CN211183436U - 一种基于能量预测的光储微电网系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种基于能量预测的光储微电网系统。它包括监测系统模块、微控制模块、光伏模块和储能模块，所述监测系统模块数据输入端用于连接外部气象数据库和负荷历史数据库，监测系统模块数据输出端连接微控制模块的数据输入端，所述微控制模块的控制端分别连接光伏模块和储能模块的控制端，所述光伏模块连接至微电网母线，所述储能模块连接至微电网母线。本实用新型能够保证内部源、网、荷、储功率匹配，实现供需实时平衡。

Description

一种基于能量预测的光储微电网系统
技术领域
本实用新型属于光伏、微电网技术领域，具体涉及一种基于能量预测的光储微电网系统。
背景技术
近年来，能源的开发和利用及其引发的“能源危机”和“全球气候变化”已经成为人类面临的一个严峻挑战。作为全球主要能源煤、石油、天然气等是不可再生能源，最终会走向枯竭。因此，提高能源利用率、开发新能源、加强可再生能源的利用，是解决能源危机和环境问题的主要选择。微电网系统已成为大规模高效利用分布式电源的有效途径，微电网系统是指将分布式电源、负荷、储能系统和控制装置结合在一起的一种小规模配电网形式。目前，微电网系统一般是将可再生能源、储能、电力电子设备模块化拼接，以整体设备供应至项目地点，依靠能量管理系统控制内部可再生能源、储能出力，进而协调微电网系统内能量平衡，保证微电网内部重要负荷的供电需要。然而，由于传统的光伏发电系统采用固定角度安装，光伏发电不能灵活调节，且缺乏气象和负荷历史数据支撑，导致对微电网系统进行调度时，不能最大程度利用光伏发电，并网运行时主要依靠大电网满足负荷用电需求，离网运行时依靠储能满足负荷用电需求，导致储能模块每天进行深度充电和放电，影响储能电池寿命，同时光伏出力骤减且储能供电能力不足时，也会影响微电网与大电网联络线功率波动，对区域电网供电质量造成一定影响。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种基于能量预测的光储微电网系统。
本实用新型采用的技术方案是：一种基于能量预测的光储微电网系统，包括监测系统模块、微控制模块、光伏模块和储能模块，所述监测系统模块数据输入端用于连接外部气象数据库和负荷历史数据库，监测系统模块数据输出端连接微控制模块的数据输入端，所述微控制模块的控制端分别连接光伏模块和储能模块的控制端，所述光伏模块的输出端连接至微电网母线，所述储能模块的储能端连接至微电网母线。
进一步地，所述光伏模块包括光伏阵列模块、单向逆变器模块和跟踪支架模块，所述光伏阵列模块安装于跟踪支架模块上，所述微控制模块的控制端分别连接跟踪支架模块和单向逆变器模块的控制端，所述单向逆变器模块的输入端连接光伏阵列模块的输出端，单向逆变器模块的输出端连接至微电网母线。
进一步地，所述光伏阵列模块由若干个光伏组件串并联组成。
进一步地，所述储能模块包括双向逆变器模块和储能电池模块，所述双向逆变器模块的交流连接端连接至微电网母线，双向逆变器模块的直流连接端连接储能电池模块的充放电端。
进一步地，所述储能电池模块由若干个储能单体电芯串并联组成。
更进一步地，所述微电网母线为400V交流母线，微电网母线通过隔离变压器和PCC开关接入公共电网。
本实用新型光储微电网系统保证内部源、网、荷、储功率匹配，供需实时平衡，相比于传统的缺乏预测能力和新能源调节能力的微电网系统，具有如下优点：(1)基于气象数据调整光伏阵列的运行倾角，控制逆变器跟踪光伏组件最大功率点，最大程度利用光伏发电，有效减少储能电池冗余容量配置，减少微电网系统初始投资；(2)基于负荷数据进行能量预测，合理控制储能模块充电和放电，避免负荷用电量大于光伏发电量时候，储能放电不足；负荷用电量小于光伏发电量时候，储能充电不足，实现储能模块充放电智能化，减少储能电池满充和满放的使用频次，提高储能电池运行寿命，有效调控电量资源，平衡昼夜及不同季节的用电差异，调剂余缺，保障微电网系统稳定运行；(3)避免储能模块能量不足时，光伏出力骤减导致微电网与大电网并网联络线潮流波动问题，提升微电网系统供电的稳定性和可靠性；(4)微控制模块可实现能量预测、数据分析、集中控制等多项功能，便于集中管理；(5)光伏阵列模块安装于跟踪支架模块上，控制模块控制跟踪支架模块和单向逆变器模块，能保证光伏阵列模块全年运行在最佳倾角下及具有最大功率跟踪点处，将太阳能转化利用最大化。
附图说明
图1为本实用新型的电路示意图。
图中：1-监测系统模块；2-微控制模块；3-光伏模块；4-储能模块；5-光伏阵列模块；6-单向逆变器模块；7-跟踪支架模块；8-双向逆变器模块；9-储能电池模块；10-隔离变压器；11-PCC开关；12-公共电网；13-微电网母线；14-负荷；15-气象数据库；16-负荷历史数据库。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
如图1所示，本实用新型提供一种基于能量预测的光储微电网系统，包括监测系统模块1、微控制模块2、光伏模块3和储能模块4，所述监测系统模块1数据输入端用于连接外部气象数据库15和负荷历史数据库16，监测系统模块1数据输出端连接微控制模块2的数据输入端，所述微控制模块2的控制端分别连接光伏模块3和储能模块4的控制端，所述光伏模块3的输出端连接至微电网母线13，所述储能模块4的储能端连接至微电网母线13。其中监测系统模块1采用SCADA装置，型号为SCD2200，微控制模块2型号为51单片机。
上述方案中，光伏模块3包括光伏阵列模块5、单向逆变器模块6和跟踪支架模块7，所述光伏阵列模块5安装于跟踪支架模块7上，所述微控制模块2的控制端分别连接跟踪支架模块7和单向逆变器模块6的控制端，所述单向逆变器模块6的输入端连接光伏阵列模块5的输出端，单向逆变器模块6的输出端连接至微电网母线13。光伏阵列模块5由若干个光伏组件串并联组成，光伏组件型号为JAM60S09，跟踪支架模7型号采用单轴跟踪系统，型号为EzTracker D1系列，单向逆变器模块6型号为SGKTL系列。
光伏阵列模块5采用跟踪支架模块7安装，跟踪支架模块7根据光伏电站所在地的全年光照情况，将全年时间分成若干段，各时间段内最佳发电量对应不同的光伏组件倾角，根据微控制模块2得到光伏阵列最佳倾角和光伏组件的最大功率点，控制跟踪支架模块7调整光伏阵列模块5运行倾角，控制逆变器跟踪光伏组件的最大功率点，最大程度利用光伏发电。
上述方案中，储能模块4包括双向逆变器模块8和储能电池模块9，所述双向逆变器模块8的交流连接端连接至微电网母线13，双向逆变器模块8的直流连接端连接储能电池模块9的充放电端。储能电池模块9由若干个储能单体电芯串并联组成。储能单体电芯型号为GFM-1000CN，双向逆变器模块型号为SCKTL系列。
上述方案中，微电网母线13为400V交流母线，微电网母线13通过隔离变压器10和PCC开关11接入公共电网12。PCC开关采用静态开关，型号为AS-RSTS系列。
本实用新型光伏模块3和储能模块4是光储微电网系统的能量生产单元和存储单元，光伏阵列模块5将太阳能转化为电能，单向逆变器模块6将光伏阵列模块产生的直流电逆变成交流电；储能电池模块9用于存储电能，双向逆变器模块8根据微控制模块指令控制储能电池模块9进行充电和放电。本实用新型的微电网系统具有一定的自我调节和控制能力，可以作为一个独立的整体，依靠本地的光伏和储能协调运行，完成对本地负荷14的供电。
上述外部的气象数据库15和负荷历史数据库16内至少含一年以上的历史数据，同时可根据项目现场实测数据对历史数据进行修编订正，完善监测系统模块采集的数据源。
本实用新型光储微电网系统的运行过程如下：
监测系统模块1将太阳能历史辐射量数据和负荷历史数据传递至微控制模块2，微控制模块2对太阳能辐射量的历史数据进行分析得到隔天光伏发电量；同时对太阳能辐射量数据和场区内气候数据进行分析，得到光伏阵列模块5运行的最佳倾角和光伏阵列运行的最大功率点，微控制模块2控制跟踪支架模块7和单向逆变器模块6，调整光伏阵列模块5运行倾角，保证光伏阵列模块5以最大功率运行。
微控制模块2得到隔天光伏发电量Ep和负荷用电量Ef，通过比较Ep和Ef，实现储能电池充放电智能化管理。
场景1：光伏发电量Ep远大于负荷用电量Ef，多余的光伏发电量一部分存入储能单元，另外一部分直接上网，此时Ep＝Ef+Ec，其中Ec为储能的充电量，储能双向逆变器模块控制储能进行充电，当储能充电达到设置上限后，停止充电，控制储能系统的放电，白天时平滑光伏出力的波动性，增强光伏发电单元供电的稳定性，避免光伏出力骤减导致微电网与大电网并网联络线功率波动，降低微电网系统对大电网的风险，晚上，由储能系统放电满足负荷的供电需求，在此工况下Ep+Ec＝Ef。
场景2：光伏发电量Ep近似等于负荷用电量Ef，即微电网系统内基本能实现自发自用，在这种场景下储能模块作为微电网系统供电备用单元，日常处于浮充运行状态下，不进行深度循环充放电，主要用于平抑光伏发电波动性，保障光伏发电量和负荷用电量实时平衡，提高微电网系统的调节能力。当光伏发电低于负荷用电量时，微控制模块控制储能放电，当光伏发电高于负荷用电量时，微控制模块控制储能充电。
场景3：光伏发电量Ep远小于负荷发电量Ef，即在阴雨天或一年春冬季，光伏发电量严重不足时，储能单元可以在晚上用电低谷时段进行充电，将低价电储存，在白天用电高峰期配合光伏单元，控制储能单元进行放电，实现削峰填谷，一方面缓解电网供电压力，另一方面利用峰谷价差和光伏发电，实现微电网经济效益的最大化。
以上仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种基于能量预测的光储微电网系统，其特征在于：包括监测系统模块、微控制模块、光伏模块和储能模块，所述监测系统模块数据输入端用于连接外部的气象数据库和负荷历史数据库，监测系统模块数据输出端连接微控制模块的数据输入端，所述微控制模块的控制端分别连接光伏模块和储能模块的控制端，所述光伏模块连接至微电网母线，所述储能模块连接至微电网母线。
2.根据权利要求1所述的基于能量预测的光储微电网系统，其特征在于：所述光伏模块包括光伏阵列模块、单向逆变器模块和跟踪支架模块，所述光伏阵列模块安装于跟踪支架模块上，所述微控制模块的控制端分别连接跟踪支架模块和单向逆变器模块的控制端，所述单向逆变器模块的输入端连接光伏阵列模块的输出端，单向逆变器模块的输出端连接至微电网母线。
3.根据权利要求2所述的基于能量预测的光储微电网系统，其特征在于：所述光伏阵列模块由若干个光伏组件串并联组成。
4.根据权利要求1所述的基于能量预测的光储微电网系统，其特征在于：所述储能模块包括双向逆变器模块和储能电池模块，所述双向逆变器模块的交流连接端连接至微电网母线，双向逆变器模块的直流连接端连接储能电池模块的充放电端。
5.根据权利要求4所述的基于能量预测的光储微电网系统，其特征在于：所述储能电池模块由若干个储能单体电芯串并联组成。
6.根据权利要求1所述的基于能量预测的光储微电网系统，其特征在于：所述微电网母线为400V交流母线，微电网母线通过隔离变压器和PCC开关接入公共电网。
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