CN211296196U

CN211296196U - 一种交直流混合微电网系统

Info

Publication number: CN211296196U
Application number: CN201922266997.6U
Authority: CN
Inventors: 肖祥慧; 许洪华; 赵斌; 付勋波
Original assignee: Beijing Corona Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Corona Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2020-08-18
Anticipated expiration: 2029-12-17

Abstract

本实用新型公开了一种交直流混合微电网系统，包括380V三相交流微网、600V直流微网和隔离变压器；380V三相交流微网中的380V交流母线依次通过电气开关、隔离变压器与配电网相连；600V直流微网通过50KW双向AC/DC设备与380V交流母线相接；380V三相交流微网包括单晶硅太阳能设备、多晶硅太阳能设备、非晶硅太阳能设备、微型风力发电机和柴油发电机；600V直流微网包括单晶硅太阳能设备、多晶硅太阳能设备、铁锂电池和超级电容；单晶硅太阳能设备、多晶硅太阳能设备、铁锂电池和超级电容分别通过DC/DC设备与600V直流母线相连。该交直流混合微电网系统集成度高，能兼容多种发电设备。

Description

一种交直流混合微电网系统

技术领域

本实用新型涉及一种交直流混合微电网系统。

背景技术

现有的发电和储能系统，一般只是具有单个种类的发电设备以及单个种类的储能设备，并且将多余的电能反馈到电网中；这种系统，虽然能满足一部分用户的需求，但是功能较为单一，兼容性不佳，无法普适性地推广应用，因此，有必要设计一种交直流混合微电网系统。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种交直流混合微电网系统，该交直流混合微电网系统集成度高，系统具备可扩展性。

实用新型的技术解决方案如下：

一种交直流混合微电网系统，包括380V三相交流微网、600V直流微网和隔离变压器。

380V三相交流微网中的380V交流母线依次通过电气开关、隔离变压器与配电网相连；

600V直流微网通过50KW双向AC/DC设备与380V交流母线相接；

380V三相交流微网包括单晶硅太阳能设备、多晶硅太阳能设备、非晶硅太阳能设备、微型风力发电机和柴油发电机。单晶硅太阳能设备、多晶硅太阳能设备和非晶硅太阳能设备分别通过各自对应的DC/AC设备与380V交流母线连接。微型风力发电机和柴油发电机分别通过各自对应的AC/AC设备与380V交流母线连接。

600V直流微网包括单晶硅太阳能设备、多晶硅太阳能设备、铁锂电池和超级电容。单晶硅太阳能设备、多晶硅太阳能设备、铁锂电池和超级电容分别通过各自对应的DC/DC设备与600V直流母线相连。

交直流混合微电网系统还包括环境监测装置，环境监测装置包括设置在各设备处的温度传感器和用于汇总各温度传感器采集数据的MCU，所有的温度传感器均与MCU相连。

所述的电气开关为接触器或断路器。

交直流混合微电网系统还包括监控装置；监控装置包括设备状态采集模块、交换机和服务器；状态采集模块用于采集各设备的工作状态和开关设备的开关状态；所述的各设备是指 DC/DC设备和AC/AC设备，开关设备是指电气开关；设备状态采集模块通过交换机与服务器相连；工程师站与操作员站与交换机相连。交换机为WiFi交换机。

DC/DC设备和AC/AC设备设有电控开关，电控开关的控制端与交换机相连，通过远程控制各设备的投切。

风力发电机安装在支架上，支架包括田字形的水平设置的底框，底框的中心处设有用于支撑风力发电机的竖直方向上设置的支柱；支柱的顶部设有安装盘，底框的外框架包括4根依次相连的横杆，安装盘与4根横杆之间设有4根斜向支撑杆。采用这种支架能稳定的支持风力发电机。

本实用新型交直流混合微电网系统将单晶硅太阳能设备、多晶硅太阳能设备、非晶硅太阳能设备、微型风力发电机和柴油发电机集成到一起，另外，还将铁锂电池和超级电容集成到系统中，涉及多种发电和储能设备，兼容性好，功能丰富，可以充分利用清洁能源，而且通过交流母线和直流母线进行馈电，多余的电能能反向输出到电网中，因此，这种交直流混合微电网系统是一种集成度高，易于实施，且兼容性好，灵活性好的发电和储能系统，易于推广实施，充分使用清洁能源，具有显著的社会效益和经济效益。

附图说明

图1为交直流混合微电网系统的总体结构示意图；

图2为单晶硅发电系统的原理框图；

图3为风力发电机支架的结构示意图，图中，1底框，2支柱，3横杆，4斜向支撑杆， 5安装盘。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。

实施例1：

一、交直流混合微电网系统

如图1，交直流混合微电网由一条三相380V的交流母线和一条DC800V的直流母线组成，交流母线由10kW单晶硅、10kW多晶硅、3kW非晶硅、3kW风力发电机组、10kW模拟柴油发电机组、模拟故障系统、用户负载和30kW模拟负载组成，直流母线由4kW的单晶硅、4kW多晶硅、50kWh的磷酸铁锂电池电池储能、50kW 10s的超级电容储能、模拟故障系统、用户直流负载和20kW直流模拟负载组成，交直流母线通过50kW的储能变流器连接再经过公共连接点(Point of Common Coupling)PCC并网。

交直流混合微网由一条交流母线和一条直流母线组成，交流母线为三相380V，交流母线上并接了10kW单晶硅发电系统、10kW多晶硅发电系统、3kW非晶硅发电系统、3kW风力发电机组系统、10kW的柴油模拟发电机系统和负荷系统以及模拟故障系统组成。

二、单晶硅发电系统

单晶硅发电系统主要采集太阳能电池组串输出的电压和电流参数、逆变器运行状态参数、单晶硅发电系统并网交流电量和质量参数以及所处的环境因素如辐射强度、温度等。

单晶硅发电系统包括发电模块、逆变模块、检测模块和控制模块；

所述的发电模块通过直流断路器与逆变模块的直流侧相连；逆变模块的交流侧通过交流断路器与交流负载或电网连接；

发电模块由多个单晶硅光伏组件串联而成；

检测模块包括辐照传感器、电压表、电流表和三相电能表；

控制模块为MCU；辐照传感器、电压表、电流表和三相电能表均与MCU相连；

发电模块由20个单晶硅光伏组件串联而成；

发电模块为多个，多个发电模块优选为并联连接关系；

发电模块为2个；

发电模块处安装有防雷器；

还包括设置在发电模块处的温度传感器，温度传感器与MCU相连。

MCU为基于Modbus-TCP的分布式控制器，逆变模块为单晶硅并网逆变器，型号为SG10KTL。直流断路器和交流断路器受控于MCU。

直流电流表电压表

直流电流表和直流电压表一方面实时显示组串输出的电压电流，方便用户直观观测；一方面通过模拟量传送给单晶硅Modbus-TCP分布式控制器。直流电流表和直流电压表采用LED 数码管显示直流电压和电流，直流电流表和电压表采用苏州迅鹏仪器仪表有限公司专门为太阳能光伏发电系统开发的仪表。有精度高、体积轻巧、外型美观、安装方便、抗干扰能力强等特点。直流电流表的型号为：SPA-96BDA，直流电压表的型号为：SPA-96BDV。

三相电量表

三相电量表，又称三相电能表。主要是测量单晶硅发电系统馈送到电网的电量，同时还可以监测逆变器输出的相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率和有功电度、无功电度并通过通讯的方式把所监控的数据参数实时传送给Modbus-TCP分布式控制器进行处理，并进行相应控制决策。为了充分满足上述功能要求，选用xx公司的DTM730系列电力参数测量仪。DTM730具有极高的性价比，可以直接取代常规电力变送器及测量仪表，是一种智能化、数字化的前端采集元件。DTM730通过高亮数码管显示数据，同时具有通讯功能，支持RS485通讯接口，采用Modbus-RTU通讯协议。

总辐射传感器

总辐射传感器的功能是测量太阳能辐射的辐射强度。总辐射传感器实时把辐射强度通过 4-20mA的模拟量传送到数据采集模块，总辐射传感器选用武汉富源飞科的总辐射传感器，型号为：FY-ZF。其主要参数见表2-7光照强度传感器参数。

温度传感器

温度传感器的功能是实时采集太阳能电池板处的温度。温度传感器安装在每块太阳能电池板支架上，实时采集太阳能电池板处的温度，并传送至系统的数据采集模块。温度传感器采用PT100，并带有防水功能，能准确测量-10℃-100℃的温度范围。

多代理(Multi-Agent System，MAS)分布式控制器

多代理分布式控制器是单晶硅发电系统的控制核心，在整个系统中充当多代理分层执行层的就地控制器的角色，实时采集单晶硅阵列的输出电流电压参数、逆变器运行状态参数、逆变器输出并网电量及电能质量参数、环境数据参数。再把实时采集的参数进行运算处理形成相应的就地暂态控制策略，同时也把实时采集的数据通过工业以太网传送给微网监控中心的MGCC，形成微网的整体控制策略并下达至多代理分布式控制器，多代理分布式控制器作为执行层实现MGCC控制策略的执行保证微电网的稳定运行。因此多代理分布式控制器要具备强大的数据采集和处理能力、通讯能力且对稳定性和实时性要求非常高。这里选用M44MAD 系列PLC作为单晶硅发电系统的多代理分布式控制器。

M44MAD是一款基于以太网的多通信接口，数字量、模拟量混合型PLC，其主要功能和参数如下：

16路数字量输入、16路继电器输出；

6路模拟量输入、6路模拟量输出；

1路10/100M以太网通信接口；

1路RS232、1路RS485(可扩充到最多3路RS485，其中一路隔离)、1路CAN2.0；

可通过工业以太网进行远程的调试和二次开发。

支持掉电保持功能；

2路200K脉冲输出，2路AB相脉冲计数、方向脉冲计数、单脉冲计数输入，4路外部中断；

RTC实时时钟功能，及功能强大的日期时间段功能块，可灵活设定任意多个时间驱动事件；

支持IO点扩展，通过连接扩展模块可以扩展各种类型IO点数量，最大支持7个扩展模块；

集成了大部分常用的通讯方式，包括：2路RS232，1路CAN，1路以太网，3路RS485， 4路独立串口均支持标准的MODBUS/RTU主、从协议，以及自由通讯协议(可以兼容任意RS485或RS232通讯协议)，以太网接口支持MODBUS/TCP主、从协议；

支持以太网、RS232、RS485实时在线编程

Modbus-TCP分布式控制器，通过模拟量输入口实时采集单晶硅太阳能阵列输出端电流表和电压表变送后输出的模拟量以及辐射传感器输送的辐射模拟量参数。通过通讯的方式获取单晶硅并网逆变器的运行参数和三相电量表采集的单晶硅并网逆变器输出的电能参数。通过工业以太网与微电网控制中心MGCC进行数据交互。

单晶硅发电系统的保护

第一是硬件保护，主要是在主要回路增加防雷器、直流断路器、保险丝、交流断路器等保护器件。第二是设备保护，主要是系统中的设备自带的保护，如太阳能组件的旁路二极管、逆变器的孤岛、短路、反接、过流、过压等一系列的保护。

太阳能阵列输出的直流端首先接防雷器，再经过直流断路器进入到逆变器，逆变器的输出端经过交流断流器并到电网。采用光伏专用高压防雷器，正极负极都具备防雷功能，直流断路器保护直流侧并同时起到手动直流开关的作用。交流侧的交流断路器可以保证逆变器与交流电网安全断开，同时也起到交流侧手动开关的作用。通过这些保护器件能在很大程度上保护系统设备及线路安全。

太阳能电池板接线盒自带旁路二极管，能很好的解决热斑效应的危害。单晶硅太阳能并网逆变器也自带了完备的保护功能，如孤岛保护、低压穿越、直流反接保护、交流短路保护、漏电流保护、过压保护、直流侧开关等一系列的自我保护功能，可以在系统异常时自我保护，避免损坏。

三、风力发电模块

系统具有风力发电监控功能：

风力发电监控，包括对5台风机、风机瞬时储能的实时监控，对风力发电的实时运行信息、报警信息进行全面监视，并对风力发电机进行多方面的统计分析，实现对风力发电的全方面掌控。

风力发电监控主要提供一下功能：

(1)实时显示风力发电的当前发电功率、日总发电量、累计发电量，以及24h内发电功率曲线图。

(2)采集风机运行状态数据，主要包括三相电压、三相电流、电网频率、功率因数、输出功率、环境风速、风向、风机转速、风机发电储能SOC、逆变器输入电压电流等。

(3)监视逆变器的运行状态，采用声光报警方式提示设备出现故障，查看故障原因及故障时间，故障信息包括：电网电压过高、电网电压过低、电网频率过高、电网频率过低、直流电压过高、直流电压过低、逆变器过载、逆变器过热、逆变器短路、逆变器孤岛、通信失败等。

(4)预测光伏发电的短期和超短期发电功率，为微电网能量优化提供依据。

(5)调节风力发电功率，控制逆变器的启停。

如图3，风力发电机安装在支架上，支架包括田字形的水平设置的底框1，底框1的中心处设有用于支撑风力发电机的竖直方向上设置的支柱2；支柱的顶部设有安装盘5，底框1 的外框架包括4根依次相连的横杆3，安装盘与4根横杆之间设有4根斜向支撑杆4。采用这种支架，能稳定的支持风力发电机。

Claims

1.一种交直流混合微电网系统，其特征在于：所述的交直流混合微电网系统包括380V三相交流微网、600V直流微网和隔离变压器；

600V直流微网通过50KW双向AC/DC设备与380V交流母线相接；

380V三相交流微网包括单晶硅太阳能设备、多晶硅太阳能设备、非晶硅太阳能设备、微型风力发电机和柴油发电机；单晶硅太阳能设备、多晶硅太阳能设备和非晶硅太阳能设备分别通过各自对应的DC/AC设备与380V交流母线连接；微型风力发电机和柴油发电机分别通过各自对应的AC/AC设备与380V交流母线连接；

600V直流微网包括单晶硅太阳能设备、多晶硅太阳能设备、铁锂电池和超级电容；单晶硅太阳能设备、多晶硅太阳能设备、铁锂电池和超级电容分别通过各自对应的DC/DC设备与600V直流母线相连。

2.根据权利要求1所述的交直流混合微电网系统，其特征在于：所述的交直流混合微电网系统还包括环境监测装置，环境监测装置包括设置在各设备处的温度传感器和用于汇总各温度传感器采集数据的MCU，所有的温度传感器均与MCU相连。

3.根据权利要求1所述的交直流混合微电网系统，其特征在于：所述的电气开关为接触器或断路器。

4.根据权利要求1-3任一项所述的交直流混合微电网系统，其特征在于：所述的交直流混合微电网系统还包括监控装置；监控装置包括设备状态采集模块、交换机和服务器；状态采集模块用于采集各设备的工作状态和开关设备的开关状态；

设备状态采集模块通过交换机与服务器相连；工程师站与操作员站与交换机相连。

5.根据权利要求4所述的交直流混合微电网系统，其特征在于：所述的交换机为WiFi交换机。

6.根据权利要求4所述的交直流混合微电网系统，其特征在于：所述的DC/DC设备和AC/AC设备处设有电控开关，电控开关的控制端与交换机相连。

7.根据权利要求1所述的交直流混合微电网系统，其特征在于：所述的微型风力发电机安装在支架上，支架包括田字形的水平设置的底框(1)，底框(1)的中心处设有用于支撑微型风力发电机的竖直方向上设置的支柱(2)；支柱的顶部设有安装盘(5)，底框(1)的外框架包括4根依次相连的横杆(3)，安装盘与4根横杆之间设有4根斜向支撑杆(4)。