CN202435048U - 基于多类型分布式电源及储能单元的微电网系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于分布式发电与微电网技术领域，基于多类型分布式电源及储能单元的微电网系统包括分布式发电单元，通用变流器，储能变流器，负荷，有源电力滤波器，无功补偿器，电能质量监测装置，公共连接点。本实用新型能够组建含有风电、光伏、微型燃机发电、柴油机发电等分布式电源和铁锂电池、铅酸电池、液流电池、飞轮储能等多种储能单元的微电网系统，有利于微电网的设计、控制、维护与扩容，能够提高微电网的供电可靠性和经济性。

Description

基于多类型分布式电源及储能单元的微电网系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于多类型分布式电源及储能单元的低压400V单母线微电网系统结构，属于分布式发电与微电网技术领域。

背景技术

新世纪来，发展可再生能源已经成为国际社会应对能源危机、环境保护和自然灾害等问题的重要举措。分布式发电作为可再生能源利用的一种重要形式，在世界范围了得到了快速的发展。分布式发电的大规模接入对传统电力系统的运行和管理带来了新的问题，而微电网能够对分布式发电实现有效的整合及灵活、智能的控制，是解决分布式发电并网问题的一种重要的技术手段，近年来得到了普遍的关注。

微电网作为促进可再生能源的友好接入的一种技术手段，是智能电网重要的组成部分。近年来，我国能源行业对微电网的关注程度日趋增高，目前已有多个企业单位开展了微电网试点工程的建设，在商业街区、智能小区、工厂厂房以及偏远农牧区均有规划试点，部分项目已经建成并投入运行。由于分布式电源、储能单元以及负荷的多样性，有必要提出一种微电网典型一次主接线图。

发明内容

本实用新型提出一种适用具有多种分布式发电电源以及多种储能单元的低压400V单母线微电网典型结构，包括分布式发电单元，通用变流器，储能变流器，负荷，有源电力滤波器，无功补偿器，电能质量监测装置，公共连接点。

系统还包括电力系统附属设备。

其中所述的分布式发电单元为以液体或气体为燃料的内燃机、微型燃气轮机、光伏发电、光热发电、风力发电、生物质能发电设备。

微电网系统支路设置支路开关。

采用本实用新型的技术方案，能够组建含有风电、光伏、微型燃机发电、柴油机发电等分布式电源和铁锂电池、铅酸电池、液流电池、飞轮储能等多种储能单元的微电网系统，有利于微电网的设计、控制、维护与扩容，能够提高微电网的供电可靠性和经济性。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为典型400V低压母线微电网结构图。

具体实施方式

分布式发电通常是指发电功率在几千瓦至数百兆瓦的小型模块化、分散式布置在用户附近的高效、可靠的发电单元。主要包括：以液体或气体为燃料的内燃机、微型燃气轮机、太阳能发电（光伏发电、光热发电）、风力发电、生物质能发电等，在我国主要以光伏发电和风力发电为主。

微电网是一种由分布式发电、储能和负荷共同组成的小型低压系统。微电网内部的电源以清洁能源为主，主要由电力电子设备实现电能的变换，并提供必需的控制。微电网相对于外部电网表现为单一的自治受控单元，可同时满足用户对电能质量和供电安全方面的需求。微电网一般具有“微型、清洁、自治、友好”的基本特征。微型主要体现在电压等级低，系统规模小，便于电能就地利用。清洁是指微电网内的分布式电源以风电、光伏等清洁能源为主，或者以能源的高效综合利用为目标的发电形式。自治是指微电网通过综合调节分布式发电、储能和负荷实现微电网内部电量的自平衡。微电网的友好特性主要体现在对大电网的支撑作用、为用户提供优质可靠的电力以及实现并离网的平衡切换上。

储能单元主要有物理储能（如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等）、化学储能（如各类蓄电池、锂电池、燃料电池、液流电池、超级电容器等）和电磁储能（如超导电磁储能等）等。从微电网的规模、特点等方面来看，适用于微电网的储能技术主要有电池储能、超级电容储能、飞轮储能等。储能系统一般由两大部分组成：由储能元件组成的储能装置和由电力电子器件组成的电网接入装置。储能装置主要实现能量的储存、释放或快速功率交换。电网接入装置实现储能装置与电网之间的能量双向传递与转换，实现电力调峰、能源优化、提高供电可靠性和电力系统稳定性等功能。

储能系统是构建微电网的不可或缺的组成部分，是微电网在自治运行时达到安全、高效、可靠的必要保障。微电网中的储能系统中具有以下重要作用：（1）并网运行时，微电网中总发电功率与负荷总需求功率不平衡时，储能系统吸收或者释放系统的功率；（2）独立运行时，储能环节可支持微电网自主稳定运行，平抑系统扰动、维持发电/负荷动态平衡、保持电压/频率稳定；（3）离网和并网相互切换时，储能设备作为主电源，保证重要负荷电压稳定，同时实现平滑切换。

微电网就地控制器由所有针对负荷和线路的测控保护设备和分布式电源控制器组成，具体包括负荷控制器、分布式发电单元控制器、储能控制器，在微电网离网运行时，微电网就地控制器还将包括主电源控制器。

无功功率补偿，简称无功补偿，在供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。

气象环境监测功能一般由微型气象站完成，对现场实时气温、湿度、风速、风向、气压、太阳能辐射量、日照时数、是否降雨等与微电网发电强相关的气象环境进行监测。光伏组件温度等微电网运行环境参数由相应的测量装置完成。

有源滤波器（APF）是利用可关断电力电子器件，产生与负荷电流中谐波分量大小相等、相位相反的电流来抵消微电网系统内由电力电子变流装置引起的谐波电流的滤波装置。

图1是一个典型400V低压母线微电网结构图，包含分布式发电单元、储能单元、负荷、并网开关、电能质量监测装置、环境监测，监控系统等部分组成。在典型的400V低压微电网结构中，所有的分布式电源、储能、无功补偿器、用户负荷都连接到低压400V母线，并通过并网开关与外部配电网联接，可实现离网与并网运行模式之间的平滑切换。

在结构上，微电网可以视作由若干“支路”组成。支路是指包含一个400V低压接入开关、一个主设备（光伏逆变器、通用变流器，储能变流器、负荷、APF、无功补偿器、电能质量监测装置、公共联接点）及附属设备（电能表）的一个物理设备集合。支路是相关设备的逻辑组合，支路的提出主要是为了将设备在逻辑上进行分组，便于微电网的监控分析和应用功能实现。

微电网中的分布式发电单元多为小型电源，它们接在用户侧，具有成本低、电压低、低排放等特点。其主要可以分为两类，一类是经电力电子接口接入的分布式电源（<100kW）的机组，如光伏发电，风力发电，储能装置等，另一类为旋转设备，以传统方式直接并网，如分轴式微型燃气轮机，柴油机等。为了最大利用清洁能源，光伏发电，风力发电一般均按最大输出功率方式工作，因此其出力大小只与资源状况有关，一般不限制出力。此外，微电网内电能质量应满足国家相关标准，在微电网内设置有源滤波装置和无功补偿装置，分别对微电网内电能质量和无功功率进行合理的调节。

微电网中的储能装置以能量型电池储能装置为主，在某些场合，为了满足特殊用户电能质量需求，辅助以超级电容、飞轮等功率型储能装置。在微电网并网运行时，储能装置在微电网能量管理系统的控制下，平抑光伏、风力发电出力波动，调节微电网并网点功率交换。在微电网离网运行时，储能装置作为离网系统的功率平衡单元，弥补分布式发电单元出力与用电负荷之间的功率差额，维持微电网稳定运行。储能装置还作为微电网离网运行时的主电源，提供系统离网运行时的电压和频率，在离网运行中发挥电压和频率控制作用。

微电网中的用电负荷根据其重要程度，可以将其分为可切负荷，可控负荷与敏感负荷。敏感负荷对电能质量要求较高，要求微电网提供连续不中断供电；可控负荷接受控制，在必要的情况下可以中断供电，停止运行；可切负荷是指一些对供电可靠性要求不高的负载，可以随时切除。就图1而言，一般情况下，敏感负荷和可控负荷供电要求较高，外部配电网故障时，并网点处的并网开关会快速动作使重要负荷与故障隔离且不间断正常供电，而可切负荷，系统则会根据网络功率平衡的需求，在必要的时候切除。

微电网并网点所在的位置，一般选择为配电变压器的低压侧或主网与微电网的连接点处。在并网点处，设有电能质量监测装置，保证微电网的并网点各项技术指标满足相关技术规范的要求。综合考虑微电网本身的能量自平衡要求和我国分布式可再生能源开发利用的需要，并网点上可适当允许微电网与外部电网进行电量交换，但在一个结算周期内（一般为一周或者一月），一般不应超过总电量的20%。

微电网一次回路设计，应综合考虑负荷用电量、供电质量需求、经济效益来优化配置分布式电源和储能单元。光资源充足地区可以光伏发电为主，风资源充足地区可以风力发电为主，也可以根据风光特性进行风光互补，对供电可靠性要求较高的负荷，可以适当配置微型燃气轮机或柴油机发电。储能单元总功率应与负荷总功率相当，总容量视重要负荷备用时间而定。可以利用多种类型分布式电源及储能单元不同特性，优势互补。发电、储能及负荷配比满足微电网的四大基本特征。

微电网电能质量监测系统由安装在各个支路的电能质量监测装置组成，及时收集各条支路的电能质量信息上送至微电网监控系统，供其作出正确的策略。鉴于图1所示的微电网结构，所有设备都并联在同一根母线上，其电压水平相同，因此电能质量监测装置在母线处监测母线电压电能质量水平，在各支路上设置监测点，监测各支路流经电流的电能质量水平。微电网电能质量监测仪收集微电网电能质量实时数据，上送至微电网监控系统。

微电网各支路开关，包括并网点开关，应具有遥测、遥信、遥控“三遥”功能，可已经电量信息及开关变位信息上送给微电网监控系统，微电网监控系统可以根据允许需要实现对开关的远程控制。为了实现微电网的并离网平滑切换功能，并网点开关应响应速度应在100毫秒之内，宜选用框架式智能断路器，其他并网点开关可选用满足电压电流需求的塑壳智能断路器。

Claims (4)

1.一种基于多类型分布式电源及储能单元的微电网系统，其特征在于：包括分布式发电单元，通用变流器，储能变流器，负荷，有源电力滤波器，无功补偿器，电能质量监测装置，公共连接点。

2.根据权利要求1所述的微电网系统，其特征在于：还包括电力系统附属设备。

3.根据权利要求1所述的微电网系统，其特征在于：所述的分布式发电单元为以液体或气体为燃料的内燃机、微型燃气轮机、光伏发电、光热发电、风力发电、生物质能发电设备。

4.根据权利要求1所述的微电网系统，其特征在于：微电网系统支路设置支路开关。

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