CN207265677U - 一种可变结构的交直流混合微电网系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及智能微电网技术领域，特别涉及一种可变结构的交直流混合微电网系统。其分布式电源和储能元件的多元性且运行模式和组态方式的灵活性。包括风力发电单元、光伏发电并网单元、储能单元、直流微电网、三级负荷及微网接入柜；所述风力发电单元经联络开关F1连接至母线M2；所述光伏发电并网单元经联络开关F2连接至母线M2；所述储能单元包括储能单元一及储能单元二，所述储能单元一经联络开关F3连接至母线M2，所述储能单元二经网络开关F10连接至母线M3；所述直流微电网经直流微电网并网开关F4连接至母线M2；所述三级负荷经负荷控制装置连接至母线M2；所述微电网接入柜包括接入柜一、接入柜二及接入柜三。

Description

一种可变结构的交直流混合微电网系统

技术领域

本实用新型涉及智能微电网技术领域，特别涉及一种可变结构的交直流混合微电网系统。

背景技术

分布式发电作为一种可再生能源的一种重要利用形式，世界范围内得到了快速发展。分布式电源以其在供电可靠性、灵活性以及降低环境污染等方面的巨大优势，受到了人们的广泛关注。在常规电网中大量分布式电源的接入，会对电网的电压稳定、频率控制等产生较大影响。为了充分发挥分布式电源的潜力，可将多个分布式电源、储能装置和可控负荷按照一定的拓扑结构组成微网。微电网的出现很好的解决了分布式发电接入问题，同时可保证重要负荷在大电网停电后的持续供电的要求，成为今后分布式接入大电网的一种发展趋势。

目前已建成的微电网实验系统都存在着运行模式和组态网方式不够灵活的缺陷，这样也就使其在运行稳定性和科学研究综合性方面呈现出明显的局限性。例如美国微电网实验系统将微型燃气轮机和燃料电池作为主要的电源和储能装置连接在直流侧与分布式电源一起作为一个整体通过电力电子接口连接到微网，主要考虑其“即插即用”性，但不允许其向大电网送电。欧盟和日本在分布式电源的选择上较美国的实验系统多样，同时允许其向大电网送电，但其在运行模式和组网方式上呈现出共同的局限性，即多微网之间缺乏联系，导致其无法开展多微网相互影响的研究。微电网内包括大量的电力电子装置，在运行时会给微电网带来较多的电流谐波，微电网对电网的补充作用尚未充分体现，微电网与大电网的削峰填谷、互为备用等作用尚无有效的控制手段作为支撑。同时，目前投入使用的微电网系统大多为集中式应用，应用不灵活、不易模块化管理。

发明内容

本实用新型就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种可变结构的交直流混合型微电网系统。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，包括风力发电单元、光伏发电并网单元、储能单元、直流微电网、三级负荷及微网接入柜。

所述风力发电单元经联络开关F1连接至母线M2。

所述光伏发电并网单元经联络开关F2连接至母线M2。

所述储能单元包括储能单元一及储能单元二，所述储能单元一经联络开关F3连接至母线M2，所述储能单元二经网络开关F10连接至母线M3。

所述直流微电网经直流微电网并网开关F4连接至母线M2。

所述三级负荷经负荷控制装置分别与联络开关F5、F6、F7相连，所述联络开关F5、F6、F7分别连接至母线M2。

所述微电网接入柜包括接入柜一、接入柜二及接入柜三。

所述接入柜一通过电缆L1分别与母线M1、母线M2相连。

所述接入柜一通过电缆L2分别与母线M2、母线M3相连。

所述接入柜三通过电缆L3分别与母线M1、母线M3相连。

作为本实用新型的一种优选方案，还包括模拟负载、PV模拟器及变频器；所述模拟负载经联络开关F8接到母线M3上，所述变频器输出端连接PV模拟器输入端，所述PV模拟器输出端经联络开关F9接到母线M3上。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述模拟负载，采用调节负载RCL；用于微电网能量测试；所述PV模拟器，采用风力光伏测试仪器，模拟光照曲线，用于系统功能测试；所述变频器，模拟风速，用于系统功能测试。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述储能单元一与储能单元二结构相同；均包括隔离变压器、PCS装置柜及储能系统；所述储能系统与PCS装置柜相连，所述PCS装置柜与隔离变压器相连；所述隔离变压器与联络开关相连。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述风力发电单元包括风力发电机、风机并网控制器和风机并网逆变器；所述风力发电机与风机并网控制器输入端相连，所述风机并网控制器输出端与所述风机并网逆变器输入端相连，所述风机并网逆变器的输出端作为风力发电单元的输出端接至所述联络开关F1。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述光伏发电并网单元包括电池组件、防雷汇流箱和光伏并网逆变器，所述电池组件经防雷汇流箱连接所述光伏并网逆变器；所述光伏并网逆变器的输出端连接至所述联络开关F2。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述微电网接入柜将分布式电源负荷及电网连接起来，保证外部电网失电时，由风能、光能和储能系统对照明负荷的不间断供电。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述母线M2及与其连接的直流微电网构成了一个交直流混合微电网，所述母线M2及与其连接的风力发电单元、光伏发电单元、储能单元构成了一个交流微电网。（所述母线M1和母线M2之间通过电缆连接并设有联络开关K2，母线M1通过K4与母线M3通过电缆连接，母线M2通过K4与母线M3通过电缆连接）。

作为本实用新型的一种优选方案，所述三级负荷包括1级10kw固定负荷、2级10kw固定负荷及3级10kw固定负荷。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述电池组件采用单晶硅光伏组件。

进一步地，所述储能单元在独立运行时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；所述储能单元主电源在孤网运行和并网运行相互切换时，保证重要负荷电压稳定，同时实现平滑切换。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述直流微电网包括第二风力发电单元、第二光伏发电并网单元、第二储能单元、母线开关和用户负荷；所述母线开关一端分别通过AC/DC整流器与第二风力发电单元相连、通过DC/DC模块与第二光伏发电并网单元相连、通过DC/DC模块与第二储能单元相连、通过AC/AC模块与用户负荷相连；所述母线开关的另一端通过另一AC/DC整流器与交流电源相连。（双向电力变流器具有能量双向传输的能力，有两种应用形式，一种是交流系统到直流系统功率的变换和传输，即AC-DC整流器；一种是从直流系统到直流系统的变换和传输，即DC/DC整流器）。

通过各联络开关的状态，可以实现交直流混合微电网的不同运行模式各组态方式，以不同的运行模式进行相关组网试验。通过各联络开关的状态，可以实现多微电网不同的运行模式和组态方式，以不同的运行模式进行相关组网实验，多微电网的运行模式主要包括以下几种：单微网并网模式、多微网并网模式、单微网孤岛模式、多微网孤岛模式，其组网模式与联络开关的状态密切相关，具体如下。

（1）单微网并网模式。

当联络开关K1和K2闭合，K3和K4断开，系统处于单微网并网模式；此时，存在以下几种情况。

仅当F1闭合时，由风力发电机带负荷。

仅当F2闭合时，由光伏发电并网单元带负荷。

仅当F3闭合时，由储能单元带负荷。

当F1、F2、F3、F4均闭合时，则为交直流混合微电网。

（2）多微网并网模式。

当联络开关K1、K2、K3、K4闭合，系统处于多微网并网模式。

（3）单微网孤岛模式。

当联络开关K1、K2、K3、K4断开时，系统处于单微网孤岛模式。此时存在以下几种情况。

仅当F1闭合时，由风力发电机带负荷。

仅当F2闭合时，由光伏发电并网单元带负荷。

仅当F3闭合时，由储能单元带负荷。

当F1、F2、F3、F4均闭合时，则为交直流混合微电网。

（4）多微网孤网模式。

当联络开关K3闭合，K1、K2、K4断开时，系统处于多微网孤岛模式。

本实验系统按以上组网模式可以展开不同实验，进行各种风、光、储、等多种新能源和混合交直流微电网的组合系统研究。

与现有技术相比本实用新型有益效果。

1.分布式电源和储能元件的多元性。

有效利用可再生能源和确保分布式电源的多样性，减少电力供应对环境的影响，采用交替电池和超级电容作为储能元件，既经济，又降低对环境污染，使用寿命相对较长，充电速度较快。

2.系统运行模式和组态方式的灵活性。

本申请运行模式上分为并网和孤岛两种模式，且可在两种模式下进行交直流混合微电网模式和交流微网模式。各种分布式电源、储能元件、模拟装置的运行模式等由控制器F1-F10控制，通过控制F1~F10的开断状态，可以实现不同分布式电源运行模式的灵活切换。通过多路可控开关的设置，微电网结构可以根据运行和研究的需要，灵活调整，多种组态。

3.直流微电网系统可以实现电源运行协调控制、高效率功率变换、高能源利用效率的能量优化和管理等前瞻性技术的综合应用，体现节能环保理念。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。本实用新型保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1是本实用新型微电网实验系统结构示意图。

图2是本实用新型直流微电网系统结构示意图。

具体实施方式

如图1-2，本实用新型的微电网系统为三相，电压380V、频率50HZ；包括风力发电单元，光伏发电并网单元、储能单元、直流微电网、第一负荷、第二负荷、第三负荷、负荷控制装置、模拟负载、PV模拟器、变频器、微网接入柜、联络开关、电缆和母线。

所述风力发电单元包括风力发电机（风电机组）、风机并网控制器（风机控制器）和风机并网逆变器（并网逆变器），风力发电机接至风机并网控制器输入端，风机并网控制器输出端接至风机并网逆变器输入端，风机并网逆变器的输出端作为风力发电单元的输出端接至联络开关F1。风能通过风力发电机转换为幅值和频率变化的交流电，通过风机并网控制器整流为直流电，再经风机并网逆变器将直流转换为与电网同频率、同相位的正弦波交流电，馈送入电网。风机并网控制器主要是将风机输出的单相交流电整流为直流供电后级逆变器输入。风机并网逆变器主要是通过风机控制器整流的直流电通过单相全桥电路进行逆变，将输入的直流电压变换为高频的斩波电压，并通过滤波器变成正弦波电压。

所述光伏发电并网单元包括电池组件（单晶硅光伏组件）、防雷汇流箱（完成汇流、防雷、保护及测量通讯功能）和光伏并网逆变器（采用最大功率跟踪技术，最大限度的把太阳能电池板转换的电能送入电网），光伏并网逆变器经防雷汇流箱连接电池组件，所述电池组件采用单晶硅光伏组件。

所述三级负荷经负荷控制装置分别于三个不同的联络开关相连。三级负荷包括：1级10kw固定负荷（第一负荷）、2级10kw固定负荷（第二负荷）、3级10kw固定负荷（第三负荷）。

所述储能单元一与储能单元二结构相同；均包括隔离变压器、PCS装置柜及储能系统；所述储能系统与PCS装置柜相连，所述PCS装置柜与隔离变压器相连；所述隔离变压器与联络开关相连。

更为具体地，所述储能单元包括两套PCS装置柜、两套电池柜和两套超级电容，电池柜和超级电容分别接到PCS装置柜，储能单元中的两套设备，一套经联络开关连接到母线M2上，一套经联络开关接到母线M3上，实现电池与电网间的能量双向交换，可工作在蓄电池充电模式和蓄电池能量回馈模式。

所述直流微电网系统包括第二风力发电单元、第二光伏发电并网单元、第二储能单元、双向交流器（AC-DC整流器、DC-DC整流器）、母线开关和用户负荷。双向电力变流器具有能量双向传输的能力，有两种应用形式，一种是交流系统到直流系统功率的变换和传输，即AC-DC整流器；一种是从直流系统到直流系统的变换和传输，即DC/DC整流器。所述直流微电网中第二风力发电单元、第二光伏发电并网单元、第二储能单元和用电负荷通过直流母线连接AC-DC整流器，AC-DC整流器连接在交流电源，并在直流母线上连接AC-DC整流器处设有母线开关。

PCS功率回路由两套AC/DC模块组成，AC/DC模块采用三相高频SPWM整流（逆变）电路，主功率回路由三相逆变桥、驱动电路、直流电容、电抗器、控制电路等组成。通过通讯接收后台控制指令，根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调节。PCS通过CAN接口与电池管理系统通讯，获取电池组状态信息，可实现对电池保护性充放电，确保电池运行安全。

所述模拟负载，采用20kw调节负载RCL，满足微电网能量测试。

所述微电网接入柜实现微电网系统中各微电源的汇集，为微电网接入柜提供单一输入，方便微电网与大电网并网操作。选用现有技术中的常规设备，将分布式电源、负荷及电网连接起来，保证外部电网失电时，由分布式能源和储能系统对照明负荷的不间断供电。

风力发电单元经联络开关F1接到母线M2上，光伏发电并网单元经联络开关F2接到母线M2上，储能单元中的一套设备经联络开关F3接到母线M2上，储能单元中的另一套设备经F10接到母线M3上，模拟负载经联络开关F8接到M3上，变频器输出端连接PV模拟器输入端，PV模拟器输出端经联络开关F9接到M3上，母线M2及与其连接的直流微电网构成了一个交直流混合微电网，母线M2及与其连接的各部件构成了一个交流微电网，M1和M2之间通过电缆连接并设有联络开关K2，M1通过K4与M3通过电缆连接，M2通过K4与M3通过电缆连接。各个联络开关之间设有通信网络，通过现场总线与中央控制器相连，以实现信息的采集与开关状态的控制，M1经K1接至配电网。

所述联络开关K1~K4，通过对联络开关K1~K4的打开、闭合控制，可以实现多微电网不同的运行模式和组态方式，以不同的运行模式进行相关组网实验，多微电网的运行弄湿主要包括以下几种：单微网并网模式、多微网并网模式、单微网孤岛模式、多微网孤岛模式，其组网模式与联络开关的状态密切相关，具体如下。

（1）单微网并网模式。

当联络开关K1和K2闭合，K3和K4断开，系统处于单微网并网模式；此时，存在以下几种情况。

仅当F1闭合时，由风力发电机带负荷。

仅当F2闭合时，由光伏发电并网单元带负荷。

仅当F3闭合时，由储能单元带负荷。

当F1、F2、F3、F4均闭合时，则为交直流混合微电网带负荷。

可以开展多种储能协调运行控制研究，采用多种控制方式的不同分布式电源协调运行研究和外电网交换功率研究。

（2）多微网并网模式。

当联络开关K1、K2、K3、K4闭合，系统处于多微网并网模式。

此种组网模式下，除上述研究方向外，还可以开展多微网协调运行控制研究。

（3）单微网孤网模式。

当联络开关K1、K2、K3、K4断开时，系统处于单微网孤岛模式；此时存在以下几种情况。

仅当F1闭合时，由风力发电机带负荷。

仅当F2闭合时，由光伏发电并网单元带负荷。

仅当F3闭合时，由储能单元带负荷。

当F1、F2、F3、F4均闭合时，则为交直流混合微电网。

（4）多微网孤网模式。

当联络开关K3闭合，K1、K2、K4断开时，系统处于多微网孤岛模式。

此种组网模式下，除上述研究方向外，还可以开展多微网功率交换研究。

可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可变结构的交直流混合微电网系统，其特征在于，包括风力发电单元、光伏发电并网单元、储能单元、直流微电网、三级负荷及微网接入柜；

所述风力发电单元经联络开关F1连接至母线M2；

所述光伏发电并网单元经联络开关F2连接至母线M2；

所述储能单元包括储能单元一及储能单元二，所述储能单元一经联络开关F3连接至母线M2，所述储能单元二经网络开关F10连接至母线M3；

所述直流微电网经直流微电网并网开关F4连接至母线M2；

所述三级负荷经负荷控制装置分别与联络开关F5、F6、F7相连，所述联络开关F5、F6、F7分别连接至母线M2；

所述微电网接入柜包括接入柜一、接入柜二及接入柜三；

所述接入柜一通过电缆L1分别与母线M1、母线M2相连；

所述接入柜一通过电缆L2分别与母线M2、母线M3相连；

所述接入柜三通过电缆L3分别与母线M1、母线M3相连。

2.根据权利要求1所述的一种可变结构的交直流混合微电网系统，其特征在于：还包括模拟负载、PV模拟器及变频器；所述模拟负载经联络开关F8接到母线M3上，所述变频器输出端连接PV模拟器输入端，所述PV模拟器输出端经联络开关F9接到母线M3上。

3.根据权利要求2所述的一种可变结构的交直流混合微电网系统，其特征在于：所述模拟负载，采用调节负载RCL，用于微电网能量测试；所述PV模拟器，采用风力光伏测试仪器，模拟光照曲线，用于系统功能测试；所述变频器，模拟风速，用于系统功能测试。

4.根据权利要求1所述的一种可变结构的交直流混合微电网系统，其特征在于：所述储能单元一与储能单元二结构相同，均包括隔离变压器、PCS装置柜及储能系统；所述储能系统与PCS装置柜相连，所述PCS装置柜与隔离变压器相连；所述隔离变压器与联络开关相连。

5.根据权利要求1所述的一种可变结构的交直流混合微电网系统，其特征在于：所述风力发电单元包括风力发电机、风机并网控制器和风机并网逆变器；所述风力发电机与风机并网控制器输入端相连，所述风机并网控制器输出端与所述风机并网逆变器输入端相连，所述风机并网逆变器的输出端作为风力发电单元的输出端接至所述联络开关F1。

6.根据权利要求1所述的一种可变结构的交直流混合微电网系统，其特征在于：所述光伏发电并网单元包括电池组件、防雷汇流箱和光伏并网逆变器，所述电池组件经防雷汇流箱连接所述光伏并网逆变器；所述光伏并网逆变器的输出端连接至所述联络开关F2。

7.根据权利要求1所述的一种可变结构的交直流混合微电网系统，其特征在于：所述微电网接入柜将分布式电源负荷及电网连接起来，保证外部电网失电时，由风能、光能和储能系统对照明负荷的不间断供电。

8.权利要求1所述的一种可变结构的交直流混合微电网系统，其特征在于：所述母线M2及与其连接的直流微电网构成了一个交直流混合微电网，所述母线M2及与其连接的风力发电单元、光伏发电单元、储能单元构成了一个交流微电网。

9.根据权利要求6所述的一种可变结构的交直流混合微电网系统，其特征在于：所述三级负荷包括1级10kw固定负荷、2级10kw固定负荷及3级10kw固定负荷；所述电池组件采用单晶硅光伏组件。

10.根据权利要求1所述的一种可变结构的交直流混合微电网系统，其特征在于：所述直流微电网包括第二风力发电单元、第二光伏发电并网单元、第二储能单元、母线开关和用户负荷；所述母线开关一端分别通过AC/DC整流器与第二风力发电单元相连、通过DC/DC模块与第二光伏发电并网单元相连、通过DC/DC模块与第二储能单元相连、通过AC/AC模块与用户负荷相连；所述母线开关的另一端通过另一AC/DC整流器与交流电源相连。