CN209056103U - 一种智慧微能网实训系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种智慧微能网实训系统，包括供电系统、供热系统、能源管理系统、及智能家居系统，供热系统与能源管理系统均与供电系统电性连接，供电系统与供热系统均通过能源管理系统与智能家居系统相连接，并在能源管理系统的控制下，供电系统供电于智能家居系统，且供热系统供热于智能家居系统；供电系统包括光伏供电模块、风力供电模块、及储能供电模块，光伏供电模块、风力供电模块、及储能供电模块相连接且均接入到电网。本实用新型采集并监测所有设备数据并显示，通过组态显示屏或编程，可方便对系统运行状态切换；该系统功能丰富、系统紧凑、具有较强的开放性与灵活性，并为多能互补、冷热电联供系统的教学与科研提供平台。

Description

一种智慧微能网实训系统

技术领域

本实用新型涉及一种实训系统，尤其涉及一种智慧微能网实训系统，属于微电网、能源互联网领域。

背景技术

随着电力自动化技术的迅速发展、对分布式发电的调度自动化技术不断的提高，国家在智能电网方面也投入越来越多的资金，很多复杂的智慧电网项目正在进行中；同时，随着微电网的快速发展、人类物质生活水平的逐步提高及化石能源的枯竭，结合供暖、供冷系统形成的冷热电联供系统具有广阔的研究前景与市场前景。然而国家对相关人才的缺口是巨大的，相应越来越多的高校开始注重到对学生微电网知识的培养，以及对智慧微电网系统的整体构架和各个部分运行情况进行分析，同时要获取不同的环境因素对各个单元产生的影响，因此作为一项正在发展中的新技术，其教学、培训、科研工作至关重要。

然而，目前市场上关于冷热电联供的实训系统缺乏，现有的一些微电网系统结构简单、设备庞大、柜体利用率不高、占地面积大开放程度低。因此亟需一种功能丰富、系统紧凑、开放性灵活性高的实训系统，为多能互补、冷热电联供系统的教学与科研提供平台。

综上所述，如何提供一种智慧微能网实训系统，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本实用新型针对现有的微电网系统结构简单、设备庞大、柜体利用率不高、占地面积大、开放程度低等缺陷，提供了一种智慧微能网实训系统。

本实用新型的技术解决方案是：

一种智慧微能网实训系统，包括供电系统、供热系统、能源管理系统、及智能家居系统，供热系统与能源管理系统均与供电系统电性连接，供电系统与供热系统均通过能源管理系统与智能家居系统相连接，并在能源管理系统的控制下，供电系统供电于智能家居系统，且供热系统供热于智能家居系统；所述供电系统包括光伏供电模块、风力供电模块、及储能供电模块，光伏供电模块、风力供电模块、及储能供电模块相连接且均接入到电网。

优选地，所述光伏供电模块包括光伏光源模拟单元、光伏供电单元、光伏能量转换单元、光伏数据监测单元及光伏系统控制单元；

光伏供电单元与光伏系统控制单元的输入端相连接，光伏系统控制单元的输出端分别与光伏光源模拟单元、光伏数据监测单元、及光伏能量转换单元相连接，且所述光伏供电模块通过光伏数据监测单元将光伏数据发送至所述能源管理系统。

优选地，所述光伏系统控制单元包括光伏系统控制单元第一输出端、光伏系统控制单元第二输出端、光伏系统控制单元第三输出端、及光伏系统控制单元第四输出端；

所述光伏系统控制单元第一输出端通过第一继电器组件与所述光伏光源模拟单元相连接；所述光伏系统控制单元第二输出端通过第一离网控制板与光伏能量转换单元相连接，并通过光伏能量转换单元与光伏数据监测单元相连接；所述光伏系统控制单元第三输出端直接与所述光伏数据监测单元相连接；所述光伏系统控制单元第四输出端直接通过光伏能量转换单元与所述光伏数据监测单元相连接。

优选地，所述风力供电模块包括风力模拟单元、风力供电单元、风力能量转换单元、风力数据监测单元及风力系统控制单元；

风力供电单元与风力系统控制单元的输入端相连接，风力系统控制单元的输出端分别与风力光源模拟单元、风力数据监测单元、及风力能量转换单元相连接，且所述风力供电模块通过风力数据监测单元将光伏数据发送至所述能源管理系统。

优选地，所述风力系统控制单元包括风力系统控制单元第一输出端、风力系统控制单元第二输出端、风力系统控制单元第三输出端、及风力系统控制单元第四输出端；

所述风力系统控制单元第一输出端通过第二继电器组件与所述风力光源模拟单元相连接；所述风力系统控制单元第二输出端通过第二离网控制板与风力能量转换单元相连接，并通过风力能量转换单元与风力数据监测单元相连接；所述风力系统控制单元第三输出端直接与所述风力数据监测单元相连接；所述风力系统控制单元第四输出端直接通过风力能量转换单元与所述风力数据监测单元相连接。

优选地，所述储能供电模块包括电池组件、储能数据监测单元及储能系统控制单元；

所述储能系统控制单元包括第一储能系统控制单元与第二储能系统控制单元，第一储能系统控制单元分别通过所述能源管理系统及第三继电器组件与所述智能家居系统相连接；第二储能系统控制单元分别与所述智能家居系统、及储能数据监测单元相连接，且第一储能系统控制单元与第二储能系统控制单元均与电池组件相连接。

优选地，所述电池组件包括蓄电池组、燃料电池组、或蓄电池组与燃料电池组的组合。

优选地，所述智慧微能网实训系统的运行模式为自主运行模式或人工操作模式。

优选地，所述能源管理系统包括计算机、组态显示屏及PLC软件，所述人工操作模式通过计算机及组态显示屏完成对PLC软件的控制。

优选地，所述供热系统包括热存储与热循环泵，且热存储与热循环泵均通过所述供电系统提供电能，热循环泵设置在热网中，热存储与热网为双向连接。

本实用新型产生的有益效果是：本实用新型提供了一种综合了光伏供电系统、风力供电系统、储能供电系统、智能家居系统与能源管理系统的智慧微能网实训系统，实现了多种能源互补、冷热电联供、智能家居控制与能源管理的功能；该智慧微能网实训系统，采集并监测所有设备数据并显示，通过组态显示屏或编程，可方便对系统运行状态进行切换；该系统功能丰富、系统紧凑、具有较强的开放性与灵活性，并为多能互补、冷热电联供系统的教学与科研提供平台。

以下便结合实施例附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详述，以使本实用新型技术方案更易于理解、掌握。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为本实用新型中光伏供电系统的结构框图；

图3为风力供电系统的结构框图；

图4为储能供电系统的结构框图。

具体实施方式

一种智慧微能网实训系统，包括供电系统、供热系统、能源管理系统、及智能家居系统，如图1所示，供热系统与能源管理系统均与供电系统电性连接，供电系统与供热系统均通过能源管理系统与智能家居系统相连接，并在能源管理系统的控制下，供电系统供电于智能家居系统，且供热系统供热于智能家居系统；

能源管理系统包括计算机、组态显示屏及PLC软件，人工操作模式通过计算机及组态显示屏完成对PLC软件的控制。

供热系统包括热存储与热循环泵，且热存储与热循环泵均通过供电系统提供电能，热循环泵设置在热网中，热存储与热网为双向连接。

供电系统包括光伏供电模块、风力供电模块、及储能供电模块，光伏供电模块、风力供电模块、及储能供电模块相连接且均接入到电网。

其中，光伏供电模块包括光伏光源模拟单元、光伏供电单元、光伏能量转换单元、光伏数据监测单元及光伏系统控制单元；

光伏供电单元与光伏系统控制单元的输入端相连接，光伏系统控制单元的输出端分别与光伏光源模拟单元、光伏数据监测单元、及光伏能量转换单元相连接，且光伏供电模块通过光伏数据监测单元将光伏数据发送至能源管理系统。

具体地，光伏系统控制单元包括光伏系统控制单元第一输出端、光伏系统控制单元第二输出端、光伏系统控制单元第三输出端、及光伏系统控制单元第四输出端；

光伏系统控制单元第一输出端通过第一继电器组件与光伏光源模拟单元相连接；光伏系统控制单元第二输出端通过第一离网控制板与光伏能量转换单元相连接，并通过光伏能量转换单元与光伏数据监测单元相连接；光伏系统控制单元第三输出端直接与光伏数据监测单元相连接；光伏系统控制单元第四输出端直接通过光伏能量转换单元与光伏数据监测单元相连接。

进一步地，风力供电模块包括风力模拟单元、风力供电单元、风力能量转换单元、风力数据监测单元及风力系统控制单元；

风力供电单元与风力系统控制单元的输入端相连接，风力系统控制单元的输出端分别与风力光源模拟单元、风力数据监测单元、及风力能量转换单元相连接，且所述风力供电模块通过风力数据监测单元将光伏数据发送至所述能源管理系统。

具体地连接为，风力系统控制单元包括风力系统控制单元第一输出端、风力系统控制单元第二输出端、风力系统控制单元第三输出端、及风力系统控制单元第四输出端；

风力系统控制单元第一输出端通过第二继电器组件与所述风力光源模拟单元相连接；所述风力系统控制单元第二输出端通过第二离网控制板与风力能量转换单元相连接，并通过风力能量转换单元与风力数据监测单元相连接；所述风力系统控制单元第三输出端直接与所述风力数据监测单元相连接；所述风力系统控制单元第四输出端直接通过风力能量转换单元与所述风力数据监测单元相连接。

更进一步地，储能供电模块包括电池组件、储能数据监测单元及储能系统控制单元；在本实用新型的技术方案中，电池组件包括蓄电池组、燃料电池组、或蓄电池组与燃料电池组的组合。

储能系统控制单元包括第一储能系统控制单元与第二储能系统控制单元，第一储能系统控制单元分别通过所述能源管理系统及第三继电器组件与所述智能家居系统相连接；第二储能系统控制单元分别与所述智能家居系统、及储能数据监测单元相连接，且第一储能系统控制单元与第二储能系统控制单元均与电池组件相连接。

以下结合附图及实施案例，对本实用新型进行进一步详细说明：

一种智慧微能网实训系统，包括供电系统、供热系统、能源管理系统、及智能家居系统，如图1所示，供热系统与能源管理系统均与供电系统电性连接，供电系统与供热系统均通过能源管理系统与智能家居系统相连接，并在能源管理系统的控制下，供电系统供电于智能家居系统，且供热系统供热于智能家居系统；其中，供电系统接入到电网中，供热系统接入到热网中。

在本实用新型的技术方案中， 能源管理系统包括计算机、组态显示屏及PLC软件，人工操作模式通过计算机及组态显示屏完成对PLC软件的控制；

供热系统包括热存储与热循环泵，且热存储与热循环泵均通过供电系统提供电能，热循环泵设置在热网中，热存储与热网为双向连接；

智能家居系统包括照明、风扇、供冷装置、视频监控模块及环境监测模块，通过能源管理系统中的计算机、PLC软件或组态显示屏，可改变家居设备的工作状态。PLC软件的引入，可对用户开放，便于修改，具有更大的自由度，适用于教学与科研。

供电系统包括光伏供电模块、风力供电模块、及储能供电模块，光伏供电模块、风力供电模块、及储能供电模块均接入到电网。

其中，光伏供电模块包括光伏光源模拟单元、光伏供电单元、光伏能量转换单元、光伏数据监测单元及光伏系统控制单元，在本实施例中，光伏光源模拟单元包括模拟太阳能灯泡及光伏组件偏移装置；能源管理系统中的计算机、组态显示屏及PLC软件，可控制驱动电机驱动模拟太阳能灯泡前、后、左、右移动，模拟真实太阳的东升西落；光伏供电单元为单晶硅光伏组件或多晶硅光伏组件，在本实施例中，光伏供电单元为单晶硅光伏组件，根据辐照度变化情况，通过驱动电机驱动光伏组件偏移装置，带动单晶硅光伏组件前、后、左、右移动，实现对模拟太阳能灯泡的追踪。光伏数据监测单元可将光伏数据发送至能源管理系统。

光伏光源模拟单元、光伏供电单元、光伏能量转换单元、光伏数据监测单元及光伏系统控制单元之间的具体连接关系如图2所示。

单晶硅光伏组件与光伏系统控制单元的输入端相连接并为光伏系统控制单元供电，同时单晶硅光伏组件的直流输出端通过离网逆变器或并网逆变器为网内负荷供电或向配电网供电。光伏系统控制单元的输出端分别与光伏光源模拟单元、光伏数据监测单元、及光伏能量转换单元相连接，且所述光伏供电模块通过光伏数据监测单元将光伏数据发送至所述能源管理系统。

具体地，光伏系统控制单元包括光伏系统控制单元第一输出端、光伏系统控制单元第二输出端、光伏系统控制单元第三输出端、及光伏系统控制单元第四输出端；光伏能量转换单元包括光伏并网逆变板与光伏离网逆变板；光伏数据监测单元包括第一信号处理板与光伏输出显示单元。

光伏系统控制单元第一输出端通过第一继电器组件分别与光伏组件偏移装置及光伏光源模拟单元相连接；同时，PLC软件也通过第一继电器组件实现对光伏组件偏移装置及光伏光源模拟单元的控制；光伏系统控制单元第二输出端通过第一离网控制板与光伏离网逆变板相连接，并通过光伏离网逆变板与第一信号处理板相连接，从而将数据传输给光伏输出显示单元；光伏系统控制单元第二输出端也可通过第一离网控制板直接将数据传输给第一信号处理板；光伏系统控制单元第三输出端通过第一信号处理板将数据传输给光伏输出显示单元；光伏系统控制单元第四输出端通过光伏并网逆变板将数据与通过第一信号处理板将数据传输给光伏输出显示单元；本实施例中采用多路路数据采集，使得监测系统监测到的光伏数据更准确。

如图3所示，风力供电模块包括风力模拟单元、风力供电单元、风力能量转换单元、风力数据监测单元及风力系统控制单元；风力模拟单元可以模拟自然界的微风、阵风、强风等常见风。风力供电单元采用萨窝纽斯式、达理厄式或旋翼式等垂直轴风力机，并在外用金属网加以保护。风力数据监测单元将数据发送至能量管理系统。风力供电单元通过风力能量转换单元为网内负荷供电或向配电网供电。

风力供电单元与风力系统控制单元的输入端相连接，风力系统控制单元的输出端分别与风力光源模拟单元、风力数据监测单元、及风力能量转换单元相连接，且所述风力供电模块通过风力数据监测单元将光伏数据发送至所述能源管理系统。

具体地连接为，风力系统控制单元包括风力系统控制单元第一输出端、风力系统控制单元第二输出端、风力系统控制单元第三输出端、及风力系统控制单元第四输出端；风力光源模拟单元包括制风装置及与制风装置相连接的变频器；风力能量转换单元包括风力并网逆变板与风力离网逆变板；风力数据监测单元包括第二信号处理板与风力输出显示单元。

风力系统控制单元第一输出端通过第二继电器组件与所述风力光源模拟单元的制风装置相连接，同时，PLC软件也通过第二继电器组件实现对风力系统控制单元的控制；风力系统控制单元第二输出端通过第二离网控制板与风力离网逆变板相连接，并通过风力离网逆变板与第二信号处理板相连接，从而将数据传输给风力输出显示单元；风力系统控制单元第二输出端也可通过第二离网控制板直接将数据传输给第二信号处理板；光伏系统控制单元第三输出端通过第二信号处理板将数据传输给风力输出显示单元；风力系统控制单元第四输出端通过风力并网逆变板将数据与通过第二信号处理板将数据传输给风力输出显示单元；本实施例中采用多路路数据采集，使得监测系统监测到的风力数据更准确。

如图4所示，储能供电模块包括电池组件、储能数据监测单元及储能系统控制单元；在本实用新型的技术方案中，电池组件包括蓄电池组、燃料电池组、或蓄电池组与燃料电池组的组合。电池组件内还设置有电池管理系统，其中，电池管理系统中设置有电池能量转换单元（图中未示出）。

储能系统控制单元包括第一储能系统控制单元与第二储能系统控制单元，第一储能系统控制单元分别通过所述能源管理系统及第三继电器组件与所述智能家居系统相连接；第二储能系统控制单元分别与所述智能家居系统、及储能数据监测单元相连接，且第一储能系统控制单元与第二储能系统控制单元均与电池组件相连接。

在本实施例中，能源管理系统中的计算机与组态显示屏均通过PLC软件实现对储能系统控制单元的控制。第一储能系统控制单元包括三个连接端口，第一储能系统控制单元的第一端口是通过PLC软件直接通过第三继电器组件与智能家居系统相连接；第一储能系统控制单元的第二端口通过组态显示屏与PLC软件连接，再通过第三继电器组件与智能家居系统相连接；第一储能系统控制单元的第三端口通过一体机与PLC软件连接，再通过第三继电器组件与智能家居系统相连接，同时，第三继电器组件的输出端与电池组件相连接。

第二储能系统控制单元的输出端分别连接有智能家居系统、储能数据监测单元及电池组件内的电池管理系统，其中，智能家居系统包括负载、供暖装置与热存储热循环系统；在本实施例中，负载包括照明、风扇、供冷装置、视频控制与环境监测；第三信号处理板包括负载输出显示单元与储能输出显示单元。

光伏供电模块、风力供电模块与储能供电模块之间的连接关系为：光伏供电模块的第一继电器组件、风力供电模块的第二继电器组件、储能供电模块中的第一储能系统控制单元均与PLC软件相连接，光伏供电模块通过第一离网控制板、风力供电模块通过第二离网控制板均与储能供电模块的电池组件相连接。同时，组态显示屏还分别连接有光伏供电模块中的第一信号处理板、风力供电模块的第二信号处理板、及储能供电模块中的第三信号处理模块。

在本实用新型的技术方案中，该智慧微能网实训系统的运行模式为自主运行模式或人工操作模式两种。

在自主运行模式下，该系统能够实现微电网正常运行状态下的功率跟踪，实现蓄电池的充放电管理及指定的微电网网与主网的功率交换：主网故障，微电网孤网运行方式下，支撑系统能够提供参考电压和频率，实现各电源间的功率平衡分配，保证孤网系统的稳定运行，提供抗短时冲击能力，平滑供电，储能，消峰填谷。支持不间断并网到孤网模式转换。主网恢复正常，支撑单元能够跟踪主网电压与频率，带动孤网系统无缝并入主电网。

在人工操作模式下，用户可以通过组态显示屏，监测系统运行状态，并通

过组态显示屏上开关切换系统各模块的运行状态。

本实用新型中提供的智慧微能网实训系统对内部所有电、热和负荷数据进行采集和监控。在自主运行模式下，当配电网正常运行时，微能网通过公共耦合点与配电网联网运行；当配电网发生故障时，微能网无缝切换至孤网运行模式，在该模式下各分布电源继续发电，保持对微能网内负荷的稳定供电。在人工操作模式下，用户可以通过面板上数据显示模块，监测系统运行状态，并通过面板上开关切换系统各模块的运行状态。此外，系统PLC软件对用户开放，便于修改，具有更大的自由度。该系统功能丰富、结构紧凑，界面清晰，内部模块稳定易维护，教学研究自由灵活。

应该注意的是，上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。

Claims (10)

1.一种智慧微能网实训系统，其特征在于：包括供电系统、供热系统、能源管理系统、及智能家居系统，供热系统与能源管理系统均与供电系统电性连接，供电系统与供热系统均通过能源管理系统与智能家居系统相连接，并在能源管理系统的控制下，供电系统供电于智能家居系统，且供热系统供热于智能家居系统；所述供电系统包括光伏供电模块、风力供电模块、及储能供电模块，光伏供电模块、风力供电模块、及储能供电模块相连接且均接入到电网。

2.根据权利要求1所述的一种智慧微能网实训系统，其特征在于：所述光伏供电模块包括光伏光源模拟单元、光伏供电单元、光伏能量转换单元、光伏数据监测单元及光伏系统控制单元；

光伏供电单元与光伏系统控制单元的输入端相连接，光伏系统控制单元的输出端分别与光伏光源模拟单元、光伏数据监测单元、及光伏能量转换单元相连接，且所述光伏供电模块通过光伏数据监测单元将光伏数据发送至所述能源管理系统。

3.根据权利要求2所述的一种智慧微能网实训系统，其特征在于：所述光伏系统控制单元包括光伏系统控制单元第一输出端、光伏系统控制单元第二输出端、光伏系统控制单元第三输出端、及光伏系统控制单元第四输出端；

所述光伏系统控制单元第一输出端通过第一继电器组件与所述光伏光源模拟单元相连接；所述光伏系统控制单元第二输出端通过第一离网控制板与光伏能量转换单元相连接，并通过光伏能量转换单元与光伏数据监测单元相连接；所述光伏系统控制单元第三输出端直接与所述光伏数据监测单元相连接；所述光伏系统控制单元第四输出端直接通过光伏能量转换单元与所述光伏数据监测单元相连接。

4.根据权利要求1所述的一种智慧微能网实训系统，其特征在于：所述风力供电模块包括风力模拟单元、风力供电单元、风力能量转换单元、风力数据监测单元及风力系统控制单元；

风力供电单元与风力系统控制单元的输入端相连接，风力系统控制单元的输出端分别与风力光源模拟单元、风力数据监测单元、及风力能量转换单元相连接，且所述风力供电模块通过风力数据监测单元将光伏数据发送至所述能源管理系统。

5.根据权利要求4所述的一种智慧微能网实训系统，其特征在于：所述风力系统控制单元包括风力系统控制单元第一输出端、风力系统控制单元第二输出端、风力系统控制单元第三输出端、及风力系统控制单元第四输出端；

所述风力系统控制单元第一输出端通过第二继电器组件与所述风力光源模拟单元相连接；所述风力系统控制单元第二输出端通过第二离网控制板与风力能量转换单元相连接，并通过风力能量转换单元与风力数据监测单元相连接；所述风力系统控制单元第三输出端直接与所述风力数据监测单元相连接；所述风力系统控制单元第四输出端直接通过风力能量转换单元与所述风力数据监测单元相连接。

6.根据权利要求1所述的一种智慧微能网实训系统，其特征在于：所述储能供电模块包括电池组件、储能数据监测单元及储能系统控制单元；

所述储能系统控制单元包括第一储能系统控制单元与第二储能系统控制单元，第一储能系统控制单元分别通过所述能源管理系统及第三继电器组件与所述智能家居系统相连接；第二储能系统控制单元分别与所述智能家居系统、及储能数据监测单元相连接，且第一储能系统控制单元与第二储能系统控制单元均与电池组件相连接。

7.根据权利要求6所述的一种智慧微能网实训系统，其特征在于：所述电池组件包括蓄电池组、燃料电池组、或蓄电池组与燃料电池组的组合。

8.根据权利要求1所述的一种智慧微能网实训系统，其特征在于：所述智慧微能网实训系统的运行模式为自主运行模式或人工操作模式。

9.根据权利要求8所述的一种智慧微能网实训系统，其特征在于：所述能源管理系统包括计算机、组态显示屏及PLC软件，所述人工操作模式通过计算机及组态显示屏完成对PLC软件的控制。

10.根据权利要求1所述的一种智慧微能网实训系统，其特征在于：所述供热系统包括热存储与热循环泵，且热存储与热循环泵均通过所述供电系统提供电能，热循环泵设置在热网中，热存储与热网为双向连接。