CN205453152U - 混合式智能微电网系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种混合式智能微电网系统，其包括：并网逆变充电一体机，所述并网逆变充电一体机的输入端电连接有市电和蓄电池，所述蓄电池的充电端电连接于风能发电装置和太阳能发电装置，放电端电连接于直流用电设备，所述的并网逆变充电一体机的输出端电连接于交流负载；其中，所述的并网逆变充电一体机、风能发电装置、太阳能发电装置和蓄电池通过一通讯线连接于一数据采集器，所述数据采集器通信连接于一可与外部终端通信的通讯模块。该混合式智能微电网系统，将多种发电设备共同并入微电网，并进行运行数据监控采集，与外部设备进行通信互联，实现远程监控及管理，保证了微电网的稳定性和兼容性。

Description

混合式智能微电网系统

技术领域

本实用新型涉及混合供电技术领域，尤其涉及一种混合式智能微电网系统。

背景技术

近年来世界范围内多次发生大面积停电事故，使传统供能模式和电力网络的种种弊端暴露出来，难以满足用户多样化的供电需求。同时，根据环境保护、节能减排和可持续发展的要求，全球能源技术领域关注的研究热点转向绿色清洁能源——风能和太阳能。与传统集中供电模式相比，分布式发电以其接近用户侧、运行方式灵活、就地消费清洁能源等优点受到广泛关注。然而，分布式发电技术自身存在诸多潜在弊端，如电源接入成本高、功率输出波动等，其规模化接入电网后会给电网运行控制带来一系列影响。

智能微电网(MicroSmartGrid)是将可再生能源发电技术(风力发电、光伏发电、生物质能、潮汐能等)、能源管理系统(EMS)和输配电基础设施高度集成的新型电网，它具有提高能源效率、提高供电的安全性和可靠性、减少电网的电能损耗、减少对环境的影响。强化科研技术，深入开发建设微电网有利于扩大分布式电源与可再生能源的大规模接入，为负荷地区提供可靠的供给，实现有效的主动式配电网方式，促进智能微电网变革。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种混合式智能微电网系统，用于解决现有技术多种供电形式并网连接时产生不兼容的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型所提出的技术方案为：

本实用新型的一种混合式智能微电网系统，其包括：并网逆变充电一体机，所述并网逆变充电一体机的输入端电连接有市电和蓄电池，所述蓄电池的充电端电连接于风能发电装置和太阳能发电装置，放电端电连接于直流用电设备，所述的并网逆变充电一体机的输出端电连接于交流负载；其中，所述的并网逆变充电一体机、风能发电装置、太阳能发电装置和蓄电池通过一通讯线连接于一数据采集器，所述数据采集器通信连接于一可与外部终端通信的通讯模块。

其中，所述的并网逆变充电一体机的输入端还电连接有一柴油发电机，所述柴油发电机与市电通过一ATS开关接入并网逆变充电一体机。

其中，所述的太阳能发电装置和风能发电装置与蓄电池之间均电连接有一MPPT充电器。

其中，所述的通讯模块为SIM通讯模块，所述SIM通讯模块包括WiFi模块。

其中，所述的SIM通讯模块的GPRS模块的型号为SIM100-E。

与现有技术相比，该实用新型的混合式智能微电网系统，其由风力发电子系统和或太阳能PV发电子系统分别并联连接到蓄电池；蓄电池并联连接到并网逆变一体机中，并网逆变一体机将蓄电池储存的直流电逆变成为交流电，并通过电网子系统构成一个标准交流电微电网系统；同时，柴油发电机子系统也能通过电网子系统接入微电网系统；系统是以风电或光电为主体的风柴互补、光柴互补或风光柴互补型、能同时不间断地向负荷稳定输出交直流功率的电网系统,同时将所有设备的输入输出数据全部以互联网的形式传递到移动设备上，让用户随时随地可以知道这套系统是否运行正常，以及当天光伏组件、风机发了多少度的电量等信息，从而达到智能化的效果，多种供电网能够相互兼容，稳定的为用电设备供电。

附图说明

图1为本实用新型混合式智能微电网系统的系统结构示意框图。

具体实施方式

以下参考附图，对本实用新型予以进一步地详尽阐述。

请参阅附图1，该混合式智能微电网系统，其包括：并网逆变充电一体机1，该并网逆变充电一体机1的输入端通过交流母线11电连接有市电2和蓄电池6，所述蓄电池6的充电端通过直流母线16电连接于风能发电装置5和太阳能发电装置4，放电端电连接于直流用电设备17，所述的并网逆变充电一体机1的输出端电连接于交流负载18。其中，所述的并网逆变充电一体机1、风能发电装置5、太阳能发电装置4和蓄电池6通过一通讯线13连接于一数据采集器7，所述数据采集器7通信连接于一可与外部终端通信的通讯模块8。所述数据采集器7采集并网逆变充电一体机1、风能发电装置5、太阳能发电装置4以及蓄电池6的运行状况数据，并将数据传送至通讯模块8，该通讯模块8通过多种通信方式与外部移动终端设备进行数据共享，通过终端设备进行监控及数据采集，及时了解整个微电网系统的情况。

进一步的，为了防止市电大面积停电而带来的不确定性，所述的并网逆变充电一体机1的输入端还电连接有一柴油发电机3，所述柴油发电机3与市电2通过一ATS开关12接入并网逆变充电一体机1。当市电停电时，柴油发电机3快速启动并由ATS开关12完成切换，从而保证整个用电设备的稳定性。

其中，所述的太阳能发电装置4和风能发电装置5与蓄电池6之间均电连接有一MPPT充电器14和15。上述太阳能发电装置4和风能发电装置5发电直接给蓄电池6充电。蓄电池6的输出端可连接直流用电设备，也可以将直流电输入上述并网逆变充电一体机1，有并网逆变充电一体机1逆变呈交流电，给外部交流电设备供电。

对于边远地区的离网电气化系统，发电机、蓄电池和双向逆变器组合在一起，可实以下功能：对于已经具备储能装置的系统，逆变器在发电机和负载之间承担接口功能。本实施例还公开一种控制方法来自动实现能量补充。这种能量协助的模式必须可以应对各种类型负载(电子负载，能耗低谐波含量高的灯泡，电机和补偿不当带强感性部件的荧光灯等等)。实现解决方案是：主动提供适当的能量协助来确认负载的曲线，以馈电流方式帮助输入的交流源。通过非常快速的调节，使得注射电流自动适用负载要求。智能增强是一种电流补充，不是功率补偿。因此，可以将逆变器自身的能量适当地补充到其它交流源里(如发电机或市电)，即使是特殊负载也没有问题。

混合智能微电网系统中，通常发电机的配置容量要大于负载的峰值功率。如果选择带电流补充的逆变器(带蓄电池)，发电机的设计容量为负载的峰值功率减去逆变器功率。通过降容，可以选择容量小一些的发电机，从而降低初始投资。当规划一个发电装置时，如果选择发电机降容和智能增强功能，系统整个效率提升比较可观。

逆变器智能补充的能量是来自以前通过双向逆变器充入到蓄电池的能量。充进去的能量和智能增强放出能量之间的关系是：

$E_{grid-ch\arg ed}=\frac{E_{boosted}}{{\mathrm{\η}}_{inverter}\·{\mathrm{\η}}_{cycle}\·{\mathrm{\η}}_{inverter}}$

合理的蓄电池逆变器平均效率是：

η_inverter＝0.9

蓄电池能量循环效率是：

η_cycle＝0.8

由此而知其中一定的能量，充进去然后放出来(智能增强)比值是1.48(67％效率)。这是一个非常高的值，对于评估系统的效率，必须要考虑发电机的耗油量。通过实验，可以发现容量越小的发电机对于小负荷耗油越少。独立系统的负载曲线，精确的展示基本负荷和峰值负载之间巨大的差异。峰值负荷持续时间短，只需要这时启动逆变器增强功能就可以，峰值负荷结束后，能量重新补充回蓄电池。这意味着以下部分能量，循环效率是67％。但是，使用降容的发电机，对于基本负荷供电的燃油效率得到了相应的提高。

混合式智能微电网系统中增加的SIM通讯模块可以对整个系统进行全方位的数据传输和监控。使用ARM技术，ARM嵌入式开发平台的GPRS扩展板采用的GPRS模块型号为SIM100-E，是SIMCOM公司推出的GSM/GPRS双频模块，主要为语音传输、短消息和数据业务提供无线接口。SIM100-E集成了完整的射频电路和GSM的基带处理器，适合于开发一些GSM/GPRS的无线应用产品，如移动电话、PCMCIA无线MODEM卡、无线POS机、无线抄表系统以及无线数据传输业务，应用范围十分广泛。SIM100-E模块为用户提供了功能完备的系统接口。60Pin系统连接器是SIM100-E模块与应用系统的连接接口，主要提供外部电源、RS-485串口、SIM卡接口和音频接口。SIM100-E模块使用锂电池、镍氢电池或者其他外部直流电源供电，电源电压范围为：3.3V～4.6V，电源应该具有至少2A的峰值电流输出能力。SIM100-E提供标准的RS-485串行接口，用户可以通过串行口使用AT命令完成对模块的操作。串行口支持以下通信速率：300，1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200。当模块上电启动并报出RDY后，用户才可以和模块进行通信，用户可以首先使用模块默认速率115200与模块通信，并可通过AT+IPR＝<rate>命令自由切换至其它通信速率。在应用设计中，当MCU需要通过串口与模块进行通讯时，可以只用三个引脚：TXD，RXD和GND。其他引脚悬空，建议RTS和DTR置低。本扩展板上采用MAX3485芯片完成GPRS模块的TTL电平到RS485电平的转换，以能和ARM开发平台的RS485串口连接。SIM100-E模块提供了完整的音频接口，应用设计只需增加少量外围辅助元器件，主要是为MIC提供工作电压和射频旁路。音频分为主通道和辅助通道两部分。可以通过AT+CHFA命令切换主副音频通道。音频设计应该尽量远离模块的射频部分，以降低射频对音频的干扰。本扩展板硬件支持两个语音通道，主通道可以插普通电话机的话柄，辅助通道可以插带MIC的耳幔。当选择为主通道时，有电话呼入时板载蜂鸣器将发出铃声以提示来电。但选择辅助通道时来电提示音乐只能在耳机中听到。蜂鸣器是由GPRS模块的BUZZER引脚加驱动电路控制的。

GPRS模块的射频部分支持GSM900/DCS1800双频，为了尽量减少射频信号在射频连接线上的损耗，必须谨慎选择射频连线。应采用GSM900/DCS1800双频段天线，天线应满足阻抗50欧姆和收发驻波比小于2的要求。为了避免过大的射频功率导致GPRS模块的损坏，在模块上电前请确保天线已正确连接。

模块支持外部SIM卡，可以直接与3.0VSIM卡或者1.8VSIM卡连接。模块自动监测和适应SIM卡类型。对用户来说，GPRS模块实现的就是一个移动电话的基本功能，该模块正常的工作是需要电信网络支持的，需要配备一个可用的SIM卡，在网络服务计费方面和普通手机类似。

上述内容，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用于限制本实用新型的实施方案，本领域普通技术人员根据本实用新型的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本实用新型的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种混合式智能微电网系统，其特征在于，包括：并网逆变充电一体机，所述并网逆变充电一体机的输入端电连接有市电和蓄电池，所述蓄电池的充电端电连接于风能发电装置和太阳能发电装置，放电端电连接于直流用电设备，所述的并网逆变充电一体机的输出端电连接于交流负载；其中，所述的并网逆变充电一体机、风能发电装置、太阳能发电装置和蓄电池通过一通讯线连接于一数据采集器，所述数据采集器通信连接于一可与外部终端通信的通讯模块。

2.如权利要求1所述的混合式智能微电网系统，其特征在于，所述的并网逆变充电一体机的输入端还电连接有一柴油发电机，所述柴油发电机与市电通过一ATS开关接入并网逆变充电一体机。

3.如权利要求1所述的混合式智能微电网系统，其特征在于，所述的太阳能发电装置和风能发电装置与蓄电池之间均电连接有一MPPT充电器。

4.如权利要求1所述的混合式智能微电网系统，其特征在于，所述的通讯模块为SIM通讯模块，所述SIM通讯模块包括WiFi模块。

5.如权利要求4所述的混合式智能微电网系统，其特征在于，所述的SIM通讯模块的GPRS模块的型号为SIM100-E。