CN208423810U - 一种具有实用和教学科研功能的微电网平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有实用和教学科研功能的微电网平台，所述微电网平台包括发电模块、负载模块、储能模块、并网模块和监控模块，其特征在于：所述发电模块包括实际发电单元和模拟发电单元；所述负载模块包括实际电力负载和模拟电力负载。与现有技术相比，本实用新型融合了工程型微电网和试验型微电网平台，可在进行日常发电的同时进行教学科研工作。

Description

一种具有实用和教学科研功能的微电网平台

技术领域

本实用新型涉及一种微电网平台，尤其涉及一种具有实用和教学科研功能的微电网平台。

背景技术

微电网是一种将分布式发电、负荷、储能装置、变流器以及监控保护装置等有机整合在一起的小型发输配电系统。凭借微电网的运行控制和能量管理等关键技术，可以实现其并网或孤岛运行、降低间歇性分布式电源给配电网带来的不利影响，最大限度地利用分布式电源出力，提高供电可靠性和电能质量。将分布式电源以微电网的形式接入配电网，被普遍认为是利用分布式电源有效的方式之一。微电网作为配电网和分布式电源的纽带，使得配电网不必直接面对种类不同、归属不同、数量庞大、分散接入的(甚至是间歇性的)分布式电源。国际电工委员会在《2010—2030应对能源挑战白皮书》中明确将微电网技术列为未来能源链的关键技术之一。目前国家所建设的智能微电网平台没有标准的形式，而且分布式能源在微电网内的并网类型都以电力电子方式存在，电网波动及信号分析研究型的工程型微电网和试验型微电网平台的架构设计没有结合，没有可用于实验的工程性微电网。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种工程型微电网和试验型微电网结合的微电网平台，同时具有实用和教学科研功能。

本实用新型解决技术问题的技术方案是:

包括发电模块、负载模块、储能模块和并网模块，所述并网模块中至少设有一条交流母线，所述发电模块、负载模块和储能模块接入所述交流母线中，所述交流母线通过并网模块接入外部电网中，其特征在于：所述发电模块包括实际发电单元和模拟发电单元，所述模拟发电单元和实际发电单元并列接入所述交流母线；所述负载模块包括实际电力负载和模拟电力负载，所述模拟电力负载和实际电力负载并列接入所述交流母线。

进一步的，还包括一条模拟架空线路，所述模拟架空线路通过并网模块连接所述微电网平台。

进一步的，所述实际发电单元至少包括光伏发电阵列、风力发电机组和燃油发电机组中的一种或多种。

进一步的，所述模拟发电单元包括双馈异步风力发电机组和/或永磁同步风力发电机组。

进一步的，所述模拟电力负载为模拟感性负载、模拟容性负载和模拟阻性负载中的一种或多种。

进一步的，所述微电网平台还包括监控模块，所述监控模块包括控制单元、采集单元、本地监控单元和远程监控单元，所述控制单元通过通信网络和本地监控单元连接，用于接收本地监控单元发送的控制命令，以控制微电网平台的运行，所述采集单元和本地控制单元通过网络连接，用于将采集到的运行参数发送至本地控制单元，本地控制单元和远程控制单元无线连接，本地监控单元和远程通信单元通过无线连接实现数据互通。

进一步的，所述本地监控单元包括电网故障录波仪，用于监控微电网平台中的电网运行状态。

进一步的，所述监控模块还包括网络服务器，所述本地监控单元通过互联网与所述网络服务器通信连接，所述远程监控单元通过互联网与所述网络服务器通信连接。

进一步的，所述远程监控单元为手持式可移动设备，优选为手机或平板电脑，所述手持式可移动设备上设有APP软件用于浏览所述网络服务器中的数据信息，并向所述网络服务器发送控制命令，以控制微电网平台的运行。

进一步的，所述APP软件优选为微信公众号平台。

实际使用时：当微电网平台做发电使用时，由监控模块控制所述并网模块动作，在所述储能模块储满能量的情况下，将微电网平台并到外部电网中，微电网平台并网运行。当外网故障时，监控模块控制并网模块，解除并网，微电网平台孤岛运行。

当微电网平台用于教学实验时，微电网平台孤岛运行，通过模拟的架空线路，模拟的发电机组和模拟的电力负载等进行教学研究，可满足不同类型的科学研究。

与现有技术相比，本实用新型具有将工程型微电网和实验型微电网融合在一起，可同时进行工程性发电和实验性教学科研。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的监控模块的网络结构示意图。

图2是本实用新型实施例1的结构示意图。

图中数字所表示的相应部件名称如下：

1、380V交流外网 2、10KV模拟架空线路 3、并网切换开关 4、无缝切换开关 5、380V交流母线 6、PLC控制器 7、监控计算机 8、采集单元 9、交流接触器 10、光伏并网逆变器 11、风机变流器 12、储能双向变流器 13、铅酸蓄电池组 14、实际电力负载 15、阻性负载 16、感性负载 17、容性负载 18、3KW光伏阵列 19、1KW光伏双轴跟踪系统 20、1KW户外水平风力发电机组 21、1KW户外垂直风力发电机组 22、5KW双馈异步风力发电机组 23、5KW永磁同风力发电机组 24、控制线 25、工业以太网。

具体实施方式

实施例1：参照图1，为本实用新型实施例1的结构示意图，微电网平台设有一条380V交流母线5，一条10KV模拟架空线路2。

发电模块包括3KW光伏阵列18通过光伏并网逆变器10-1接入380V交流母线5，1KW光伏双轴跟踪系统19通过光伏并网逆变器10-2接入380V交流母线5，1KW户外水平风力发电机组20和1KW户外垂直风力发电机组21分别通过风机变流器11-1和风机变流器11-2接入380V交流母线5。仿真风力发电机组包括5KW双馈异步风力发电机组22和5KW永磁同风力发电机组23，分别通过风机变流器11-3和风机变流器11-4接入380V交流母线5中。

负载模块包括实际电力负载14和模拟电力负载，实际电力负载14为实验楼中的用电设备，通过交流接触器9-1连接380V交流母线5，模拟负载包括模拟阻性负载15、感性负载16和容性负载17，分别通过交流接触器9-2、9-3和9-4接入380V交流母线5。

储能模块为铅酸蓄电池组13，通过储能双向变流器12接入380V交流母线5。

并网模块为并网控制柜，所述并网控制柜内设有无缝切换开关4和并网切换开关3，380V交流母线5通过无缝切换开关4连接并网切换开关3，并网切换开关3一端接380V交流外网1，一端接10KV模拟架空线路2。

控制模块包括微电网测控柜、监控计算机7和采集单元8，微电网测控柜内设有PLC控制器6，PLC控制线24路通过控制线24连接光伏并网逆变器10、风机变流器11、交流接触器9、无缝切换开关4和并网切换开关3。

采集单元8分别设置在各采集点上，并通过工业以太网25和监控计算机7通信连接。

监控计算机7上装有工业组态软件。采集单元8和PLC控制器6通过工业以太网25连接计算机7。

实际使用时：采集单元8采集蓄电池组的电压、电流、内阻、温度，以及电池充放电电压和电流后通过工业以太网25发送至监控计算机7，采集单元8采集实际电力负载14的电压、电流后通过工业以太网25发送至监控计算机7，采集单元8采集模拟阻性负载15的电压和电流后通过工业以太网25发送至监控计算机7，采集单元8采集模拟阻性感性载的电压和电流后通过工业以太网25发送至监控计算机7，采集单元8采集模拟容性负载17的电压和电流后通过工业以太网25发送至监控计算机7，采集单元8采集光伏并网逆变器10的电压和电流后通过工业以太网25发送至监控计算机7，采集单元8采集光伏风机变流器11的电压和电流后通过工业以太网25发送至监控计算机7。由监控计算机7上的工业组态软件将上述采集到的数据进行显示，处理和存储。

工作人员操作监控计算机7上的工业组态软件，由监控计算机7通过工业以太网25向PLC控制器6发送控制命令，控制微电网平台的运行。同时PLC控制器6将各模块的运行状态发送至监控计算机7，由工业组态软件显示微电网平台的运行状态。

当微电网做并网运行时，工作人员操作监控计算机7发送并网运行控制命令，由PLC控制器6控制并网切换开关3切换至380V交流外网1，并且控制无缝切换开关4实时并网，将微电网并入外网中。

当微电网平台做孤网运行时，工作人员操作监控计算机7发送孤网运行控制命令，由PLC控制器6控制断开无缝切换开关4，将微电网孤网运行。

当微电网平台做并网实验时，工作人员操作监控计算机7发送并网实验控制命令，由PLC控制器6控制并网切换开关3切换至模拟10KV架空线路，并且控制无缝切换开关4实时并网，将微电网并入模拟10KV架空线路中，观察并网过程中的电网变化，不影响外网运行。

由于该微电网平台集成有感性负载16、容性负载17和阻性负载15，所以可在孤网运行的状态下研究不同负载对于电网运行的影响。

由于该微电网平台集成有5KW双馈异步风力发电机组22和5KW永磁同风力发电机组23，所以可以试验风力发电机组在不同模拟风速下的负荷变化跟踪以及风机在低电压时态下脱网的时间，以及离网过程对电网的影响。

由于该微电网平台集成有光伏发电和风力发电，可实验研究太阳能、风能、储能等可再生能源的并网控制，实现微电网独立和并网运行模式的平滑切换。

由于该微电网平台集成有风力发电、光伏发电和模拟风力发电，以及微电网的交流母线下挂接有不同的负载，所以该微电网平台还可以做以下研究实验：

1)实验研究多能源互补微电网系统的网络拓扑及其优化配置，研究不同类型微电源的分散控制策略；

2)实验研究适应分布式发电系统与微电网特点的电力电子变换器；

3)实验研究太阳能、风能、储能等可再生能源的并网控制，实现微电网独立和并网运行模式的平滑切换；

4)实验研究微电网内部风力发电及常规电源和负荷的特性以及分布式光伏发电系统与微电网的特性对电力系统的相互影响；

5)实验研究光伏分布式发电系统与微电网监控与能量管理，建立微电网在独立和并网运行时的控制策略；

6)实验研究多元发电装置的投切、部分负荷的投切以及蓄电池的充放电的控制；

7)实验研究微电网的配电系统继电保护的新原理和新方法；

8)电力系统区域稳定控制实验、高频、切机、切负荷等失步解列实验；

9)励磁调节器的各功能实验的功能实验。

10)培养学生对风光互补系统的认识及动手实训搭建系统。

实施例2：参照图2：与实施例1相比，本实施例的不同之处在于：微电网平台设有一台网络服务器，监控模块包括采集单元、本地监控单元和远程监控单元，本地监单元通过互联网和网络服务器连接，远程监控单元为计算机和手机，远程模块通过互联网连接网络服务器。

实际使用时，本地监单元将微电网的运行参数发送至网络服务器，远程监控单元通过网络服务器观察微电网平台的运行状况，同时可通过网络服务器向本地监控单元发送控制命令，控制微电网平台的运行。

同时微电网平台可通过微信公众号平台向操作者发送微电网平台的状态信息。

以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示意的准确结构，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，做出的各种改变和变形，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有实用和教学科研功能的微电网平台，包括发电模块、负载模块、储能模块和并网模块，所述并网模块中至少设有一条交流母线，所述发电模块、负载模块和储能模块接入所述交流母线中，所述交流母线通过并网模块接入外部电网中，其特征在于：所述发电模块包括实际发电单元和模拟发电单元，所述模拟发电单元和实际发电单元并列接入所述交流母线；所述负载模块包括实际电力负载和模拟电力负载，所述模拟电力负载和实际电力负载并列接入所述交流母线。

2.根据权利要求1所述的具有实用和教学科研功能的微电网平台，其特征在于：还包括一条模拟架空线路，所述模拟架空线路通过并网模块连接所述微电网平台。

3.根据权利要求1或2所述的具有实用和教学科研功能的微电网平台，其特征在于：所述实际发电单元包括光伏发电阵列、风力发电机组和燃油发电机组中的一种或多种。

4.根据权利要求1或2所述的具有实用和教学科研功能的微电网平台，其特征在于：所述模拟发电单元包括双馈异步风力发电机组和/或永磁同步风力发电机组。

5.根据权利要求1或2所述的具有实用和教学科研功能的微电网平台，其特征在于：所述模拟电力负载为模拟感性负载、模拟容性负载和模拟阻性负载中的一种或多种。

6.根据权利要求1或2所述的具有实用和教学科研功能的微电网平台，其特征在于：还包括监控模块，所述监控模块包括控制单元、采集单元、本地监控单元和远程监控单元，所述控制单元和本地监控单元通信连接，所述采集单元和本地监控单元通信连接，所述本地监控单元和远程监控单元无线连接。

7.根据权利要求6所述的具有实用和教学科研功能的微电网平台，其特征在于：所述本地监控单元包括电网故障录波仪。

8.根据权利要求7所述的具有实用和教学科研功能的微电网平台，其特征在于：所述监控模块还包括网络服务器，所述本地监控单元通过互联网与所述网络服务器通信连接，所述远程监控单元通过互联网与所述网络服务器通信连接。

9.根据权利要求8所述的具有实用和教学科研功能的微电网平台，其特征在于：所述远程监控单元为手持式可移动设备，所述手持式可移动设备上设有APP软件，用于向所述微电网系统发送控制命令，同时显示所述微电网系统的运行状态和运行参数。

10.根据权利要求9所述的具有实用和教学科研功能的微电网平台，其特征在于：所述手持式可移动设备为手机或平板电脑；所述APP软件为微信公众号平台。