CN1972059A - 一种微型电网系统 - Google Patents
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Abstract
一种微型电网系统，由分布式发电装置、负荷、微能源控制器、能量管理中心和保护隔离装置五部分组成；分布式发电装置、微能源控制器、负荷、保护隔离装置之间通过电缆连接；微能源控制器和保护隔离装置和能量管理中心进行信息交互，并接收能量管理中心的指令；保护隔离装置负责控制分布式发电装置和负荷之间的能量输送通道的连通和切断；每个微能源控制器分别对应一个分布式发电装置，负责监控分布式发电装置和本地馈线的功率流动和电压。本发明可以整合分布式发电的优势，削弱分布式发电对电网的冲击和负面影响，同时给用户提供安全、可靠的电力供应。
Description
技术领域
本发明涉及微型电网系统。
背景技术
电力系统已发展成为集中发电、远距离输电的大型互联网络系统，通过复杂的功率潮流等各种控制器可对其连续调节，并对大多数干扰具有鲁棒性。但是近年来用电负荷的不断增加，用户对安全、可靠、稳定的电力供应要求更加苛刻，以及环境和能源供应紧张对电力工业的压力，而电网建设发展的步伐却没有跟上要求，使得远距离输电线路的输送容量不断增大，负荷集中地区对外来电力的依赖程度也不断提高，使得电网运行的稳定性和安全性下降。电网合理的结构是保证电力系统安全、稳定运行的物质基础。其中电网结构的合理性就表现在以受端电网为核心的坚强的区域电网。这就要求在负荷集中地区建设一定容量的主干发电厂，以减少大功率输送和转移，增强系统稳定，减少输配电损耗，支撑本地电网。
由于传统的水、火、核电站的局限性，长期以来难以在受端电网建设一定规模的发电厂。近年来新能源发电技术的成熟和小型发电设备如微型燃气轮机的出现和逐步商业化，使得电力用户自行在线发电和供能的分布式模式成为可能，并可逐步得到实现。但随着分布式发电技术的成熟和应用，电力运行部门开始担心大量处于电力系统管理边缘的分布式发电装置并入电网会对电网造成很大的冲击和影响，在这种背景下，分布式发电与分布式供能系统的推广和应用受到极大限制。
发明内容
本发明目的是为整合分布式发电的优势，削弱分布式发电对电网的冲击和负面影响，同时给用户提供安全、可靠的电力供应。为此，本发明提供一种由分布式发电装置、负荷、能量管理中心、微能源控制器和保护隔离装置组成的微型电网系统。
本发明的组成及功能介绍如下。
1、分布式发电装置：分布式发电装置可以是多种形式的分布式发电系统(如光伏发电、小型风力发电、燃料电池、生物质能发电等)，分布式供能系统(如热电冷联供系统等)以及分布式储能系统(如超级电容器、蓄电池、飞轮储能等)。分布式发电装置与电网的并网能量接口为电力电子逆变装置。
2、负荷：根据用户对用电安全可靠性的要求，将负荷分为普通负荷和关键负荷。在微电网出现故障情况下，普通负荷将会被从电网切除；同时，关键负荷会通过一定的措施不会断电。
3、能量管理中心：能量管理中心通过给每个微能源控制器分配功率和电压的设定值来提供对整个系统的基本运行控制，通过对保护隔离装置的控制提供对整个系统的紧急运行控制。它的功能相当于整个微型电网的大脑。同时，还需要满足以下任务：
●保证必要的热、电负载得到供应；
●保证微型电网满足与大电网供应商签署的运行合同；
●使系统损耗最小。
4、微能源控制器：微型电网的基本运行依赖于微能源控制器。微能源控制器调节的对象是其所在的馈线的功率和馈线两端的电压。对微型电网来说，微能源控制器之间的快速通信不是必需的，但是微能源控制器与能量管理中心的快速无缝通信是必备的。每个微能源控制器都可以在没有得到其他电源及母线电气数据的情况下，以一种预判的方式对负荷变化做出反应。同时将本地运行状况向上通信给能量管理中心，并随时接受能量管理中心的控制指令。微能源控制器有两种控制方式。一种是依靠自身已定义的控制策略对本地馈线实现在线调节。当微型电网中某条馈线上的负载偏离当前运行点时，此馈线所在的微能源控制器能自行在几毫秒内调节该馈线上的功率潮流和馈线两端的电压，使之达到新的稳定运行点，无需能量管理中心调节。另一种是接受能量管理中心发出的调度指令，当系统中的总负荷需求变化时，各微能源控制器依据能量管理中心下达的调度指令重新定义本地受控对象的运行点。
5、保护隔离装置：保护隔离装置负责在微型电网出现故障或者安全预警时，将故障部分从微型电网快速分离；同时要接受能量管理中心的动作指令。它有两种动作方式。一种是依据自身已有的动作策略，在本地的馈线出现故障或者异常时，快速切除将它从微型电网切除。另一种是接受能量管理中心根据整个系统运行的状态发出的指令。如故障出现在微型电网能够孤岛运行的部分，那么就需要保护能够隔离出放射状馈线最小部分以消除故障，从而使微型电网其他部分最大程度避免受到干扰。同时，保证微型电网中的关键负荷连接应急微能源或者外部电网单独得到电能供应。
本发明微型电网与电网的并网能量接口为电力电子逆变装置。
本发明可以整合分布式发电的优势，削弱分布式发电对电网的冲击和负面影响，同时给用户提供安全、可靠的电力供应。
附图说明
图1是微型电网总体组成结构图；
图2是微型电网能量管理中心结构图；
图3是微能源控制器控制策略图；
图4是保护隔离装置动作示意图；
图5是故障后的微型电网系统图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
图1所示为微型电网总体组成结构图。如图1所示，本发明由分布式发电装置、负荷、微能源控制器、能量管理中心和保护隔离装置五部分组成，从左至右为放射型结构。分布式发电装置、微能源控制器、负荷、保护隔离装置之间通过电缆(即图中所示实线)连接进行能量的传输。微能源控制器和保护隔离装置和能量管理中心进行信息的交互，并接收能量管理中心的指令(即图中所示虚线)。保护隔离装置负责控制分布式发电装置和负荷之间的能量输送通道的连通和切断。每个微能源控制器分别对应一个分布式发电装置，负责监控分布式发电装置和本地馈线的功率流动和电压。这两部分的信息上行至能量管理中心，同时能量管理中心可向它们下行控制指令。
图2所示为微型电网能量管理中心结构图。如图2所示，微型电网管理中心包括前置数据中心服务器、控制管理服务器与人机交互工作站。整个中心可根据系统实际情况配制成单机、双机或双网结构。图2所示为一种双机单网结构，一主一备可保证管理可靠性。同时数据中心服务器完成数据库管理、数据发布等任务。考虑到经济上的因素，中心服务器、控制管理服务器和人机交互工作站均可采用PC机实现。控制管理服务器主要任务是接受数据中心服务器的数据，对所有数据进行分析，评估微型电网目前、未来的状态，发出相应实时控制命令和长期控制规则；制定发电计划，评估可能发生的故障，制定安全和故障对策等等。人机交互工作站提供给运行人员介入微型电网管理的一个接口，并提供相关辅助服务。
微能源控制器采用功率电力电子器件进行功率调节，如IGBT、GTO或者Mosfet等。并采用数据采集系统接收本地信息并通过通信系统上行给能量管理中心，且接受能量管理中心发出的下行调度指令，根据调度指令在线控制分布式发电装置的功率和电压输出。通信的方式可以是在局域网下工业CAN总线方式。控制策略可采用频率-功率下垂曲线控制方式。在负荷的有功需求改变时，分布式发电装置的运行频率会发生改变，偏离微型电网的运行频率。如图3所示，假设负荷有功需求增大，分布式装置的运行频率ω1会降低，此时它会与微型电网的频率ω0之间产生角差。微能源控制器根据会将使两者达到同一个更低的频率ωmi，增加的功率根据下垂曲线分担。
保护隔离装置：保护隔离装置可采用低压断路器、电动操作机构、通信模块三部分组成，如图4所示。该断路器通过通信模块将自身状态上传至能量管理中心。能量管理中心发出的动作指令通过通信模块，转换成电信号驱动电动操作机构对断路器进行操作，从而可以达到将线路通断的目的。通信的方式可以是在局域网下工业CAN总线方式。保护隔离装置可由自身根据本地运行情况进行动作，本地运行状况为出现过电流或者欠压、过压、过负荷，需要切除本地馈线。如图1所示馈线3出现故障，则本地的保护隔离装置4将把馈线3从微型电网中切除，电网其余部分将正常运行。若外部出现故障或者紧急状态，则由通信接口接收微型电网管理中心发出的指令动作，保护隔离装置将把微型电网与外部电网隔离。在图1中的馈线2首端出现故障，保护隔离装置3首先动作，并将警报上行给能量管理中心。随后能量管理中心将发出隔离指令下行给保护隔离装置1、4，保护隔离装置1、4动作，分布式发电装置将单独给关键负荷供电，如图5所示。
Claims (4)
1、一种微型电网系统，其特征在于由分布式发电装置、负荷、微能源控制器、能量管理中心和保护隔离装置五部分组成；分布式发电装置、微能源控制器、负荷、保护隔离装置之间通过电缆连接；微能源控制器和保护隔离装置和能量管理中心进行信息交互，并接收能量管理中心的指令；保护隔离装置负责控制分布式发电装置和负荷之间的能量输送通道的连通和切断；每个微能源控制器分别对应一个分布式发电装置，负责监控分布式发电装置和本地馈线的功率流动和电压。
2、根据权利要求1所述的微型电网系统，其特征在于微能源控制器依靠自身已定义的控制策略对本地馈线实现在线调节，当微型电网中某条馈线上的负载偏离当前运行点时，此馈线所在的微能源控制器能自行调节该馈线上的功率潮流和馈线两端的电压，使之达到新的稳定运行点；当系统中的总负荷需求变化时，各微能源控制器依据能量管理中心下达的调度指令重新定义本地受控对象的运行点。
3、根据权利要求1所述的微型电网系统，其特征在于保护隔离装置依据自身已有的动作策略，在本地的馈线出现故障或者异常时，快速将非正常的馈线从微型电网主体部分分离；并接受能量管理中心根据整个系统运行的状态发出的指令进行动作，将线路通断。
4、根据权利要求2所述的微型电网系统，其特征在于微型电网与电网的并网能量接口为电力电子逆变装置。
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