CN114709867A - 一种基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力设备领域，具体涉及一种基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统。该系统按照由上至下的管理顺序分别包括：云主站、边设备和端设备。端设备包括电能表、逆变器、分布式发电单元和物联通信单元。边设备包括台区变压器、集中式储能装置、智能融合终端和集中器。云主站用于根据电力用户的请求展示由智能融合终端上传的台区内所有设备的基础数据，以及生成的故障事件的告警信息；并响应电力用户对逆变器下达的开关机指令或功率调节指令。系统执行的业务功能包括：数据采集与共享、并网防孤岛效应保护、电网三相电压平衡调节、电网谐波污染监控和储能调节。本发明解决了现有电网无法有效消解分布式发电系统产生的电能的问题。

Description

一种基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统

技术领域

本发明属于电力设备领域，具体涉及一种基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统。

背景技术

分布式发电系统是指在用户消纳场地附近建设的小型发电系统。这些发电系统运行方式以用户侧自发自用、余电量上网为主。分布式发电系统可以实现就近发电，就近并网，就近转换，就近使用，这不仅能够有效提高同等规模电站的发电量，同时还有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题。常规的地面站具有容量大、资源条件好的优点，但是地面站的消纳能力不足，电力网的占地面积较广这也会导致地面站应用时实际效果大打折扣。而分布式电站则会有效克服上述问题。

国内，已经投入使用的分布式发电系统以光伏发电系统为主，包括户用光伏、工商业分布式光伏，以及特殊性质的区域性光伏项目等。分布式光伏项目的可以为减轻贫困地区居民的用电经济负担，提高清洁能源利用率，实现节能减。但是，现有应用场景下，大多数光伏多是处于自发自用，基本不上网的现状，光伏供电网络和低压配电台区形成两张独立的网。这种局面无法实现光伏并网消纳能源，带来数据价值，以及对业务进一步的延伸。光伏能源也并未发挥最大化价值。

大多数分布式发电系统包括户用光伏等都存在容量小、波动性大、分散广、管理成本高等问题。低压配电台区和分布式光伏并未建立数据通信的连接，这些都导致配电台区无法感知光伏的运行状态和基本数据，为跨区域电网的管理和运维带来困难。另外，光伏并网会对电力系统带来一系列的影响，如引起电压波动、产生谐波污染、导致三相不平衡、降低功率因数等，目前还缺乏有效的方法对分布式光伏电源进行消纳和平衡调节。

发明内容

为了解决现有低压电网无法有效消解分布式发电系统产生的电能的问题，本发明提供一种基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统。

本发明采用以下技术方案实现：

一种基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统，该系统用于对含有分布式新能源发电单元的台区设备进行管理，实现配网双向潮流有序化，柔性调控用电负荷分布，并提高电网设备利用率。该分布式能源并网式灵活消纳系统按照由上至下的管理顺序分别包括：云主站、边设备和端设备。

其中，端设备包括电能表、逆变器、分布式发电单元和物联通信单元。电能表用于采集营销侧的电力用户的用能信息，台区内的所有电能表与一个集中器设备通过电力载波通信的方式通信连接。台区内所有的分布式发电单元产生的电力通过逆变器转换为交流电后，分别供电力用户的负载使用或并网到台区内的低压电网上。各个逆变器通过物联通信单元与一个智能融合终端通信连接。

边设备包括台区变压器、集中式储能装置、智能融合终端和集中器。台区变压器用于为台区范围内的低压电网实现供电。集中式储能装置与低压电网电连接，集中式储能装置用于在台区变压器供电与负载能耗不匹配时进行动态平衡调节，进而对分布式发电单元并网的电能进行消纳。智能融合终端用于对逆变器进行数据采集、故障事件状态监测和远程控制。并通过RS485或以太网接口采集集中器获取的户表数据。同时将采集到的所有的基础数据和故障事件的告警信息上传至云主站。

云主站用于根据电力用户的请求展示由智能融合终端上传的台区内所有设备的基础数据，以及生成的故障事件的告警信息；并响应电力用户对逆变器下达的开关机指令或功率调节指令。

基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统执行的业务功能包括：数据采集与共享、并网防孤岛效应保护、电网三相电压平衡调节、电网谐波污染监控和储能调节。

作为本发明进一步地改进，在基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统中，分布式发电单元包括光伏发电板、光热发电机组、风力发电机、潮汐发电机、生物质能电站中的一种或任意多种。

作为本发明进一步地改进，在数据采集业务中，智能融合终端上传到云主站的基础数据包括电能表计量的电力用户的用能信息，以及采用定时轮询的方式从逆变器获取的实时数据。实时数据的类型包括：输入功率、电网电压、电网电流、有功功率、无功功率、功率因数、电网频率、效率、累计发电量、当日发电量和电表设备有功功率。

作为本发明进一步地改进，在数据采集与共享业务中，智能融合终端上传到云主站的告警信息是一个用于反映逆变器运行过程的实时状态的状态标志。告警信息的类型包括：待机状态、并网状态、故障停运状态、限电停运状态、关机状态、通信连接故障状态、向电网馈电状态、电压过压状态、电网欠压状态、电网过频状态、电网欠频状态、输出过流状态、主动孤岛状态和被动孤岛状态。

作为本发明进一步地改进，本发明提供的基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统中，并网防孤岛效应保护功能采用如下方法实现：

(1)为每个分布式发电单元配置带有防孤岛保护功能的逆变器，当任意逆变器检测到当前节点出现孤岛现象时，逆变器在规定时间内自动脱离电网；然后生成一个对应的孤岛保护告警状态并上传至主站。

(2)当系统监测到配电台区内任意分支线路发生停电故障时，向停电线路下的所有逆变器发送停机指令，使得对应节点的分布式发电单元立即脱离电网。

(3)接收运维人员的线路检修请求，然后根据线路检修请求的工期，在相应时段内，使得检修线路中包含的分布式发电单元的逆变器停机并脱离电网。

作为本发明进一步地改进，本发明提供的基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统中，电网三相电压平衡调节功能用于克服并网功率不均或并网功率过大导致的电网电压异常升高问题；其中，针对分布式发电单元并网功率不均导致的三相不平衡问题，采用如下策略解决：

根据不同分布式发电单元的发电功率，将台区内的多个分布式发电单元平均分接到低压电网的三相上，并使得各个分布式发电单元在低压电网内进行多点并网。

作为本发明进一步地改进，针对分布式发电单元并网功率过大导致的电网电压升高问题，采用如下的功率动态调节方法进行控制：

S1：云主站实时监测电网的三相电压。

S2：判断各相电压值是否超过预设的额定值且持续时间超过1min：是则将当前相线下正在向电网馈电的所有分布式发电单元的逆变器的有功功率百分比降额50％。

S3：判断经过有功功率降额后的对应相线上的电压值是否恢复正常：

(1)是则判定电网电压异常升高是由分布式发电单元并网导致，并向云主站上报一个相应的告警信息。

(2)否则继续将当前相线下正在向电网馈电的所有分布式发电单元的逆变器的有功功率百分比降额50％。

S4：判断电压值超过预设的额定值且持续时间超过1min的相线上的分布式发电电压的的并网功率降额次数是否超过三次，是则对该相线下正在向电网馈电的所有分布式发电单元进行主动停机。

S5：在经过功率调节降压后，当某相线上的电压值低于额定值时，则依次恢复对分布式发电单元中逆变器的降额状态。

作为本发明进一步地改进，在功率动态调节方法的实施过程中，各相线上的电压值超过预设的额定值的状态按照超过默认值7％作为评估指标；各相线上的电压值低于预设的额定值的状态按照低于默认值1％作为评估指标。

作为本发明进一步地改进，本发明提供的基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统中，电网谐波污染监控功能的控制目标为：电压总谐波畸变率限值不高于5.0％，奇次谐波含有率限值为4.0％，偶次谐波含有率限值为2.0％；采用的电网谐波污染监控方法如下：

S01：云主站实时监测电网中各相的电压谐波含有率；

S02：判断各相电压谐波含有率是否高于限值且持续时间达到1min，是则将对应相线上正在向电网馈电的所有分布式发电单元的逆变器进行主动停机；

S03：在某相线上的分布式发电单元的逆变器停机后，等待1min并再次判断该相电压谐波含有率是否仍然高于限值：(1)是则不作处理；(2)否则向云主站上报一个相应的谐波越限告警信息；

S04：完成上步骤的判断后，向停机的逆变器重新下达开机指令；开机后当对应相线上的电压谐波含有率低于限值时，则向云主站上报逆变器谐波越限恢复告警信息。

10.如权利要求9所述的基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统，其特征在于：在基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统中，储能调节功能由集中式储能装置实现，所述集中式储能装置与智能融合终端通过RS485接口通信连接，进而接收智能融合终端的下达的控制指令；所述智能融合终端用于：

(1)利用集中式储能装置改善电网的三相不平衡状态：在电网的有功功率出现短时波动时，对储能装置进行有功功率的充放电控制，实现电能的时空平移，平衡电网的运行状态；

(2)利用集中式储能装置对电网进行无功补偿：在在电网中无功功率和无功负荷不匹配时，利用储能装置进行无功功率的充放电控制；

(3)根据电网上并网的分布式发电单元的功率变化控制集中式储能装置的充放电状态：在电网处于低负载状态时，集中式储能装置利用低压电网充电；在电网处于高负载状态时，集中式储能装置向低压电网馈电。

本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：

本发明提供的一种基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统，可以通过智能融合终端、集中器和物联网通信装置，将供电台区内的所有设备和信息融合起来。实时对整体系统内的不同设备进行动态管理的目的。在系统中，智能融合终端作为系统的中枢，对供电台区进行实时监测，快速发现和处置供电台区内发电单元或电网出现的故障状态。进而提高台区的管理效率，降低台区的管理工作难度。本发明还可以对供电台区光伏发电单元产生的电能进行并网，实现区内能源的就地消纳，降低能源的传输损耗。

本发明提供的系统可以实现度台区设备运行状态的动态感知，并利用云主站与用户进行远程交互，实现对台区设备进行动态调整和远程管理的目的；为跨区域电网的管理和运维带来便利。特别地，该系统不仅可以有效消解台区内产生的并网电能，还可以有效解决分布式光伏发电并网导致的电网中压波动、谐波污染、三相不平衡、功率因数降低等问题；保障电网的长期稳定运行。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例1中提供的一种基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统的系统拓扑图。

图2为本发明实施例1中提供的功率动态调节方法的步骤流程图。

图3为本发明实施例1中提供的电网谐波污染监控方法的步骤流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供了一种基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统，该系统用于对含有分布式新能源发电单元的台区设备进行管理，实现配网双向潮流有序化，柔性调控用电负荷分布，并提高电网设备利用率。

该分布式能源并网式灵活消纳系统按照由上至下的管理顺序分别包括：云主站、边设备和端设备。系统的拓扑结构如图1所示。

具体地，端设备包括电能表、逆变器、分布式发电单元和物联通信单元。电能表用于采集营销侧的电力用户的用能信息，台区内的所有电能表与一个集中器设备通过电力载波通信的方式通信连接。台区内所有的分布式发电单元产生的电力通过逆变器转换为交流电后，分别供电力用户的负载使用或并网到台区内的低压电网上。各个逆变器通过物联通信单元与一个智能融合终端通信连接。

在本实施例的基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统中，由于系统对于不同类型的分布式发电单元产生的电能均可以进行有效消解和利用，因为系统对分布式发电单元的类型并不做限制。包括常规的光伏发电板、光热发电机组、风力发电机、潮汐发电机、生物质能电站中的一种或任意多种，以及其它未来有望开发成功的新能源发电设备如地热能电站等都可以安装到系统上。

边设备包括台区变压器、集中式储能装置、智能融合终端和集中器。台区变压器用于为台区范围内的低压电网实现供电。集中式储能装置与低压电网电连接，集中式储能装置用于在台区变压器供电与负载能耗不匹配时进行动态平衡调节，进而对分布式发电单元并网的电能进行消纳。智能融合终端用于对逆变器进行数据采集、故障事件状态监测和远程控制。并通过RS485或以太网接口采集集中器获取的户表数据。同时将采集到的所有的基础数据和故障事件的告警信息上传至云主站。

云主站用于根据电力用户的请求展示由智能融合终端上传的台区内所有设备的基础数据，以及生成的故障事件的告警信息；并响应电力用户对逆变器下达的开关机指令或功率调节指令。云主站由远程部署的云端服务器构成，按照功能进行划分又可分为配电自动化主站和/或配电物联网主站两种类型。

在本实施例提供的系统中，智能融合终端是云主站、边设备和端设备三者之间实现数据和指令交互的信息中转站；同时，智能融合终端本身也是一个边缘计算设备，可以对采集到的数据进行简单的处理；因而作为系统的控制中枢。

在本实施例的三级架构中，端设备是面向用户的，主要包括的设备有电能表、逆变器、太阳能发电板、物联通信单元。端设备分别和两种不同的边设备智能融合终端以及集中器通信连接。例如电能表是和集中器I型通过载波通信，属于营销的业务。而逆变器是通过物联通信单元在载波HPLC和RS485信道间相互转换，进而和智能融合终端实现通信。边设备包括部署安装在台区变压器附近的智能融合终端，智能融合终端支持对逆变器的数据采集、故障事件状态监测和远程控制等功能。另外，智能融合终端可通过RS485或以太网接口采集集中器I型的户表数据，实现营配的数据共享，监测居民用户光伏电源消纳的电能表基本数据。

本系统中，变压器侧可选择安装集中储能装置。采用边缘计算技术后，可借助储能装置实现对光伏并网的电源进行消纳，以及对电网系统的健康运行做动态平衡调节。

智能融合终端上行可根据项目需求接入配电自动化主站或配电物联主站，户用光伏的基本数据、告警信息能上传至云主站进行展示和提醒，电力用户可在主站上远程对光伏逆变器执行开机/关机、功率调节等管理操作。

在本实施例中，基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统在户用光伏系统的中的最简化的设备部署方案如下表1所示：

表1：基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统的设备清单

序号	设备名称	规格	数量	单位
					1	智能融合终端	220V/380V、5A	1	台
2	集中器I型	220V/380V、5(60)A	1	台
					3	电能表	220V、5(60)A	若干	台
4	物联通信单元	220V	若干	台
					5	逆变器	5kW/30kW	若干	台
6	太阳能发电板		若干	块
					7	集中式储能装置		1	台

本实施例提供而基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统执行的业务功能包括：数据采集与共享、并网防孤岛效应保护、电网三相电压平衡调节、电网谐波污染监控和储能调节共五项。

一、数据采集业务

电网运行过程的各设备的实时运行数据，是监控和评估系统和电网是否平衡运行的基础，本实施例中，智能融合终端上传到云主站的基础数据包括电能表计量的电力用户的用能信息，以及采用定时轮询的方式从逆变器获取的实时数据。

具体的，采集的实时数据的类型如表2所示；包括：输入功率、电网电压、电网电流、有功功率、无功功率、功率因数、电网频率、效率、累计发电量、当日发电量和电表设备有功功率。

表2：智能融合终端采集的实时数据表

在数据采集与共享业务中，智能融合终端上传到云主站的告警信息是一个用于反映逆变器运行过程的实时状态的状态标志。上传的告警信息如表3所示，告警信息的类型包括：待机状态、并网状态、故障停运状态、限电停运状态、关机状态、通信连接故障状态、向电网馈电状态、电压过压状态、电网欠压状态、电网过频状态、电网欠频状态、输出过流状态、主动孤岛状态和被动孤岛状态。

表3：智能融合终端上报的告警信息表

二、并网防孤岛效应保护功能

当光伏发电单元正常工作时，逆变器将多余的电能输送到电网。当低压电网因故障停电时，如果逆变器不能及时检测到电网断电而继续向电网输送电能，则此时光伏发电组件自身就构成了一个独立的供电系统，此现象被称为“孤岛效应”。

孤岛效应会对整个电网设备和用户设备造成影响，发生孤岛时，电网无法对逆变器输出的电压、频率进行调节，很可能出现过压、欠压、过频或欠频，易导损坏用户设备。对检修人员的人身安全也会造成危害。

为了消除孤岛效应带来的危害，需做多重的保护措施，本实施例采用如下方法实现全面的并网防孤岛效应保护：

(1)为每个分布式发电单元配置带有防孤岛保护功能的逆变器，当任意逆变器检测到当前节点出现孤岛现象时，逆变器在规定时间内自动脱离电网；然后生成一个对应的孤岛保护告警状态并上传至主站。

(2)当系统监测到配电台区内任意分支线路发生停电故障时，向停电线路下的所有逆变器发送停机指令，使得对应节点的分布式发电单元立即脱离电网。

(3)接收运维人员的线路检修请求，然后根据线路检修请求的工期，在相应时段内，使得检修线路中包含的分布式发电单元的逆变器停机并脱离电网。

三、电压平衡调节功能

光伏并网可能会导致电网的电压升高，带来的影响是导致电网三相电压不平衡，也可能导致用户的设备无法正常工作或损坏。在分布式光伏发电并网的供电台区内，导致电网电压升高主要有如下两种情况：

1、多台逆变器集中接到电网同一相上，容易导致电网电压不平衡，而且电网电压会抬高。这种情况通过管理手段比较好解决。

2、同一台区的分布式光伏装机容量过大，电网负载消耗能力不足，由于光伏系统产生的电能无法被就近消耗，又无法实现远距离输送，显然会导致电网电压升高。

以上两种情况常规且最有效的解决办法是降低户用安装光伏的容量和对台区变压器进行增容。但是用户安装的光伏容量是根据自身的用电情况选型规格，电网不能对用户进行管控。而变压器增容的缺点是投资成本太大，分布式光伏容量增大本应是降低变压器的容量，而对变压器增容明显违背了台区的建设原则。

因此，在本实施例提供的基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统中，针对分布式发电单元并网功率不均导致的三相不平衡问题，采用如下策略解决：根据不同分布式发电单元的发电功率，将台区内的多个分布式发电单元平均分接到低压电网的三相上，并使得各个分布式发电单元在低压电网内进行多点并网。

针对分布式发电单元并网功率过大导致的电网电压升高问题，采用如图2的功率动态调节方法进行控制，具体包括如下步骤：

S1：云主站实时监测电网的三相电压。

S2：判断各相电压值是否超过预设的额定值且持续时间超过1min：是则将当前相线下正在向电网馈电的所有分布式发电单元的逆变器的有功功率百分比降额50％。

S3：判断经过有功功率降额后的对应相线上的电压值是否恢复正常：

(1)是则判定电网电压异常升高是由分布式发电单元并网导致，并向云主站上报一个相应的告警信息。

(2)否则继续将当前相线下正在向电网馈电的所有分布式发电单元的逆变器的有功功率百分比降额50％。

S4：判断电压值超过预设的额定值且持续时间超过1min的相线上的分布式发电电压的的并网功率降额次数是否超过三次，是则对该相线下正在向电网馈电的所有分布式发电单元进行主动停机。

S5：在经过功率调节降压后，当某相线上的电压值低于额定值时，则依次恢复对分布式发电单元中逆变器的降额状态。

在上述功率动态调节方法的实施过程中，各相线上的电压值超过预设的额定值的状态按照超过默认值7％作为评估指标；各相线上的电压值低于预设的额定值的状态按照低于默认值1％作为评估指标。

四、电网谐波污染监控

电网运行过程中可能会产生谐波，谐波的危害在于使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置的误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。

电网中的谐波主要来自于其上连接的非线性负载和电力电子设备。其中，并网逆变器是主要的谐波源之一。在逆变器输出侧，通常由SPWM波控制IGBT等全控型期器件组成的桥式电路，其输出电压为含有正弦信号的矩形调制波，输出电流为正弦锯齿波。

随着台区不断增加并网逆变器的容量和数量，电网正面临着巨大的考验，因此对逆变器谐波抑制提出很高的要求。并网的逆变器是否很好的控制谐波含量，那么需要有技术手段进行研判监测。

在本实施例提供的基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统中，电网谐波污染监控功能的控制目标为：电压总谐波畸变率限值不高于5.0％，奇次谐波含有率限值为4.0％，偶次谐波含有率限值为2.0％；采用的电网谐波污染监控方法如图3所示，具体包括如下步骤：

S01：云主站实时监测电网中各相的电压谐波含有率；

S02：判断各相电压谐波含有率是否高于限值且持续时间达到1min，是则将对应相线上正在向电网馈电的所有分布式发电单元的逆变器进行主动停机；

S03：在某相线上的分布式发电单元的逆变器停机后，等待1min并再次判断该相电压谐波含有率是否仍然高于限值：(1)是则不作处理；(2)否则向云主站上报一个相应的谐波越限告警信息；

S04：完成上步骤的判断后，向停机的逆变器重新下达开机指令；开机后当对应相线上的电压谐波含有率低于限值时，则向云主站上报逆变器谐波越限恢复告警信息。

五、储能调节功能

现有的户用光伏是不带有本地储能模块的，光伏发电单元在白天实现自发自用，余量电能则实现并网。但是，当大量的分布式光伏并网后，对电网会产生较大时影响。比如夜晚用电高峰期易导致配变重过载、低电压、三相不平衡等问题。现有电网通常采用装设调压平衡装置，或对变压器进行扩容升级，或新建改造等方式改善配电台区的运行状况。这些手段解决问题比较单一、实施周期长、电网投资效益差。

储能作为一种新兴的解决方案，其发展速度快、成本不断下降，可提供削峰填谷、补偿电压等功能，发挥改善电能质量作用。

本方案提供的集中式储能装置可与智能融合终端通过RS485数据通信，由智能融合终端对集中式储能装置进行功率充放电、并/离网的控制。其主要业务功能如下：

1、改善三相不平衡的运行状况。配变台区采用的三相四线制接线方式，而单相负荷、非线性负荷会不断增长，造成配电台区三相有功不平衡运行现象时有发生，直接导致线路损耗加大、台区运行不经济。在这种情况下，对储能装置进行有功功率的充放电控制，实现电能的时空平移，对短时波动负荷进行削峰填谷。

2、实现无功补偿作用。电网中无功电源所发出的无功功率与无功负荷及电网中的无功损耗平衡直接影响着电压状况，当配电网出现无功不足时，就会出现低电压或损耗增大的情况，而这也是影响配电供电质量的主要因素之一。配电网线路低电压多是由短时段负荷增大而导致的电压跌落，在这种情况下，通过加装传统的电容器无法解决问题，可对储能装置进行无功功率的充放电控制达到无功补偿的作用。

3、负荷的削峰填谷。在白天时，分布式光伏并网输出给电网的电能比较大，当电网消纳能力不足时，可把储能装置当作个大负载对其进行充电控制；消耗并网的电能，同时也能有效降低并网造成的过压问题。在夜晚用电高峰期时，控制储能装置向电网输出电能，从而缓解电网的运行压力。

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作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统，其特征在于，其用于对含有分布式新能源发电单元的台区设备进行管理，实现配网双向潮流有序化，柔性调控用电负荷分布，并提高电网设备利用率；所述分布式能源并网式灵活消纳系统按照由上至下的管理顺序分别包括：云主站、边设备和端设备；

所述端设备包括电能表、逆变器、分布式发电单元和物联通信单元；所述电能表用于采集营销侧的电力用户的用能信息，台区内的所有电能表与一个集中器设备通过电力载波通信的方式通信连接；台区内所有的分布式发电单元产生的电力通过逆变器转换为交流电后，分别供电力用户的负载使用或并网到台区内的低压电网上；各个逆变器通过所述物联通信单元与一个智能融合终端通信连接；

所述边设备包括：台区变压器、集中式储能装置、智能融合终端和集中器；所述台区变压器用于为台区范围内的低压电网实现供电；所述集中式储能装置与低压电网电连接，集中式储能装置用于在台区变压器供电与负载能耗不匹配时进行动态平衡调节，进而对分布式发电单元并网的电能进行消纳；所述智能融合终端用于对逆变器进行数据采集、故障事件状态监测和远程控制；并通过RS485或以太网接口采集集中器获取的户表数据；同时将采集到的所有的基础数据和故障事件的告警信息上传至云主站；

所述云主站用于根据电力用户的请求展示由所述智能融合终端上传的台区内所有设备的基础数据，以及生成的故障事件的告警信息；并响应电力用户对逆变器下达的开关机指令或功率调节指令；

所述基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统执行的业务功能包括：数据采集与共享、并网防孤岛效应保护、电网三相电压平衡调节、电网谐波污染监控和储能调节。

2.如权利要求1所述的基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统，其特征在于：在所述基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统中，分布式发电单元包括光伏发电板、光热发电机组、风力发电机、潮汐发电机、生物质能电站中的一种或任意多种。

3.如权利要求2所述的基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统，其特征在于：在数据采集业务中，所述智能融合终端上传到云主站的基础数据包括电能表计量的电力用户的用能信息，以及采用定时轮询的方式从逆变器获取的实时数据；实时数据的类型包括：输入功率、电网电压、电网电流、有功功率、无功功率、功率因数、电网频率、效率、累计发电量、当日发电量和电表设备有功功率。

4.如权利要求3所述的基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统，其特征在于：在数据采集与共享业务中，所述智能融合终端上传到云主站的告警信息是一个用于反映逆变器运行过程的实时状态的状态标志；告警信息的类型包括：待机状态、并网状态、故障停运状态、限电停运状态、关机状态、通信连接故障状态、向电网馈电状态、电压过压状态、电网欠压状态、电网过频状态、电网欠频状态、输出过流状态、主动孤岛状态和被动孤岛状态。

5.如权利要求4所述的基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统，其特征在于：基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统中的并网防孤岛效应保护功能采用如下方法实现：

(1)为每个分布式发电单元配置带有防孤岛保护功能的逆变器，当任意逆变器检测到当前节点出现孤岛现象时，逆变器在规定时间内自动脱离电网；然后生成一个对应的孤岛保护告警状态并上传至主站；

(2)当系统监测到配电台区内任意分支线路发生停电故障时，向停电线路下的所有逆变器发送停机指令，使得对应节点的分布式发电单元立即脱离电网；

(3)接收运维人员的线路检修请求，然后根据线路检修请求的工期，在相应时段内，使得检修线路中包含的分布式发电单元的逆变器停机并脱离电网。

6.如权利要求5所述的基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统，其特征在于：基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统中的电网三相电压平衡调节功能用于克服并网功率不均或并网功率过大导致的电网电压异常升高问题；其中，针对分布式发电单元并网功率不均导致的三相不平衡问题，采用如下策略解决：

根据不同分布式发电单元的发电功率，将台区内的多个分布式发电单元平均分接到低压电网的三相上，并使得各个分布式发电单元在低压电网内进行多点并网。

7.如权利要求6所述的基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统，其特征在于：针对分布式发电单元并网功率过大导致的电网电压升高问题，采用如下的功率动态调节方法进行控制：

S1：云主站实时监测电网的三相电压；

S2：判断各相电压值是否超过预设的额定值且持续时间超过1min：是则将当前相线下正在向电网馈电的所有分布式发电单元的逆变器的有功功率百分比降额50％；

S3：判断经过有功功率降额后的对应相线上的电压值是否恢复正常：

(1)是则判定电网电压异常升高是由分布式发电单元并网导致，并向云主站上报一个相应的告警信息；

(2)否则继续将当前相线下正在向电网馈电的所有分布式发电单元的逆变器的有功功率百分比降额50％；

S4：判断电压值超过预设的额定值且持续时间超过1min的相线上的分布式发电电压的的并网功率降额次数是否超过三次，是则对该相线下正在向电网馈电的所有分布式发电单元进行主动停机；

S5：在经过功率调节降压后，当某相线上的电压值低于额定值时，则依次恢复对分布式发电单元中逆变器的降额状态。

8.如权利要求7所述的基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统，其特征在于：在功率动态调节方法的实施过程中，各相线上的电压值超过预设的额定值的状态按照超过默认值7％作为评估指标；各相线上的电压值低于预设的额定值的状态按照低于默认值1％作为评估指标。

9.如权利要求7所述的基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统，其特征在于：基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统中的电网谐波污染监控功能的控制目标为：电压总谐波畸变率限值不高于5.0％，奇次谐波含有率限值为4.0％，偶次谐波含有率限值为2.0％；采用的电网谐波污染监控方法如下：

S01：云主站实时监测电网中各相的电压谐波含有率；

S02：判断各相电压谐波含有率是否高于限值且持续时间达到1min，是则将对应相线上正在向电网馈电的所有分布式发电单元的逆变器进行主动停机；

S03：在某相线上的分布式发电单元的逆变器停机后，等待1min并再次判断该相电压谐波含有率是否仍然高于限值：(1)是则不作处理；(2)否则向云主站上报一个相应的谐波越限告警信息；

S04：完成上步骤的判断后，向停机的逆变器重新下达开机指令；开机后当对应相线上的电压谐波含有率低于限值时，则向云主站上报逆变器谐波越限恢复告警信息。

10.如权利要求9所述的基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统，其特征在于：在基于智能融合终端的分布式能源并网式灵活消纳系统中，储能调节功能由集中式储能装置实现，所述集中式储能装置与智能融合终端通过RS485接口通信连接，进而接收智能融合终端的下达的控制指令；所述智能融合终端用于：

(1)利用集中式储能装置改善电网的三相不平衡状态：在电网的有功功率出现短时波动时，对储能装置进行有功功率的充放电控制，实现电能的时空平移，平衡电网的运行状态；

(2)利用集中式储能装置对电网进行无功补偿：在在电网中无功功率和无功负荷不匹配时，利用储能装置进行无功功率的充放电控制；

(3)根据电网上并网的分布式发电单元的功率变化控制集中式储能装置的充放电状态：在电网处于低负载状态时，集中式储能装置利用低压电网充电；在电网处于高负载状态时，集中式储能装置向低压电网馈电。

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