CN201758280U - 新型能源互联网系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型能源互联网系统。它包括至少一个可再生能源发电单元、若干个可再生能源管理系统和至少一个储能单元，其中若干个可再生能源管理系统组成电力双向传输的环网，环网中的一个可再生能源管理系统与储能单元连接，同时环网还与可再生能源发电单元连接；可再生能源发电单元则与传统电网连接。该系统是建立在可再生能源发电及其控制技术、数字通信技术、电能存储技术基础上的电网结构，允许各种发电形式接入，支持实时、高速、双向电力数据传输和电能的双向可靠传输，对电网智能管理，统筹安排，在保证安全稳定的基础上达到经济效益最大化。

Description

新型能源互联网系统

技术领域

本实用新型涉及一种用于新型能源接入的新型能源互联网系统。

背景技术

随着能源危机、环境污染、温室效应等问题的日益严重，可再生能源发电得到了空前的重视，世界各国都在大力发展可再生能源发电。然而，传统电网系统结构已无法满足大量可再生能源发电的接入需求。改变电网结构，提高电网效率，增强电网稳定等问题已经提上议事日程。

传统电网暴露出许多不足，首先，它是一个刚性系统，各发电单元的接入与退出、电能的输送等都缺乏弹性，特别是小型可再生能源发电单元，和电网缺少信息上的交流，致使电网缺乏动态柔性及可组性；第二，系统自愈、自恢复能力完全依赖于实体冗余，针对可再生能源发电，没有可靠的备用电源或储能设备，经济效益较差；第三，对客户的服务简单，电能单向传输；第四，系统内部存在多个信息孤岛，用户、电源、电网间缺少互动。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为解决传统电网中可再生能源的不易利用的问题，提出一种新型能源互联网系统，该系统是建立在可再生能源发电及其控制技术、数字通信技术、电能存储技术基础上的电网结构，允许各种发电形式接入，支持实时、高速、双向电力数据传输和电能的双向可靠传输，对电网智能管理，统筹安排，在保证安全稳定的基础上达到经济效益最大化。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种新型能源互联网系统，它包括至少一个可再生能源发电单元、若干个可再生能源管理系统和至少一个储能单元，其中若干个可再生能源管理系统组成电力双向传输的环网，环网中的一个可再生能源管理系统与储能单元连接，同时环网还与可再生能源发电单元连接；可再生能源发电单元则与传统电网连接。

所述可再生能源发电单元包括至少一个智能变电站，智能变电站通过可再生能源管理器分别与风力发电装置和/或太阳能发电装置连接。

所述可再生能源管理系统包括至少一个可再生能源管理器，可再生能源管理器则与用户端连接，用户端分别与风力发电装置和/或太阳发电装置连接，同时用户端还与电动汽车及其他用电设备以及无线通信设备连接。

所述储能单元为抽水储能装置或蓄电池储能装置或超导磁储能装置或超级电容器储能装置或压缩空气储能装置或飞轮储能装置或氢储能装置。

本实用新型的新型能源互联网系统是对传统电网历史性的变革。首先，系统采用可再生能源能源管理系统（REMS：Renewable Energy Management System），新的管理系统充分考虑可再生能源发电的特点，加强新能源发电与电网的联系，充分利用绿色能源发电的基础上使整个电网的效益达到最大。系统支持小容量可再生能源发电、智能家电、电动汽车等随时接入与切出，真正做到即插即用（plug-and-play）。其次，在能源互联网中，传统的用户不仅是电能的使用者，同时又是电能的创造者，可以没有任何障碍的将电能传送到能源互联网上并取得相应的回报。能源互联网在支持电能双向传输的同时为普通与工业用户提供前所未有的优质电能。

本实用新型设计的能源互联网系统利用再生能源发电及其控制技术、数字通信技术、电能存储技术，实现电力数据与电能可靠、高速、双向传输。经检索，未发现与本实用新型相同或类似的文献报道。

本实用新型的新型能源互联网有以下几个关键部分组成：

1、可再生能源发电单元

随着煤炭、石油等传统一次能源逐步走向枯竭，提高能源利用效率、加强可再生能源的利用，已成为解决我国经济和社会快速发展过程中日益凸显的能源需求增长与能源供给紧缺、能源利用与环境保护之间矛盾的必然选择。新型能源互联网系统允许大量的可再生能源接入，典型代表为风力发电和太阳能发电。

风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度，便可以开始发电。太阳能发电分为光热发电和光伏发电。通常说的太阳能发电指的是太阳能光伏发电，简称“光电”。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

2、可再生能源能源管理系统

可再生能源管理系统主要包括可再生能源管理器、智能变电站和各级智能调度中心。可再生能源管理系统是新型能源互联网系统的核心。

可再生能源管理器的主要功能如下：首先，为风力发电、光伏发电等可再生能源发电单元提供接口，支持电源的随时接入与切出，实现发电单元的即插即用。同时对接入的可再生能源发电电源进行检测、控制和调整。第二，建立用户与电网的信息通联。用户根据自身需求获得实时电价、发电电源运行状态、电网电压、故障情况等信息，根据电价、运行状态自主选择向电网提供电能并获得报酬或是从电网获得电能供自身使用。上级调度控制中心通过可再生能源管理器获得用户的用电状态、供电请求等信息数据。第三，根据用户需要、电网控制等具体情况，断开或恢复用户与电网的联系。断开后的一个或几个用户，可组成独立运行的微电网，在主网发生故障无法正常工作时，微电网内部用电设备不受影响，待主网故障解决，再恢复联系。

智能变电站主要有三种能力：自治、协调、操作自动化。（1）自治：变电站能在必要时提高电能质量和电压稳定性。监测分析变电站设备（包括变压器、母线、避雷器、隔离开关和断路器、互感器等)的状态，实现状态检修，从而优化资产使用和节约人力成本。此外，智能变电站还能实现预警报警、自动故障诊断和处理等功能。（2）协调：接收下级可再生能源管理器的上传数据信息与用电、供电请求，上报自身及下级用户的状态数据信息，服从上级调度控制中心指令。（3）操作自动化：变电站能在微机的控制下取代操作人员进行倒闸、开闭接地刀闸等操作。

地区智能调度中心起到的作用有：第一，作为信息集散地，通过标准接口采集、管理和整合各级调度智能调度中心、智能变电站及可再生能源管理器的数据信息，用于分析、计算、仿真。第二，作为控制中枢，采用先进的电网分析和控制技术，使原来离线的、局部的、经验的运行控制提升为在线的、实时反馈的、全局的、智能的自动调整和控制。实现基于电网动态监测及在线稳定分析和估计的在线预决策和预防性控制，基于全网信息的自适应紧急控制，支持需求侧响应的更灵活有效的有功和无功控制，使电网的整体安全、稳定、经济运行水平得到极大的提高。

3、储能单元

电能的储存技术主要有抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、超导线圈储能、超级电容储能、蓄电池储能、氢储能等，以上技术都可在新型能源互联网中使用。储能设备的主要作用有以下几点：（1）保证电网安全高效运行。电力生产过程是连续进行的，发—输—配—用电必须时刻基本保持平衡，而电网中用户对电力的需求在白天和黑夜、不同的季节之间存在较大的差别，这使得电力系统必须留有很大的备用容量，系统设备运行效率低。应用储能技术可以达到削峰填谷、减少系统备用需求的作用。（2）保证微电网的正常可靠运行。当电网运行于微网状态时，由于微电网容量相对较小，系统的正常运行容易受发电和用电双方随机变化因素的影响，系统的运行能力和供电质量难以得到保证，加装储能设备后，通过储能设备的充放电控制，微电网运行水平和可靠性均可得到提高。（3）正确使用储能技术，可以降低电网损耗和提高电网运行经济性。

由于交通工具尾气排放引起的环境污染问题越来越受到人们的重视。传统交通工具使用燃烧化石燃料的热机作为其动力源，为了减少大量运载工具尾气排放带来的环境污染问题，提出了“绿色出行”的概念，运载工具的电力驱动由此提出。新型能源互联网以电动汽车作为普遍的分布式储能设备。电动汽车的作用主要有：（1）通过对电动汽车充放电控制，使其成为高效的电能削峰填谷工具。（2）在特殊情况下作为重要用户的备用负荷，在紧急情况下短时间给关键负荷供电。（3）通过级联多个电动汽车，得到更高电压、更大容量的电能输出，可成为发电设备的黑启动电源，相对与柴油机组或其他黑启动电源，更加经济、方便、实用。

新型能源互联网主要有以下特点：

1、可靠性：通过可再生能源管理系统、储能设备间的相互配合，提高了输电、配电、用电可靠性。

2、互动性：新型能源互联网可通过可再生能源管理系统实现与用户的充分互动，建立电网与用户的联系，有效地展开电力交易，实现分时电价及智能家电的最优作业，促使资源优化配置。

3、兼容性：新型能源互联网兼容集中式发电和分布式发电两种发电模式，支持各种清洁、绿色、可再生能源的接入，满足电网与自然环境的谐调发展。

4、自愈性：新型能源互联网实时掌握电网运行状态，预测电网运行趋势，及时发现、快速诊断故障隐患和预防故障发生；故障发生时，在没有或少量人工干预下，能够快速隔离故障、自我恢复，避免大面积停电的发生。

5、高效性：通过可再生能源管理系统监测、控制各个环节，提高运行效率，降低运行、维护成本，取代最优的经济效益。

6、集成性：完善的可再生能源管理系统实现监测、控制、保护、维护、调度和电力市场管理等系统的集成，形成全面的辅助决策体系。

总之，相比传统电网，新型能源互联网主要有以下三点技术与经济优势：

1、可以高效利用可再生能源发电。能源互联网不仅可以安全、稳定地将电能从远端或邻近的电源节点传送到负荷中心，同时允许拥有小型可再生能源发电设备的居民自主掌控其所拥有的能源。居民可以将太阳能、风能、燃料电池等发电所得电能存储下来或者出售给电力公司。这样，将减少煤炭石油的燃烧量，进而可以减少温室气体的排放。

2、更先进的基础设施。我国的电网在最近三十年里取得了突飞猛进和举世瞩目的成就，但依然存在着诸多问题。例如，我国发电机组效率仍然偏低；输电损耗仍然偏大，2008年我国的供电煤耗为345克/千瓦时，而2007年日本的供电煤耗为299克/千瓦时；有些农村地区刚刚用上电；许多用户的用电设备还受电表容量的限制等等。出现这些问题的主要原因是基础设施陈旧和技术落后。新型能源互联网将在现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术的基础上，应用可再生能源管理系统与先进电能储存设备。从根本上提高电网可靠性、经济性、互动性。

3、更完备的电能储存技术。能源互联网系统以绿色、高效、灵活、可靠作为建设目标。电能储存技术是实现这一目标的重要措施之一，在提高电能质量和供电可靠性方面发挥重要的作用。电能储存设备的削峰填谷能力，是发电能力不稳定的风能、太阳能等可再生能源大规模并网的技术前提。合理运用电能储存设备，可以减少使用石油天然气发电等昂贵资源的消耗，提高电力系统的经济性，同时最大限度的节约能源，保护环境。

附图说明

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1为新型能源互联网系统拓扑图。

其中，1. 智能变电站，2. 可再生能源管理器，3. 风力发电装置，4. 太阳能发电装置，5. 用户端，6. 电动汽车及其他用电设备，7. 无线通信设备，8.传统电网，9.储能单元。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明。

图1中，它多个可再生能源发电单元，可再生能源发电单元均与传统电网连接，一方面向传统电网8供电，同时还可从传统电网8中获取电力。可再生能源发电单元包括至少一个智能变电站1，智能变电站1通过可再生能源管理器2分别与风力发电装置3和太阳能发电装置4连接。

可再生能源发电单元。煤炭、石油等化石能源由于大量的使用日渐枯竭，导致全球范围内的能源危机，风能、太阳能等可再生能源的规模化利用为这一问题的解决提供一条有效的途径。风力发电机一般由风轮、发电机、调向器、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成，风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。根据风速的不同，风力发电系统由四个动态过程构成：启动、变速运行、变桨距运行、刹车。光伏发电系统是由光伏电池板、控制器和电能储存及变换环节构成的发电与电能变换系统。太阳光辐射能量经由光伏电池板直接转换为电能，并通过电缆、控制器、储能等环节予以储存和转换，提供负载使用。二是可再生能源管理系统。它是能源互联网系统的核心，主要包括可再生能源管理器、智能变电站以及各级智能调度中心。三者相互配合，保证能源互联网的可靠、高效、稳定运行。三是各种储能单元。抽水储能、先进蓄电池储能、超导磁储能、超级电容器储能、压缩空气储能的运用可以提高电网的稳定控制水平，电动汽车的大规模使用，在保护环境的同时，作为分布式储能设备，通过充放电控制，成为高效的电能削峰填谷工具，提高电网运行经济性。

可再生能源发电单元与由若干个可再生能源管理系统组成电力双向传输的环网连接，其中，可再生能源管理系统包括至少一个可再生能源管理器2，可再生能源管理器2则与用户端5连接，用户端5分别与风力发电装置3和/或太阳发电装置4连接，同时用户端5还与电动汽车及其他用电设备6以及无线通信设备7连接。

环网中的一个可再生能源管理器2与储能单元9连接，储能单元9为抽水储能装置或蓄电池储能装置或超导磁储能装置或超级电容器储能装置或压缩空气储能装置或飞轮储能装置或氢储能装置。

可再生能源管理器2、智能变电站1以及各级智能调度中心之间保持实时、高速、双向的电力数据传输。它们之间的数字通信技术以光纤通信、电力线通信、无线通信为载体，通过统一的通信标准，在更广的范围里实现更多信息的联系和互动。先进的通信体系为新型能源互联网的可靠高效运行提供了技术保障。

Claims (4)

1.一种新型能源互联网系统，其特征是，它包括至少一个可再生能源发电单元、若干个可再生能源管理系统和至少一个储能单元，其中若干个可再生能源管理系统组成电力双向传输的环网，环网中的一个可再生能源管理系统与储能单元连接，同时环网还与可再生能源发电单元连接；可再生能源发电单元则与传统电网连接。

2.如权利要求1所述的新型能源互联网系统，其特征是，所述可再生能源发电单元包括至少一个智能变电站，智能变电站通过可再生能源管理器分别与风力发电装置和/或太阳能发电装置连接。

3.如权利要求1所述的新型能源互联网系统，其特征是，所述可再生能源管理系统包括至少一个可再生能源管理器，可再生能源管理器则与用户端连接，用户端分别与风力发电装置和/或太阳发电装置连接，同时用户端还与电动汽车及其他用电设备以及无线通信设备连接。

4.如权利要求1所述的新型能源互联网系统，其特征是，所述储能单元为抽水储能装置或蓄电池储能装置或超导磁储能装置或超级电容器储能装置或压缩空气储能装置或飞轮储能装置或氢储能装置。

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