CN202550532U - 智能微电网供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能微电网供电系统，是由微电网专用配电柜、能量管理系统、分布式电源回路、负荷回路、储能回路以及有源滤波回路所构成，实现了新型电源和新型负荷在智能楼宇供电系统中的多样化应用，解决了楼宇供电系统的复杂性对配电系统的消极影响，使得新型智能楼宇供电能够为配电大系统所接纳。该系统通过能量管理系统的控制，微电网专用配电柜的多功能创新，分布式电源回路和储能回路的合理协调作业，通过峰谷电价调节，实现需求侧响应调节负荷和分布式电源达到削峰填谷的目的，同时通过并网与孤岛模式的转换使微电网的运行安全可靠。

Description

智能微电网供电系统

技术领域

本实用新型属于供电、配电、用电与电气化领域，具体涉及的是一种智能微电网供电系统。

背景技术

随着建筑电气系统技术的飞速发展，建筑楼宇电力负荷日益多样化，节能降耗的清洁能源如光伏发电、风力发电也逐渐广泛应用于建筑楼宇，而负荷和电源的间歇性对供电质量、经济运行产生了极其消极的影响，目前还没有针对微电网特性的供电系统，应用传统的供电系统，使得运行方式、系统控制都成为难题，。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，针对微电网供电的特殊要求，针对新型能源的广泛推广，而提供一种设计合理，功能多样，电能利用高效的智能微电网供电系统。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种智能微电网供电系统，由微电网专用配电柜、分布式电源回路、负荷回路、储能回路、有源滤波回路以及能量管理系统构成，微电网通过微电网专用配电柜与上级电网相连接，微电网专用配电柜与微电网内的分布式电源回路、负荷回路、储能回路、有源滤波回路相连接，能量管理系统分别与微电网专用配电柜、分布式电源回路、储能回路相连接。

而且，所述微电网专用配电柜包括有并网回路、馈线回路，所述并网回路、馈线回路并排集成安装在一个多功能配电柜内，所述并网回路包括有：双向计费电度表、电能质量监测终端、并网开关部分、有源滤波器、母线差动保护装置、电流互感器、电压互感器以及微电网供电母线，所述双向计费电度表、电能质量监测终端、有源滤波器、母线差动保护装置通过电流互感器与外部供电电路及微电网电路相连用于采集外网电路及微电网电路的电流信号；所述馈线回路采用抽屉式模块组件结构，每一抽屉式模块内均包含有馈线断路器、馈线脱扣器、电流互感器和数字式电表，所述每一抽屉式模块一端与供电母线相连，另一端输出与各回路相连。

所述双向计费电度表安装在微电网专用配电柜面板的上部，并通过透视活门予以保护，所述电能质量检测终端安装在微电网专用配电柜面板的下部，所述电能质量监测终端的端子排通过控制电缆与电流互感器的端子排相连，同时通过自身ETX板的USB接口实现信息远传，而且电能质量监测终端的备用板为多回路提供信息。

所述并网开关部分包括有并网断路器、脱扣器，所述并网开关部分一端与供电母线相连，另一端连接微电网上级配电站供电电路，所述并网开关部分由螺栓固装在所述微电网专用配电柜的内部，并通过微电网专用配电柜面板上的指示灯表明其工作状态，指示灯的工作电压取自并网断路器。

所述有源滤波器一端通过电流互感器采集微电网并网处的电流波形信息，另一端通过馈线回路与微电网供电母线相连接。

所述母线差动保护装置分别通过控制电缆连接并网回路断路器和馈线部分，通过各回路的电流互感器采集各回路的电流，通过电压互感器采集母线电压。

所述每一抽屉式模块表面安装有馈线断路器的工作状态指示灯、跳/合闸按钮、拉动把手，该指示灯的工作电压取自馈线断路器。

所述微电网专用配电柜的下部内固装有散热器，散热器通过与之配合，并开在微电网专用配电柜下部外壳上的百叶窗与外界热交换。

而且，所述微电网母线差动保护装置，由故障检测判断部分、微电网保护跳闸部分连接构成，所述故障检测判断部分一方面接入微电网并网回路、负荷回路、储能回路、分布式电源回路的电流量及母线电压互感器的电压量进行状态检测，另一方面与微电网能量管理系统连接进行数据交换；所述微电网保护跳闸部分分别与微电网并网回路、负荷回路、分布式电源回路、储能回路、有源滤波回路相连接，通过保护跳闸控制各回路的开、闭状态。

所述故障检测判断部分将检测情况分为微电网区外故障和微电网区内故障。

所述故障检测判断部分当判断为发生区外故障时，故障检测判断部分将通过控制信号启动微电网保护跳闸部分，微电网保护跳闸延时断开微电网并网回路，故障检测判断部分向微电网能量管理系统发出告警信号和模式转换命令。所述故障检测判断部分当判断为发生区内故障时，故障检测判断部分将控制信号传导到所述微电网保护跳闸部分，保护跳闸快速发出跳闸指令，断开微电网并网回路、负荷回路、分布式电源回路、储能回路、有源滤波回路。

而且，所述分布式电源回路，是由光伏电源、风力电源、低压防雷模块、低压断路器、并网逆变器所构成，所述光伏电源、风力电源各通过低压防雷模块、低压断路器、并网逆变器、低压断路器、低压防雷模块与微电网专用配电柜的馈线回路相连接，并通过并网逆变器与微电网能量管理系统进行信息交互。

而且，所述储能回路由储能电池经双向并网逆变器与微电网专用配电柜的馈线回路连接构成，并通过双向逆变器与微电网能量管理系统进行信息交互调度。

而且，所述负荷回路由照明配电箱、汽车充电桩、动力配电系统构成，经由微电网专用配电柜的馈线回路与微电网母线相连，并通过各断路器受能量管理系统控制。

而且，所述能量管理系统在微电网中的信息交互是由二次回路实现，二次回路中包括有，智能终端、后台主机，后台主机通过各回路的智能终端在各回路的逆变器、断路器、电流互感器上采集各回路的电流、电压、有功、无功和分布式电源的发电出力、电压质量、逆变器工作状态、储能回路充放电程度。

本实用新型的积极效果是：

1、本实用新型涉及的一种基于分布式电源技术和储能技术的新型智能建筑供电系统，包括有分布式电源控制技术、负荷分级控制技术、储能技术、微机保护技术系统能量管理技术、以及谐波治理技术，实现了新型电源和新型负荷在智能楼宇供电系统中的多样化应用，解决了楼宇供电系统的复杂性对配电系统的消极影响，使得新型智能楼宇供电能够为配电大系统所接纳，并显著提高了智能楼宇供电系统运行的可靠性、安全性和经济性，具有重要推广示范意义。

2、本实用新型包括微电网专用配电柜、分布式电源回路、负荷回路、储能回路、有源滤波回路以及能量管理系统，能够实现孤岛运行模式和并网运行模式的可靠转换，能够实时地对电压波动、谐波影响做出响应，为配电大系统所接纳；并且该系统具有灵活的调度可控性，在保证负荷可靠运行和不影响配电系统的前提下，能够做到经济运行，节能降耗效果明显，供电性能远远优于传统的供电系统，充分解决了新兴负荷(如汽车充电桩、冲击性动力负荷等)和新能源在建筑楼宇中的可靠应用问题，并且通过新型的储能技术使得供电系统的经济性和安全性得到显著提高。

3、本实用新型创造性地整合了诸多新技术，如分布式电源技术、负荷分级控制技术、储能技术、系统能量管理技术以及谐波治理技术等，并且配合上级配电系统创造了楼宇低压系统的微机保护，保证了各种运行模式下的供电可靠性，主要体现在以下几个方面：

a将光伏发电、风力发电作为重要电源引入楼宇供电系统，采用系统能量管理技术解决间歇式电源与配电系统的运行控制和调度配合问题；

b创造性地应用了大功率锂电池储能技术，可针对供电系统运行特点，制定合理而丰富的充放电策略；

c采用并网和孤岛两种运行模式，可实现有缝切换或无缝切换；

d负荷采用分级运行控制方式，将新型的电动汽车充电桩引入到了智能楼宇系统；

e创造独特的低压电网微机保护，形成了智能楼宇负荷侧、供电系统和配电大系统的保护配合方案。

附图说明

图1为本实用新型的系统分布示意图；

图2为本实用新型的微电网专用配电柜的结构视图；

图3为本实用新型微电网专用配电柜的并网回路、馈线回路的接线原理图；

图4为本实用新型微电网专用配电柜的电能质量检测终端背板接线示意图；

图5为本实用新型微电网母线差动保护装置的方框示意图；

图6为本实用新型微电网母线差动保护装置的线路连接示意图。

具体实施方式

以下结合400伏微电网具体实施方法来进一步说明本实用新型，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本实用新型的保护范围。

一种智能微电网供电系统，如图1所示，是由微电网专用配电柜、分布式电源回路、负荷回路、储能回路、有源滤波回路以及能量管理系统构成，微电网通过微电网专用配电柜与上级电网相连接，微电网专用配电柜与微电网内的分布式电源回路、负荷回路、储能回路、有源滤波回路相连接，能量管理系统分别与微电网专用配电柜、分布式电源回路、储能回路相连接。

下面对微电网系统中的各个分系统的构造分别进行说明：

1、微电网系统专用多功能配电柜，如图2所示，包括有并网回路11、馈线回路12，所述并网回路、馈线回路并排集成安装在一个专用配电柜13内，所述并网回路，如图3所示，包括有：双向计费电度表(DTSD341)9、电能质量监测终端(SN5000D)7、并网开关部分4，有源滤波器6、母线差动保护装置3、电流互感器23、电压互感器(400/100)20以及400伏供电母线8。

如图3所示，所述双向计费电度表(DTSD341)、电能质量监测终端(SN5000D)、有源滤波器、母线差动保护装置，通过电流互感器与外部供电电路及微电网电路相连，用于采集外网电路及微电网电路的电流信号。

如图2或4所示，所述双向计费电度表安装在微电网专用配电柜面板的上部，并通过透视活门10予以保护，所述电能质量检测终端安装在微电网专用配电柜面板的下部，所述电能质量监测终端的端子排通过控制电缆与电流互感器的端子排相连，同时通过自身ETX板的USB接口实现信息远传，而且电能质量监测终端的备用板同时为多回路提供信息。

如图2或3所示，所述并网开关部分包括有：并网断路器(T4N250/4P)22，脱扣器(PD221DS/LSI)21，所述并网开关部分一端与400伏供电母线相连，另一端连接微电网上级配电站供电电路；所述并网开关部分由螺栓固装在所述微电网专用配电柜的内部，并通过微电网专用配电柜面板上的指示灯5表明其工作状态，指示灯的工作电压取自并网断路器。

如图2或3所示，所述有源滤波器通过电流互感器采集微电网并网处的电流波形信息，同时通过馈线回路与微电网供电母线相连接，滤除有害谐波，所述有源滤波器固装在微电网专用配电柜的内部。

如图3所示，所述母线差动保护装置分别通过控制电缆连接并网回路断路器22和馈线回路，通过各回路的电流互感器23、26采集各回路的电流，通过电压互感器采集母线电压。

如图2或3所示，所述400伏供电母线固装在所述微电网专用配电柜的内部，并与并网回路断路器，馈线部分及电压互感器相连。

如图2或3所示，所述微电网专用配电柜的馈线回路采用抽屉式模块17组件结构，每一模块内均包含有馈线断路器(T2N160/4P)25、馈线脱扣器24(PD221DS/LSI)、电流互感器26(ALH-0.66)、数字式电表27(PM800).每一抽屉式模块表面安装有馈线断路器的工作状态指示灯14、跳/合闸按钮15、拉动把手18，指示灯的工作电压取自馈线断路器，所述馈线回路抽屉式模块由螺栓19固装在微电网专用配电柜的面板上，其一端与400伏供电母线相连，另一端输出与各回路相连。

如图2所示，所述微电网专用配电柜的下部内固装有散热器2，散热器通过与之配合，并开在微电网配电柜下部外壳上的百叶窗1与外界热交换。

微电网母线差动保护装置，如图5或6所示，是由故障检测判断部分、微电网保护跳闸部分连接构成，所述故障检测判断部分一方面接入微电网并网回路电流(I1)、负荷回路电流(I2)、储能回路电流(I3)、分布式电源回路电流(I4...In)的电流量(引自二次电流5A的电流互感器)及母线电压互感器的电压量U(二次电压为100V的电压互感器)进行状态检测，另一方面与微电网能量管理系统连接，并进行数据交换，所述微电网保护跳闸部分分别与微电网并网回路、负荷回路、分布式电源回路、储能回路，有源滤波回路相连接。

所述故障检测判断部分将检测情况分为微电网区外故障和微电网区内故障，如为区外故障，所述故障检测判断部分将通过控制信号启动微电网保护跳闸部分，微电网保护跳闸将通过断路器延时断开微电网并网回路，其它回路不动作，同时故障检测判断部分向微电网能量管理系统发出告警信号和模式转换命令。如为区内故障，所述故障检测判断部分将采用工频变化量电流和电流分相式电流差动保护原理，针对微电网系统不同故障类型的故障特征，设置突变启动及延时启动双方案，将控制信号传导到所述微电网保护跳闸部分，通过各侧断路器实现跳闸动作，断开微电网并网回路、负荷回路及分布式电源回路。

如图5或6所示，所述微电网保护跳闸部分分别与微电网并网回路、负荷回路、分布式电源回路、储能回路，有源滤波回路相连接，通过辅助结点跳开各侧断路器，通过与微电网能量管理系统交互，闭锁回路或进行微电网运行模式转换。

下面就微电网区外故障和微电网区内故障两种情况作进一步描述：

(1)、微电网发生区外故障(市电侧发生故障)：

上级市电发生故障，并网回路失压、欠电流，通过计算判断是发生区外故障，此时母线差动保护装置跳闸回路闭锁，切至微电网能量管理系统控制策略分析，微电网能量管理系统后台发出运行模式转换命令，并网运行模式转为孤岛运行模式。所有分布式电源和储能回路的并网逆变器跳闸，运行模式由并网的P/Q模式转为孤岛的V/F模式，所有分布式电源和储能回路的并网逆变器合闸，母线差动保护装置自动复归。

(2)、微电网发生区内故障：

如微电网母线A相发生断相，A相母线严重失压，母线差动保护装置判断发生区内故障，此时跳闸回路快速发出跳闸质量，切除微电网并网回路和所有微电网馈线回路，并向微电网能量管理系统后台发出告警信号。微电网能量管理系统后台接到告警信号，控制策略关闭。检修完成后，手动复归母线差动保护装置。

2、所述分布式电源回路，如图1所示，是由光伏电源、风力电源、低压防雷模块、低压断路器、并网逆变器所构成，所述光伏电源、风力电源各通过低压防雷模块、低压断路器、并网逆变器、低压断路器、低压防雷模块与微电网专用配电柜的馈线回路相连接，并通过并网逆变器与微电网能量管理系统进行信息交互。

3、所述储能回路，如图1所示，由储能电池经双向并网逆变器、与微电网专用配电柜的馈线回路模块相连接，双向储能逆变器实现对于储能电池的充放电管理功能，当储能电池通过双向储能逆变器向电网回馈电能时，可以调节回馈的有功功率，当储能电池电压值低于标幺值90％的时候，储能电池停止放电；当储能电池通过双向并网逆变器吸收电能时，预充、快充、均充、浮充的电压可以通过接口进行控制，从而优化储能电池的充电过程。同时，双向并网储能逆变器在微电网并网运行时，还可进行动态无功补偿，实现经济运行。

4、所述负荷回路，如图1所示，是由各种微电网负荷：照明系统、汽车充电桩、动力配电柜等经由微电网专用配电柜的馈线回路模块与微电网母线相连，并受能量管理系统控制；根据负荷预测，分布式电源回路和储能电池的出力维持微电网的功率处于平衡状态。一方面，在并网状态下，可以根据外部电网与微电网供电系统的交换功率，在分布式电源发电功率有冗余的情况下，将多余的电能回馈给电网；另一方面，在离网状态下，结合储能电池的快速调节和分布式电源发电可以保证长时间运行的特点，使得微电网供电系统在一个良好的电压和频率下长时间运行。

5，所述有源滤波回路，如图1所示，一端通过电流互感器采集微电网并网处的电流波形信息，另一端通过馈线回路与微电网供电母线相连接，滤除有害谐波。

6，所述能量管理系统，如图1所示，是经由二次回路，由后台主机通过智能终端与微电网内各回路的逆变器、断路器、电流互感器相连接。后台主机通过各回路的智能终端，在各回路的逆变器、断路器、电流互感器上采集各回路的电流、电压、有功、无功等，分布式分布式电源的发电出力、电压质量、逆变器工作状态、储能系统充放电程度等。所有智能终端将信息传至后台，能量管理系统通过自身的控制策略分析计算，逻辑结果及动作指令通过智能终端再发送给各回路，所述能量管理系统的管理回路是由二次回路构成，通过二次回路的智能终端完成信息的交互和控制指令的传输，从而实现微网能量管理系统对微网系统主设备的控制功能，通过对多种能源的统一调度，即能够满足用户对电能的需求，又可以实现高效经济运行，系统协调考虑分布式发电、储能、负荷，达到最佳的能源利用和经济性。

Claims (6)

1.一种智能微电网供电系统，其特征在于：由微电网专用配电柜、分布式电源回路、负荷回路、储能回路、有源滤波回路以及能量管理系统构成，微电网通过微电网专用配电柜与上级电网相连接，微电网专用配电柜与微电网内的分布式电源回路、负荷回路、储能回路、有源滤波回路相连接，能量管理系统分别与微电网专用配电柜、分布式电源回路、储能回路相连接。

2.根据权利要求1所述的智能微电网供电系统，其特征在于：所述微电网专用配电柜包括有并网回路、馈线回路，所述并网回路、馈线回路并排集成安装在一个多功能配电柜内，所述并网回路包括有：双向计费电度表、电能质量监测终端、并网开关部分、有源滤波器、母线差动保护装置、电流互感器、电压互感器以及微电网供电母线，所述双向计费电度表、电能质量监测终端、有源滤波器、母线差动保护装置通过电流互感器与外部供电电路及微电网电路相连用于采集外网电路及微电网电路的电流信号；所述馈线回路采用抽屉式模块组件结构，每一抽屉式模块内均包含有馈线断路器、馈线脱扣器、电流互感器和数字式电表，所述每一抽屉式模块一端与供电母线相连，另一端输出与各回路相连；

所述双向计费电度表安装在微电网专用配电柜面板的上部，并通过透视活门予以保护，所述电能质量检测终端安装在微电网专用配电柜面板的下部，所述电能质量监测终端的端子排通过控制电缆与电流互感器的端子排相连，同时通过自身ETX板的USB接口实现信息远传，而且电能质量监测终端的备用板为多回路提供信息；

所述并网开关部分包括有并网断路器、脱扣器，所述并网开关部分一端与供电母线相连，另一端连接微电网上级配电站供电电路，所述并网开关部分由螺栓固装在所述微电网专用配电柜的内部，并通过微电网专用配电柜面板上的指示灯表明其工作状态，指示灯的工作电压取自并网断路器；

所述有源滤波器一端通过电流互感器采集微电网并网处的电流波形信息，另一端通过馈线回路与微电网供电母线相连接；

所述母线差动保护装置分别通过控制电缆连接并网回路断路器和馈线部分，通过各回路的电流互感器采集各回路的电流，通过电压互感器采集母线电 压；

所述每一抽屉式模块表面安装有馈线断路器的工作状态指示灯、跳/合闸按钮、拉动把手，该指示灯的工作电压取自馈线断路器；

所述微电网专用配电柜的下部固装有散热器。

3.根据权利要求2所述的智能微电网供电系统，其特征在于：所述微电网母线差动保护装置，由故障检测判断部分、微电网保护跳闸部分连接构成，所述故障检测判断部分一方面接入微电网并网回路、负荷回路、储能回路、分布式电源回路的电流量及母线电压互感器的电压量进行状态检测，另一方面与微电网能量管理系统连接进行数据交换；所述微电网保护跳闸部分分别与微电网并网回路、负荷回路、分布式电源回路、储能回路、有源滤波回路相连接，通过保护跳闸控制各回路的开、闭状态；

所述故障检测判断部分将检测情况分为微电网区外故障和微电网区内故障;

所述故障检测判断部分当判断为发生区外故障时，故障检测判断部分将通过控制信号启动微电网保护跳闸部分，微电网保护跳闸延时断开微电网并网回路，故障检测判断部分向微电网能量管理系统发出告警信号和模式转换命令;

所述故障检测判断部分当判断为发生区内故障时，故障检测判断部分将控制信号传导到所述微电网保护跳闸部分，保护跳闸快速发出跳闸指令，断开微电网并网回路、负荷回路、分布式电源回路、储能回路、有源滤波回路。

4.根据权利要求1或2所述的智能微电网供电系统，其特征在于：所述分布式电源回路，是由光伏电源、风力电源、低压防雷模块、低压断路器、并网逆变器所构成，所述光伏电源、风力电源各通过低压防雷模块、低压断路器、并网逆变器、低压断路器、低压防雷模块与微电网专用配电柜的馈线回路相连接，并通过并网逆变器与微电网能量管理系统进行信息交互。

5.根据权利要求1或2所述的智能微电网供电系统，其特征在于：所述储能回路由储能电池经双向并网逆变器与微电网专用配电柜的馈线回路连接构成，并通过双向逆变器与微电网能量管理系统进行信息交互调度。

6.根据权利要求1或2所述的智能微电网供电系统，其特征在于：所述负荷回路由照明配电箱、汽车充电桩、动力配电系统构成，经由微电网专用配电 柜的馈线回路与微电网母线相连，并通过各断路器受能量管理系统控制。 

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