CN202817753U - 基于综合应用研究的微网系统结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于电力系统分布式发电微网技术,尤其是基于综合应用研究的微网系统结构,包括光伏发电机组、风力发电机组、蓄电池储能系统、以及柴油发电机或者微型燃机;其中:光伏发电机组、力发电机组、蓄电池储能系统连接至直流母线上,并设置有直流负载,形成直流微网;在直流微网基础上,直流母线通过DC-AC逆变器连接交流母线,形成混合微网;另一方面:光伏发电机组、风力发电机组、蓄电池储能系统分别通过对应的变流系统连接至交流母线,柴油发电机或微型燃机连接至交流母线,交流母线并设置有交流负载,还通过并网开关连接至大电网,形成交流微网;本实用新型结构灵活,可以形成交流微网或者直流微网或者混合微网,便于综合利用研究。
Description
技术领域
本实用新型属于电力系统分布式发电微网系统的技术领域,尤其是一种基于综合应用研究的微网系统结构。
背景技术
随着分布式发电技术的快速发展及常规能源的逐渐衰竭和环境污染的日益加重,世界各国日益关注分布式发电技术(Distributed Generation—DG)。现有研究和实践已表明,将分布式发电系统以微网形式接入大电网并网运行,与大电网互为支撑,是发挥分布式发电系统效能的最有效方式。微网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统,是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。微网是分布式发电的重要形式之一,微网既可以通过配电网与大型电力网并联运行,形成一个大型电网与小型电网的联合运行系统(并网运行模式),也可以独立地为当地负荷提供电力需求(孤岛运行模式)。微网在结构上可分为直流微网和交流微网,直流微网是系统中的DG、储能装置、负荷等均通过电力电子变换装置连接至直流母线,直流网络再通过逆变装置连接至外部交流电网;交流微网仍然是微网的主要形式,在交流微网中,DG、储能装置等均通过电力电子装置连接至交流母线,通过对公共联结点处开关的控制,可实现微网并网运行与孤岛运行模式的转换。
目前,世界上一些发达国家和地区,如美国、欧盟、日本等,都已开展了对微网的研究。其中,美国由于近年来发生了几次较大的停电事故,因此对微网的研究着重于利用微网提高电能质量和供电可靠性。欧洲互联电网中的发电厂大体上靠近负荷,比较容易形成多个微网,所以欧洲的微网研究更多关注于多个微网的互联问题。日本本土资源匮乏,其对可再生能源的重视程度高于其他国家,但很多新能源具有随机性,穿透功率极限限制了新能源的应用,所以日本在微网方面的研究更强调控制与电储能。
在我国,微网的理论工作和实际运行经验均不足,迫切需要展开对微网全面深入的研究和相关技术的开发应用。目前,国内北京、河北、内蒙、广州和浙江等地区率先开展了微网系统示范工程的建设。国家《能源中长期发展规划纲要(2006一2020年)》中明确提出将分布式发电系统列入“能源规划与节能规划”的优先发展,大力开展“可再生能源低成本规模化开发利用”以及“间歇式电源并网及输配技术”内容。同时,为推动分布式发电系统在我国的发展,国家高新技术研究发展计划(863计划)、国家重大基础项目(973项目)对分布式发电系统、微网示范工程多个项目进行了资助。
从现有的微网应用研究来看,每个微网系统仅能研究各自的目标。
例如中国专利文献公开日为2011年08月17日,公开号为CN102157978A的发明专利申请公开了本发明属于电力系统分布式发电微网系统的技术领域,涉及一种风光柴储孤立微网系统,包括铅酸蓄电池、一组或者多组光伏电池阵列、风机、柴油发电机、微网监控子系统、可控负荷和不可控负荷,风机为一台以上的风力发电机或一组以上的风力发电机组,其中,铅酸蓄电池和光伏电池阵列通过各个前级双向DC/DC换流器并入直流母线,然后通过双向DC/AC逆变器接入交流母线,柴油发电机通过AC/DC换流器并入直流母线,风力发电机组通过AC/DC/AC换流器接入交流母线,微网监控子系统用于控制微网内的电压和频率保持稳定。该技术方案中,铅酸蓄电池、光伏电池阵列、柴油发电机通过DC/DC连接在直流母线,然后通过整体的DC/AC连接至交流母线,风电机组连接至交流母线。
还例如,中国专利文献公开日为2011年08月31日,公开号为CN201956701U的实用新型专利公开了一种单户型交直流混合微网,由一个AC/DC双向变流器、三个单向DC/DC变换器、两个双向DC/DC变换器、采用直流母线的方式并联连接组成;单向DC/DC变换器与双向DC/DC变换器之间还串连接,排列方式为两个单向DC/DC变换器、两个双向DC/DC变换器、一个单向DC/DC变换器;排序第一的单向DC/DC变换器连接有光伏发电单元,排序第二的单向DC/DC变换器连接有DC/AC交换模块,该DC/AC交换模块连接有风力发电单元;排序排序第三的双向DC/DC变换器连接有储能单元,排序第四的双向DC/DC变换器连接有电动汽车直流充电桩,排序第五的单向DC/DC变换器连接有直流负载;AC/DC双向变流器还与微网切换开关串联后连接大电网,在微网切换开关靠近AC/DC双向变流器侧接入交流负载;连接有触摸显示屏的微网控制器与微网切换开关和AC/DC双向变流器并联。该技术方案中,光伏、风机、储能、充电桩均通过DC/DC连接在直流母线上,然后通过整体的DC/AC连接至交流母线。
上述两种方案均包含了直流微网、交流微网,但是均不能任意切换,只能单独对一种结构进行研究,无法对直流微网、交流微网整体性进行全面分析。
由于微网研究正处于起步阶段,如何构建一个综合利用的微网应用研究系统结构,既可以对交流微网的主要目标进行研究,也能完成直流微网的研发任务。
实用新型内容
本实用新型的目的是结合我国电力系统的现状,提出一个基于综合应用研究的微网系统结构,既可以对交流微网的主要目标进行研究,也能完成直流微网的研发任务。
为此,本实用新型采取如下技术方案:
基于综合应用研究的微网系统结构,其特征在于:包括一组或多组光伏发电机组、一台或多台风力发电机组、蓄电池储能系统、以及柴油发电机或者微型燃机;
其中,光伏发电机组通过DC-DC变换器连接至直流母线上,风力发电机组通过AC-DC变换器连接至直流母线上,蓄电池储能系统连接至直流母线上,直流母线连接有直流负载,通过上述连接形成直流微网;
在所述直流微网的基础上,直流母线通过DC-AC逆变器与交流母线连接,完成直流电变换成交流电功能,从而扩展成一个直流交流混合微网;直流母线和DC-AC逆变器之间设置有混合微网选通开关;
光伏发电机组、风力发电机组、蓄电池储能系统分别通过对应的变流系统直接连接至交流母线,柴油发电机或微型燃机连接至交流母线,交流母线通过并网开关连接至大电网上,交流母线连接有交流负载,从而形成一个典型的交流微网;
光伏发电机组、风力发电机组、蓄电池储能系统、柴油发电机或微型燃机分别通过设置的相应的直流选通开关、交流选通开关形成直流微网或者交流微网。
当需要形成直流微网时:
所述光伏发电机组依次通过直流选通开关K11、DC-DC变换器、直流选通开关K12连接至直流母线;
所述风力发电机组依次通过直流选通开关K31、AC-DC变换器、直流选通开关K32连接至直流母线;
所述蓄电池储能系统通过直流选通开关K21连接至直流母线;
所述直流负载和直流母线之间设置有直流负载开关K4。
当需要形成交流微网时:
所述光伏发电机组依次通过交流选通开关K13、光伏发电机组变流系统、交流选通开关K14连接至交流母线;
所述风力发电机组依次通过交流选通开关K33、风力发电机组变流系统、交流选通开关K34连接至交流母线;
所述蓄电池储能系统依次通过交流选通开关K23、储能装置变流系统、交流选通开关K24连接至交流母线;
所述柴油发电机或微型燃机通过交流选通开关K7连接至交流母线;
所述交流负载和交流母线之间设置有交流负载开关K6。
所述微网系统结构还设置有微网能量管理系统,DC-DC变换器、AC-DC变换器、DC-AC逆变器及光伏发电机组变流系统、风力发电机组变流系统、储能装置变流系统均连接至微网能量管理系统,通过能量管理系统可以对整个微网的风电机组、光伏机组、储能装置、柴油发电机或微型燃机、配电测控装置及保护装置等起到控制、监视、检测的作用,使微网系统能够在并网、孤岛模式下稳定运行。
本实用新型的有益效果如下:
本实用新型可以根据选通开关形成交流微网或者直流微网或者混合微网,结构灵活,便于综合利用研究;
通过本实用新型的交流微网结构,在交流微网中的研究方向为:微网在并网模式下稳定运行的控制策略,微网在孤岛模式下稳定运行的控制策略,风力发电与储能系统的能量交换与控制技术,光伏发电与储能系统的能量交换与控制技术,微网中分布式电源和储能系统容量优化配置与协调控制技术等关键技术;风力发电机组、光伏发电机组单个机组、储能装置的控制策略等关键技术研究,以及由两台或多台风力发电机组、两台或多台光伏发电机组组成的风电场、光伏发电场等关键技术的研究,基本包含交流微网的主要研究方向;
通过本实用新型的直流微网结构,在直流微网中的研究方向为:直流母线电压的控制,电能质量控制,直流微网的保护,以及直流微网在并网、孤岛模式下稳定运行的控制策略等关键技术研究,可以基本完成直流微网的主要研究方向。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
其中,附图标记为:1、一组或多组光伏发电机组,2、一台或多台风力发电机组,3、蓄电池储能系统,4、柴油发电机或者微型燃机,5、DC-DC变换器,6、AC-DC变换器,7、DC-AC逆变器,8、直流负载,9、交流负载,10、直流母线,11、交流母线,12、光伏发电机组变流系统,13、风力发电机组变流系统,14、储能装置变流系统,15、微网能量管理系统,16、直流微网,17、交流微网,18、大电网。
具体实施方式
如图1所示,基于综合应用研究的微网系统结构,包括一组或多组光伏发电机组1、一台或多台风力发电机组2、蓄电池储能系统3、以及柴油发电机或者微型燃机4。
整个微网系统通过接线方式不同可以组合为直流微网和交流微网。
直流微网连接方式为:一组或多组光伏发电机组1通过直流选通开关K11与DC-DC变换器5相连,再通过直流选通开关K12连接至直流母线10;蓄电池储能系统3通过直流选通开关K21与直流母线10相连;一台或多台风力发电机组2通过直流选通开关K31与AC-DC变换器6相连,把交流电转换为直流电再通过直流选通开关K32连接至直流母线10;直流母线10通过直流选通开关K22与DC-AC逆变器7相连,完成直流电变换成交流电功能,再通过直流选通开关K20连接至交流母线11,直流负载8通过直流负载开关K4连接至直流母线10上,交流母线11连接至大电网18或交流负载9。
交流微网连接方式为:一组或多组光伏发电机组1通过交流选通开关K13与光伏发电机组变流系统12相连,再通过交流选通开关K14连接至交流母线11上;蓄电池储能系统3通过交流选通开关K23与储能装置变流系统相连,再通过交流选通开关K24连接至交流母线11上;一台或多台风力发电机组2通过交流选通开关K33与风力发电机组变流系统13相连,再通过交流选通开关K34连接至交流母线11上;交流母线11通过并网开关K5连接至大电网18上,交流负载9通过交流负载开关K6连接在交流母线11上,柴油发电机或微型燃机4通过交流选通开关K7连接在交流母线11上,从而组成一个典型的交流微网。
在直流微网中,一组或多组光伏发电机组1通过太阳能板发出直流电,通过DC-DC变换器5连接至直流母线10,把太阳能板的直流电压转换成直流母线10相同等级的直流电压;由于蓄电池储能系统3直流电压调节范围较大,故蓄电池储能系统3可以直接连接至直流母线10上;一台或多台风力发电机组1通过叶片转动带动风力发电机发出交流电,风力发电机组1通过AC-DC变换器6连接至直流母线10,把风力发电机发出的交流电转换成直流母线10相同等级的直流电;直流负载8连接至直流母线10上,从而组成了一个典型的直流微网系统,为了进一步扩大微网应该研究,光伏发电机组1、蓄电池储能系统3、风力发电机组2发出来的直流电、交流电通过变换器连接至一条共同直流母线10上,直流母线10再通过DC-AC逆变器7连接至交流母线11上,交流母线11连接至大电网18或交流负载9,从而扩展成一个直流、交流混合微网。
在直流微网中,可以展开直流微网主要方向的研究:直流母线10电压的控制,电能质量控制,直流微网的保护,直流微网在并网、孤岛模式下稳定运行的控制策略,以及微网中分布式电源和储能系统容量优化配置与协调控制技术等关键技术。
在交流微网中,一组或多组光伏发电机组1通过太阳能板发出直流电,通过光伏发电机组变流系统12连接至交流母线11,把太阳能板的直流电压转换成工频电压;蓄电池储能系统3通过储能装置变流系统14连接至交流母线11,把蓄电池储能系统3的直流电压转换成工频电压;一台或多台风力发电机组2通过叶片转动带动风力发电机发出交流电,通过风力发电机组变流系统13连接至交流母线11,把风力发电机发出的交流电压转换成工频电压;交流母线11通过并网开关K5连接至大电网18上,交流负载9连接在交流母线11上,柴油发电机或微型燃机4连接在交流母线11上,从而组成一个典型的交流微网。
在交流微网中,可以展开交流微网的主要方向的研究:微网在并网模式下稳定运行的控制策略,微网在孤岛模式下稳定运行的控制策略,风力发电与储能系统的能量交换与控制技术,光伏发电与储能系统的能量交换与控制技术,微网中分布式电源和储能系统容量优化配置与协调控制技术等微网关键技术研究;风力发电机组2、光伏发电机组1单个机组,储能装置的控制策略等关键技术研究,以及由两台或多台风力发电机组2、两台或多台光伏发电机组1组成的风电场、光伏发电场等关键技术的研究。
通过上述基于综合应用研究的微网系统结构,通过组合微网系统结构,可以组成直流微网、交流微网,并可以完成直流微网、交流微网主要方向的研究。
微网能量管理系统,通过能量管理系统可以组合综合应用研究的微网系统结构,组成直流或交流微网,对整个微网的风电机组、光伏发电机组1、蓄电池储能系统3、柴油发电机或微型燃机4、配电测控装置及保护装置等起到控制、监视、检测的作用,以及整个微网的功率分配,使微网系统能够在并网、孤岛模式下稳定运行。
Claims (4)
1.基于综合应用研究的微网系统结构,其特征在于:包括一组或多组光伏发电机组(1)、一台或多台风力发电机组(2)、蓄电池储能系统(3)、以及柴油发电机或者微型燃机(4);其中,光伏发电机组(1)通过DC-DC变换器(5)连接至直流母线(10)上,风力发电机组(2)通过AC-DC变换器(6)连接至直流母线(10)上,蓄电池储能系统(3)连接至直流母线(10)上,直流母线(10)连接有直流负载(8),通过上述连接形成直流微网;在所述直流微网的基础上,直流母线(10)通过DC-AC逆变器(7)与交流母线(11)连接,完成直流电变换成交流电功能,形成直流交流混合微网,直流母线(10)和DC-AC逆变器(7)之间设置有混合微网选通开关;光伏发电机组(1)、风力发电机组(2)、蓄电池储能系统(3)分别通过对应的变流系统直接连接至交流母线(11),柴油发电机或微型燃机(4)连接至交流母线(11),交流母线(11)通过并网开关连接至大电网上,交流母线(11)连接有交流负载(9),形成交流微网;光伏发电机组(1)、风力发电机组(2)、蓄电池储能系统(3)、柴油发电机或微型燃机(4)分别通过设置的相应的直流选通开关、交流选通开关形成直流微网或者交流微网。
2.根据权利要求1所述的基于综合应用研究的微网系统结构,其特征在于:所述直流微网结构中:所述光伏发电机组(1)依次通过直流选通开关K11、DC-DC变换器(5)、直流选通开关K12连接至直流母线(10);所述风力发电机组(2)依次通过直流选通开关K31、AC-DC变换器(6)、直流选通开关K32连接至直流母线(10);所述蓄电池储能系统(3)通过直流选通开关K21连接至直流母线(10);所述直流负载(8)和直流母线(10)之间设置有直流负载开关K4。
3.根据权利要求1或2所述的基于综合应用研究的微网系统结构,其特征在于:所述交流微网结构中:所述光伏发电机组(1)依次通过交流选通开关K13、光伏发电机组变流系统(12)、交流选通开关K14连接至交流母线(11);所述风力发电机组(2)依次通过交流选通开关K33、风力发电机组变流系统、交流选通开关K34连接至交流母线(11);所述蓄电池储能系统(3)依次通过交流选通开关K23、储能装置变流系统、交流选通开关K24连接至交流母线(11);所述柴油发电机或微型燃机(4)通过交流选通开关K7连接至交流母线(11);所述交流负载(9)和交流母线(11)之间设置有交流负载开关K6。
4.根据权利要求3所述的基于综合应用研究的微网系统结构,其特征在于:所述微网系统结构还设置有微网能量管理系统,DC-DC变换器(5)、AC-DC变换器(6)、DC-AC逆变器(7)及光伏发电机组变流系统(12)、风力发电机组变流系统、储能装置变流系统均连接至微网能量管理系统。
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