源微网管理系统还用于在离网状态下通过控制分布式能源的电能为所述负荷供电。
2.如权利要求1所述的基于光储一体化的能源微网系统，其特征在于，所述分布式能源包括多个光伏发电组件，对个所述光伏发电组件按照预设的间距排列。
3.如权利要求2所述的基于光储一体化的能源微网系统，其特征在于，每一所述光伏发电组件包括光电转化模块和电能治理模块；
所述光电转化模块用于将太阳能转化为电能；
所述电能治理模块用于控制在所述电网电能富余时将多余电能储存至所述储能组件，在所述电网电能不足时给所述电网供电；
所述电能治理模块包括直流斩波电路及第一承载装置，
所述第一承载装置安装于并网逆变器之前，并用于承载所述直流斩波电路，所述直流斩波电路用于将单一且不稳定的直流输入电压变换成所述负荷所需要的稳定且具有不同电压等级的直流供电电压。
4.如权利要求3所述的基于光储一体化的能源微网系统，其特征在于，所述光电转化模块包括太阳能板和第二承载装置，
所述第二承载装置设置于地面上，用于支撑所述太阳能板；
所述太阳能板用于将太阳能转化为电能。
5.如权利要求4所述的基于光储一体化的能源微网系统，其特征在于，每一所述光伏发电组件还包括检测装置和环境检测装置，所述检测装置和所述环境检测装置设置在并网逆变器上，所述检测装置用于采集对应的所述光伏发电组件的运行参数，以实时捕捉光电转化模块的最大功率点；
所述环境检测装置用于检测对应的所述光伏发电组件所处的环境参数。
6.如权利要求5所述的基于光储一体化的能源微网系统，其特征在于，所述储能组件包括：
相互连接的储能电池模块和电流转化模块；
所述储能电池模块与每一所述光电转化模块连接，用于储存所述光电转化模块生成的电能；
所述电流转化模块用于将所述储能电池模块存储的电能进行变流后为所述负荷供电。
7.如权利要求6所述的基于光储一体化的能源微网系统，其特征在于，所述电流转化模块包括相互连接的并网逆变器和储能变流器；
所述储能变流器和所述储能电池模块连接，用于控制所述储能电池模块充电或放电；
所述并网逆变器用于将所述分布式能源转化的直流电转化为交流电，所述交流电用于为所述负荷供电或并入所述电网中。
8.如权利要求7所述的基于光储一体化的能源微网系统，其特征在于，
所述的能源微网管理系统还包括：
监控服务器，其与所述分布式能源连接，用于采集能源微网系统的线路、配电网和负荷数据以及设备电压、电流和功率实时电参量；
通信服务器，其分别与所述监控服务器和所述检测装置和所述环境检测装置连接，
以及分别通过信息传输总线路连接的集中控制服务器、并离网控制器、能源管理服务器和数据库；
所述通信服务器用于与所述负荷和所述分布式能源通信，并接收所述检测装置采集的对应的所述光伏发电组件的运行参数，以实时捕捉光电转化模块的最大功率点；
所述环境检测装置检测的对应的所述光伏发电组件所处的环境参数；以及接收所述监控服务器采集的能源微网系统的线路、配电网和负荷数据以及设备电压、电流和功率实时电参量；
所述集中控制服务器包括相互连接的发电控制器和负荷控制器，所述发电控制器控制所述电网和所述储能组件之间的定电压、定频率、定功率的切换；
所述负荷控制器用于延迟断开预设的所述负荷；
所述并离网控制器用于控制所述能源微网系统进行并网状态和离网状态切换；
所述能源管理服务器用于进行分布式能源控制、调度和电压控制，
所述数据库用于存储所述通信服务器传输的数据。
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